关于传感器在机器人中应用的调查报告

关于传感器在机器人玩具中的应用的调查报告

学院：机械工程学院

专业：机械制造及其自动化

班级：机制班

学号：************

学生姓名：

指导教师：冯治国老师

2012年 3 月 28 日

关于传感器在机器人玩具中的应用的调查报告

信息技术的三大支柱是测控技术、通信技术和计算机技术，而传感器技术是测控技术的基础。传感器处于自动检测与控制系统之首，是感知、获取与检测信息的窗口。科学研究和生产过程需要获取的信息，都要首先通过传感器转换成电信号或光信号等容易传输和处理的信号。科学技术越发达，自动化程度越高，对传感器的依赖就越大。“没有传感器技术就没有现代科学技术”的观点已为世界公认。

随着电子技术的发展，机器人智能玩具越来越常见，传感器的作用就是根据规定的被测量的大小，定量提供有用的电输出信号的部件，亦即传感器把光、电、温度、压力及气体等的物理化学量转换成信号的变换器。传感器作为机器人智能玩具的关键部件，它直接影响机器人智能玩具的技术性能的发挥。

一、磁阻传感器在机器人玩具中的应用

1、应用背景

一个机器人玩具的控制系统设计，主芯片采用的是以摩特罗拉公司的MC86EZ328芯片，只完成与通信、运算等有关的主要操作，在没有操作时，由运行于其上的操作系统uClinux来维护。对于所有与EZ328的核心运算、控制、通信、操作无关的外围设备的维护和控制都通过一块AT89C52来完成，它与EZ328的底层通信协议为同步串口协议（SPI），在AT89C52中由软件来实现。C52包含的部件主要是A/D转换器，键盘接口，电机驱动模块。

2、传感器应用状况

机器人玩具控制系统的设计中对方向的控制尤其重要，直接体现了机器人玩具的控制精度和整体效果。在本文中要解决的问题就是控制好机器人的运动方向和球门之间的夹角，让其能够在运行中实时地自我调整，准确地把球送入球门。

3、磁阻传感器原理

HMC的输出电压为磁场强度为0时传感器的输出。所以当U0为0时， Uout 正比于磁场强度B。如图4，假设机器人处于水平面上，X为机器人行进方向，Y 为水平面上垂直X的方向向右（即X顺时针转90），地里北极方向和地磁北极方

向如图所示。H为地磁场，Hx、Hy分别是H在X、Y方向的水平分量，β为机器人行进方向和地磁北极方向的夹角，γ为地磁北极和地理北极方向的夹角，K就是机器人行进方向与地理北极方向之间的夹角，也就是我们最终要求的角度。（此处的β、γ、 K都是由前者出发顺时针到达后者的角度）由图可明显看出，K= β-γ。而在地球上不同方位的γ可查表得出，所以关键就是求得。由磁阻传感器可以得出Hx、Hy，（此处忽略了机器人在Z轴方向的倾斜，所以二器就够用了）。

图4

4、测量电路

从HMC1022输出的电压信号非常微弱，测试是0到3mv（具体每个芯片的输出不是完全一致）,需要经过放大器的放大，放大器选用的是AN622,放大倍数选定为600倍，这种放大器可以加上一个2.5v的偏置电压，所以输出到A/D的电压为2.5v+（0～3mv）＊600,两路采集到的电压信号经过放大后连接到ADC0832。ADC0832是个两通道8位精度的逐次逼近式模数转换芯片，通过一个串行的I/O 口DI输入一个MUX ADDRESS序列，来配置A/D成差分方式并选择哪一路通道的信号。2051通过一路I/O来串行读入转换后的数值。

用max662a作为RST/SET部分的恒压源，电路的工作原理及流程如下：

1. 由2051的14端（P1.7）输出高电平，SR电路set功能选通

2. 通过2051 P1各相应端子控制ADC0832，完成一次A/D转换，记下此次读入的电压值Vset 。

3. 2051的P1.7输出低电平，SR电路reset功能选通

4. 通过2051 P1各相应端子控制AD0832，完成一次A/D转换，记下此次读入的电压值Vrst

5. 求出1022的输出偏置电压V0=（Vset+Vrst）/2。

6. 通过2051控制AD0832完成A/D转换，将每一次读入的值Vrst减去V0就得到计算需要用的电压Vread=Vrst-V0;（包括两个轴方向的电压Vready、Vreadx）

7. 求得

8. K=β-γ, goto 6

经过2051处理后得出的数值，在时钟的配合下用一个I/O口模拟PWM输出，传给C52单片机。

5、传感器检测信息与控制系统相互关联

机器人玩具的方向控制的核心部件就是HMC1022两维磁阻微电路芯片，它的机构是四臂的惠斯通电桥，将磁场转化为差动输出的电压，可以检测低至85微高斯的磁场信号，这种低成本的传感器相比传统型号的同类产品具有更小的体积和更低的功耗。供电电源为3V-10V直流电压。本设计中采用的HMC0122采用的是16脚SOIC封装，集成了两路的惠斯通电桥，测出平面的X轴和Y轴的磁场信号，这样就可以获得水平面上方向的完整信号。

比较特殊的是Honeywell公司的这种磁阻传感器带有一个获得专利的置位/复位电路。

图2和图3分别是HMC1022内部电桥和置位/复位电路电路设计。

图2

图3

二、位差超声波传感器在智能玩具机器人中的应用

1、应用背景

目前国内生产的电子玩具技术含量较低，由于不具备智能化，利润空间小，受欢迎程度低。近年来，伴随计算机技术的高速发展，智能控制器的发展迅速，一些典型的智能玩具如轮式移动机器人在部分院校教学中得到推广，因为智能玩具机器人是一个典型的机电一体化系统，它融合制造技术、机械、电子、传感器、计算机和人工智能等众多先进技术，是进行工程训练、教学实验和研究的理想平台，在电子学教学领域中有着诸多的研究价值。

传感器是智能机器人获取外界数据的"感知系统",离开智能传感器的机器人大多是些功能单一，不具备思维能力，有些甚至是底盘基座固定式的，使得这些