【文章內(nèi)容簡介】 下圖為智能小車使用的 GP2D12 紅外測距傳感器，與常見 GP2D12 不 同的是我們 為它設(shè)計了一個類似機(jī)器人頭部的外殼，可以方便地安裝到“創(chuàng)意之星”零件上。紅外測距傳感器為模擬量傳感器，接 AD0~AD7 的任意一個接口都可以通過NorthSTAR 進(jìn)行數(shù)值讀取和編程。傳感器的規(guī)格數(shù)據(jù)如下： 探測距離： 1080cm 工作電壓： 標(biāo)準(zhǔn)電流消耗： 3350mA 輸出量：模擬量輸出，輸出電壓和探測距離非比例相關(guān) MultiFLEX?2PXA270 控制器的 AD 精度為 10 位，測量電壓范圍 0~5V，對應(yīng)輸出值 0~1023。您如果要得到真實的距離值需要做 2 次換算，假設(shè)您 從NorthSTAR 讀取的 AD 值為 491，換算為真實電壓值為 5*(491/1023)=，可以知道當(dāng)前傳感器探頭到障礙物的距離是 10cm。 （ 2）聲音傳感器 l 原理 1）駐極體式電容麥克風(fēng)構(gòu)造與原理 機(jī)器人上最常用的聲音傳感器就是麥克風(fēng)。常見的麥克風(fēng)包括動圈式麥克風(fēng)、 MEMS 麥克風(fēng)和駐極體電容麥克風(fēng)。其中，駐極體電容麥克風(fēng)尺寸小，功耗低，價格低廉而性能不錯，是手機(jī)、電話機(jī)等常用的聲音傳感器。大量具有聲音交互功能的機(jī)器人，例如 SONY AIBO，本田 ASIMO，均采用這類麥克風(fēng)作為聲音傳感器。 駐極體式電容麥克風(fēng)由一片很輕的振動膜及駐極電荷的背極板組成。構(gòu)成駐極體式電容麥克風(fēng)的內(nèi)部零件相當(dāng)精密，對外部的雜音很敏感，因此為預(yù)防灰塵或異物質(zhì)的侵蝕及電器雜音，要緊緊密封在只有音波可流入的圓形金屬殼中。 隨著音波的流入使金屬振動板振動時，振動板與電極板會隨音波的振動，產(chǎn)生距離上的變化，這種物理現(xiàn)象可解釋為靜電容量變化。因駐極體式電容麥克風(fēng)的靜電容量值很小，電器的耗電流量較大，故不可直接使用于一般的放大器 (擴(kuò)大器 )上。為符合放大器所要求的輸入信號耗電流量，必須要經(jīng)由 JFET 使電流量轉(zhuǎn)換成放大器可接受的程度。 駐極體式電容麥克風(fēng)隨振動板與背極板極化蓄電荷的類型及構(gòu)造，可區(qū)分為三大類 : Back Electret Type Condenser Microphone Foil Electret Type Condenser Microphone Front Electret Type Condenser Microphone l 使用 如圖是“創(chuàng)意之星”的聲音傳感器，聲音傳感器是開關(guān)量傳感器，接 IO0~IO11的任意一個接口都 可以通過 NorthSTAR 進(jìn)行數(shù)值讀取和編程。 聲音傳感器是一種很好的人機(jī)交互設(shè)備，您可以借此讓機(jī)器人響應(yīng)您的動作，比如拍下手掌 —— 機(jī)器狗站來來，快速拍手 —— 機(jī)器狗往前跑。高級版“創(chuàng)意之星”有麥克風(fēng)，它和這里的聲音傳感器不一樣，麥克風(fēng)接在音頻輸入接口上，能夠采集人能夠聽到耳朵的所有聲音，輸出連續(xù)的電平信號。聲音傳感器是 IO 量傳感器，輸出只有 0 或 1 兩種電平狀態(tài)，比如聲音高過 60 分貝時輸出為 1，低于 60 分貝輸出為 0。 （ 3） 溫度傳感器 溫度傳感器是一種檢測溫度的部件。其核心是美國 National Semiconductor公司的 LM35 溫敏傳感器。這款傳感器的標(biāo)稱溫度檢測范圍是 0~70 攝氏度。為了傳感器的安全起見，不要將傳感器放置在超過 80 攝氏度的環(huán)境中，該傳感器并不具備防水能力，請不要用該傳感器測量水溫。 如圖是“創(chuàng)意之星”的溫度傳感器，輸出模擬量信號，接 AD0~AD7 的任意一個接口都可以通過 NorthSTAR 進(jìn)行數(shù)值讀取和編程。 舵機(jī)的選型及功能概述 舵機(jī)也叫伺服電機(jī)，最早用于船舶上實現(xiàn)其轉(zhuǎn)向功能，由于可以通過程序連續(xù)控制其轉(zhuǎn)角，因而被廣泛應(yīng)用智能小車以實現(xiàn)轉(zhuǎn)向以及 機(jī)器人各類關(guān)節(jié)運動中。 其工作原理為 :控制電路板接受來自信號線的控制信號，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，電機(jī)帶動一系列齒輪組，減速后傳動至輸出舵盤。舵機(jī)的輸出軸和位置反饋電位計是相連的，舵盤轉(zhuǎn)動的同時，帶動位置反饋電位計，電位計將輸出一個電壓信號到控制電路板，進(jìn)行反饋，然后控制電路板根據(jù)所在位置決定電機(jī)轉(zhuǎn)動的方向和速度，從而達(dá)到目標(biāo)停止。其工作流程為：控制信號→控制電路板→電機(jī)轉(zhuǎn)動→齒輪組減速→舵盤轉(zhuǎn)動→位置反饋電位計→控制電路板反饋 此智能小車選用 CDS5516 機(jī)器人舵機(jī) proMOTION CDS 系列機(jī)器人舵機(jī) 屬于一種集電機(jī)、伺服驅(qū)動、總線式通訊接口為一體的集成伺服單元，主要用于微型機(jī)器人的關(guān)節(jié)、輪子、履帶驅(qū)動，也可用于其它簡單位置控制場合。 CDS5516 的特點如下所示： 1大扭矩： 16Kgf cm 的持續(xù)轉(zhuǎn)動輸出扭矩， 大于 20Kgf cm 位置保持扭矩 （ 2）位置伺服控制模式下轉(zhuǎn)動范圍 0300176。 （ 3（高轉(zhuǎn)速：最高 176。輸出轉(zhuǎn)速 u 在速度控制模式下可連續(xù)旋轉(zhuǎn)，調(diào)速 （ 4） ～ 14V 寬電壓范圍供電 u 總線連接，理論可串聯(lián) 254 個單元 （ 5） 176。位置分辨率 u 高達(dá) 1M 通訊波特率 （ 6）雙端輸出軸，適合安裝在機(jī)器人關(guān)節(jié) u 的伺服更新率 （ 7）高精度全金屬齒輪組，雙滾珠軸承 u 具備位置、溫度、電壓、速度反饋 （ 8）連接處 O 型環(huán)密封，防塵防濺水 第 3章 具有語音控制及火警功能的智能小車的搭建 智能小車主體部分 （ 1）結(jié)構(gòu)設(shè)計：首先需要清點一下，要用到的資源：一個控制器、 4個 CDS5514個輪子、眾多結(jié)構(gòu)件和傳感器。 根據(jù)上面的清單，我要做的是一個四輪獨立驅(qū)動的智能小車。原因是 四個輪子可以單獨驅(qū)動控制，具有很強的機(jī)動能力，并且動力比較強勁?？梢园惭b 四個舵機(jī)，讓機(jī)器人能夠靈活運動，四個電機(jī)轉(zhuǎn)動輸出和機(jī)器人平臺的方向?qū)?yīng)關(guān)系如下圖所示。之后我們需要根據(jù)機(jī)器人前方的障礙物情況，控制機(jī)器人的方向。 （ 2）避障策略： 如下圖所示，我們在小車的前方安裝兩個紅外測距傳感器，如果左邊的傳感器觸發(fā)，但右邊的沒有觸發(fā)，說明機(jī)器人左邊有障礙物，但右邊沒有，可以向右邊轉(zhuǎn)彎避開。同理可以判斷前方障礙物、右邊障礙物等情況。 同理，溫度傳感器和聲音傳感器也應(yīng)該放在小車的前方。 具有語音控制及火警功 能的智能小車的搭建過程 第一步，先搭建一個輪子，控制這個輪子轉(zhuǎn)起來。從《創(chuàng)意之星機(jī)器人套件組裝指南》的 小節(jié)所準(zhǔn)備的實驗材料中取出以下零部件： （ 1） 結(jié)構(gòu)件若干； （ 2） 舵機(jī)連接線若干； （ 3）已經(jīng)設(shè)置好 ID的 CDS5516 四個； （ 4） MultiFLEX?2PXA270 控制器一個； 然后用用結(jié)構(gòu)件和 L型連接件與舵機(jī)單元相連接連接，形成一個基本的輪子單元和 CDS5516 舵機(jī)搭建出下面的構(gòu)型； 最后，用舵機(jī)連接線將舵機(jī)與 MultiFLEX?2PXA270 控制器相連接。其他三個輪子亦是如 此。 第 4章 具有語音控制及火警功能的智能小車的軟件設(shè)計部分 具有語音控制及火警功能的智能小車設(shè)計軟件設(shè)計部分包括語音識別系統(tǒng)的程序流程、溫度系統(tǒng)的程序流程、避障系統(tǒng)的流程，以及一些指示燈的程序流程。 主程序流程介紹 具有語音控制及火警功能的智能小車設(shè)計的主程序的邏輯判斷流程首先不能使各傳感器的指令相違背。首先在人說出指令之后，麥克風(fēng)識別出人的聲音，然后進(jìn)行邏輯判斷是否與紅外測距傳感器接收的指令是否想違背，如果違背應(yīng)該執(zhí)行紅外測距傳感器的指令，若沒有違背，則執(zhí)行麥克風(fēng)的指令。但是這些指令都要看是否與溫度傳感器 的指令相違背，因為工作環(huán)境的特殊性，一切智能小車的行為指令都要保障小車的自身安全，這樣既可以報警又可以遠(yuǎn)離危險區(qū)域。進(jìn)行一系列的邏輯判斷之后就可以把指令傳輸給舵機(jī)了，根據(jù)高低電平，輸出各個電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和速度，從而達(dá)到小車前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，加速，減速，停止的指令。實現(xiàn)人類賦予智能小車的任務(wù)。下面是具有語音控制及火警功能的智能小車的主程序邏輯判斷流程圖： 否 是 否 是 主要子程序流程介紹 開始 說出麥克風(fēng)指令 識別 執(zhí)行紅外測距傳感器指令 與紅外傳感器指令是否違背 執(zhí)行麥克風(fēng)指令 與溫度傳感器指令不違背吧？ 舵機(jī) 舵機(jī) 前進(jìn) 后退 左轉(zhuǎn) 右轉(zhuǎn) 加速 減速 停止 停止 具有語音控制及火警功能的智能小車實現(xiàn)避障功能靠的是紅外測距傳感器，在小車的前方分別安兩個紅外測距傳感器，當(dāng)紅外測距傳感器接收到信號后，通過控制器分析左側(cè)和右側(cè)有沒有同時檢測到障礙物，如果同時沒有檢測到障礙物，那么智能小車將前進(jìn)，如果左側(cè)傳感器檢測到障礙物，那么智能小車首先后退，然后在實施右轉(zhuǎn)，若不是，則智能小車則后退之后左轉(zhuǎn)。依次循環(huán)命令，直到智能小車完成它的指定使命。如下是紅外測距傳感器邏輯判斷流程圖： 是 否 否 是 小車實現(xiàn)在高溫環(huán)境下作業(yè)，并且還能保護(hù)自己不受損壞是靠溫度傳感器傳出的指令來實現(xiàn)的，溫度傳感器里有感溫電阻，通過外界溫度的變化從而調(diào)節(jié)自身電阻的變化，本智能小車采用的溫度傳感器所能檢測到的溫度范圍是 0~70 攝氏度，為了安全起見，不要講傳感器放置到 80 攝氏度的環(huán)境中。在工作環(huán)境中，當(dāng)溫度傳感器檢測到溫度超過了 70攝氏度的時候，蜂鳴器將會報警，發(fā)出警報，命令智能小車后退，如果檢測到溫度沒有超過 70 攝氏度，智能小車將繼續(xù)執(zhí)行以前的指令， 不影響小車的正常運轉(zhuǎn)。下面是溫度傳感器的邏輯判斷流程圖： 開 始 紅外傳感器接收信號 左側(cè)傳感器和右側(cè)傳感器是否檢測到 障礙物 左側(cè)傳感器是否檢測到障礙物 小車前進(jìn) 小車后退 小車后退 小車右轉(zhuǎn) 小車左轉(zhuǎn) 否 是 本智能小車要實現(xiàn)能聽懂人類的命令是通過聲音傳感器來實現(xiàn)的， 聲音傳感器是一種很好的人機(jī)交互設(shè)備。 比如，當(dāng)人發(fā)出指令“前進(jìn)”時，傳感器 隨著音波的流入使金屬振動板振動時， 振動板與電極板會隨音波的振動，麥克風(fēng)接在音頻輸入接口上，能夠采集人耳朵能夠聽到的所有聲音，輸出連續(xù)的電平信號。聲音傳感器是 IO 量傳感器，輸出只