【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 下圖為智能小車使用的 GP2D12 紅外測(cè)距傳感器，與常見(jiàn) GP2D12 不 同的是我們 為它設(shè)計(jì)了一個(gè)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(cè)距傳感器為模擬量傳感器，接 AD0~AD7 的任意一個(gè)接口都可以通過(guò)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(cè)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(cè)距離非比例相關(guān) MultiFLEX?2PXA270 控制器的 AD 精度為 10 位，測(cè)量電壓范圍 0~5V，對(duì)應(yīng)輸出值 0~1023。您如果要得到真實(shí)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(shí)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(jiàn)的麥克風(fēng)包括動(dòng)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(jià)格低廉而性能不錯(cuò)，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(dòng)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(duì)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(dòng)板振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)板與電極板會(huì)隨音波的振動(dòng)，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(hào)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(dòng)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(kāi)關(guān)量傳感器，接 IO0~IO11的任意一個(gè)接口都 可以通過(guò) 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(dòng)作，比如拍下手掌 —— 機(jī)器狗站來(lái)來(lái)，快速拍手 —— 機(jī)器狗往前跑。高級(jí)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(tīng)到耳朵的所有聲音，輸出連續(xù)的電平信號(hào)。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(guò) 60 分貝時(shí)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(cè)溫度的部件。其核心是美國(guó) National Semiconductor公司的 LM35 溫敏傳感器。這款傳感器的標(biāo)稱溫度檢測(cè)范圍是 0~70 攝氏度。為了傳感器的安全起見(jiàn)，不要將傳感器放置在超過(guò) 80 攝氏度的環(huán)境中，該傳感器并不具備防水能力，請(qǐng)不要用該傳感器測(cè)量水溫。 如圖是“創(chuàng)意之星”的溫度傳感器，輸出模擬量信號(hào)，接 AD0~AD7 的任意一個(gè)接口都可以通過(guò) 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(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)向功能，由于可以通過(guò)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向以及 機(jī)器人各類關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)中。 其工作原理為 :控制電路板接受來(lái)自信號(hào)線的控制信號(hào)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)一系列齒輪組，減速后傳動(dòng)至輸出舵盤(pán)。舵機(jī)的輸出軸和位置反饋電位計(jì)是相連的，舵盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，帶動(dòng)位置反饋電位計(jì)，電位計(jì)將輸出一個(gè)電壓信號(hào)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(dòng)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(hào)→控制電路板→電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)→齒輪組減速→舵盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)→位置反饋電位計(jì)→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(dòng)、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(dòng)，也可用于其它簡(jiǎn)單位置控制場(chǎng)合。 CDS5516 的特點(diǎn)如下所示： 1大扭矩： 16Kgf cm 的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(gè)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(yǔ)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(jì)：首先需要清點(diǎn)一下，要用到的資源：一個(gè)控制器、 4個(gè) CDS5514個(gè)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(gè)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的智能小車。原因是 四個(gè)輪子可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)控制，具有很強(qiáng)的機(jī)動(dòng)能力，并且動(dòng)力比較強(qiáng)勁?？梢园惭b 四個(gè)舵機(jī)，讓機(jī)器人能夠靈活運(yùn)動(dòng)，四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)輸出和機(jī)器人平臺(tái)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?cè)谛≤嚨那胺桨惭b兩個(gè)紅外測(cè)距傳感器，如果左邊的傳感器觸發(fā)，但右邊的沒(méi)有觸發(fā)，說(shuō)明機(jī)器人左邊有障礙物，但右邊沒(méi)有，可以向右邊轉(zhuǎn)彎避開(kāi)。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(yǔ)音控制及火警功 能的智能小車的搭建過(guò)程 第一步，先搭建一個(gè)輪子，控制這個(gè)輪子轉(zhuǎn)起來(lái)。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(shí)驗(yàn)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(gè)； （ 4） MultiFLEX?2PXA270 控制器一個(gè)； 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(gè)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(gè)輪子亦是如 此。 第 4章 具有語(yǔ)音控制及火警功能的智能小車的軟件設(shè)計(jì)部分 具有語(yǔ)音控制及火警功能的智能小車設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)部分包括語(yǔ)音識(shí)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(yǔ)音控制及火警功能的智能小車設(shè)計(jì)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(shuō)出指令之后，麥克風(fēng)識(shí)別出人的聲音，然后進(jìn)行邏輯判斷是否與紅外測(cè)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(cè)距傳感器的指令，若沒(méi)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?yàn)楣ぷ鳝h(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(bào)警又可以遠(yuǎn)離危險(xiǎn)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(gè)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(shí)現(xiàn)人類賦予智能小車的任務(wù)。下面是具有語(yǔ)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(kāi)始 說(shuō)出麥克風(fēng)指令 識(shí)別 執(zhí)行紅外測(cè)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(yǔ)音控制及火警功能的智能小車實(shí)現(xiàn)避障功能靠的是紅外測(cè)距傳感器，在小車的前方分別安兩個(gè)紅外測(cè)距傳感器，當(dāng)紅外測(cè)距傳感器接收到信號(hào)后，通過(guò)控制器分析左側(cè)和右側(cè)有沒(méi)有同時(shí)檢測(cè)到障礙物，如果同時(shí)沒(méi)有檢測(cè)到障礙物，那么智能小車將前進(jìn)，如果左側(cè)傳感器檢測(cè)到障礙物，那么智能小車首先后退，然后在實(shí)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(cè)距傳感器邏輯判斷流程圖： 是 否 否 是 小車實(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)的，溫度傳感器里有感溫電阻，通過(guò)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(cè)到的溫度范圍是 0~70 攝氏度，為了安全起見(jiàn)，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(cè)到溫度超過(guò)了 70攝氏度的時(shí)候，蜂鳴器將會(huì)報(bào)警，發(fā)出警報(bào)，命令智能小車后退，如果檢測(cè)到溫度沒(méi)有超過(guò) 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(yùn)轉(zhuǎn)。下面是溫度傳感器的邏輯判斷流程圖： 開(kāi) 始 紅外傳感器接收信號(hào) 左側(cè)傳感器和右側(cè)傳感器是否檢測(cè)到 障礙物 左側(cè)傳感器是否檢測(cè)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(shí)現(xiàn)能聽(tīng)懂人類的命令是通過(guò)聲音傳感器來(lái)實(shí)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(shí)，傳感器 隨著音波的流入使金屬振動(dòng)板振動(dòng)時(shí)， 振動(dòng)板與電極板會(huì)隨音波的振動(dòng)，麥克風(fēng)接在音頻輸入接口上，能夠采集人耳朵能夠聽(tīng)到的所有聲音，輸出連續(xù)的電平信號(hào)。聲音傳感器是 IO 量傳感器，輸出只