【文章內(nèi)容簡介】 62% 啤酒泡沫 70% 不透明白色塑料 87% 人手 掌心 75% 紅外線開關又稱 紅外線光電開關，利用紅外光束的的遮光或反射紅外光束 的特性，并 通過 檢測到同時同步電路 ， 選擇 對應 檢測對象 。 優(yōu)點 該對象不限定于金屬，所有能反射的物體都可以作為被檢測的對象?，F(xiàn)有的光電傳感器在近紅外光的波長為 780nm， 3um，并且具有產(chǎn)品相對穩(wěn)定的整合，以及數(shù)字電路也很簡單。 所以我們使用這個傳感器 用途：如圖 所示 ，所用的“創(chuàng)意之星”機器人的紅外光電開關的型號為 E18B0，數(shù)據(jù)是： VCC： 5V。工作電流：小于 100mA。輸出方式： NPN晶體管 OC輸出。封裝類型：工程塑料。 圖 214 紅外接近傳感器 紅外接近傳感器是開關傳感器，任何接口的 IO0? IO11 可以 由 NorthSTAR 讀取和編程。因為輸出是開關量，只能判斷距離中的障礙物，不能給 出 障礙物的實際距離。但具有靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕的傳感器，可以調(diào)整感測觸發(fā)的距離。創(chuàng)意之星套件 觸發(fā)距離 已被設置為 50cm左右。 原理：用于測量對象的前部，傳感器探頭之間的距離的。 優(yōu)點是 傳感器的體積小，重量輕（小于 10 克的重量）及接口簡單，而且它是用于微型機器人的理想選擇。 GP2D12主要由紅外線發(fā)射器， PSD（位置敏感檢測器）以及相 關的處理電路，紅外線發(fā)射器發(fā)射的紅外線光束，紅外線被反射回來，并投影 到 中心位置 。 優(yōu)點是 和障礙物的反射角度不 太相關 ， 誤差的輸出值是非常小的。 不同的反射率材料。 但能保持一定范圍內(nèi)。 下圖 使用創(chuàng)意之星 GP2D12 紅外測距傳感器，和普通 GP2D12 不同的是，我們 17 基于 PXA270 的機器人控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 設計類似于貝殼頭的機器人，可以方便地安裝到創(chuàng)意之星的一部分。紅外線范圍傳感器，用于將模擬傳感器，那么任何接口的 AD0? AD7可以由 NorthSTAR 進行編程。傳感器規(guī)格如下： 檢測范圍： 1080cm 工作電壓： 45。 5V 標準電流消耗： 3350mA 輸 出： 非 比例相關的模擬輸出，輸出電壓和檢測范圍 MultiFLEX?2AVR 控制器和 MultiFLEX?2PXA270 控制器的 AD 精度為 10 位，測量電壓范圍 0~5V，對應輸出值 0~1023。您如果要得到真實的距離值需要做 2 次換算，假設您從 NorthSTAR 讀取的 AD 值為 491，換算為真實電壓值為5*(491/1023)=，從 215 的對照圖可以知道當前傳感器探頭到障礙物的距離是 50cm。 圖 215 紅外測距傳感器 3. 灰度傳感器 灰度傳感器是由自身明亮的白色 LED 照明，以檢測對象 ，并且檢測對象的反射的 LED。由于不同顏色的白色光的反射能力，最高的同種材料的白色反射，最低的黑色反射。灰度級傳感器的前端有一個光敏電阻， 優(yōu)點是 它可以被用于檢測的反射光，這可以從所檢測的對象的灰度值來推斷的強度。 圖 ，那么任何接口的 AD0? AD7可以由 NorthSTAR 讀取和編程。在武術賽場上比賽的機器人或機器人足球比賽中，使用多個灰度傳感器陣列可以判斷出顏色漸變的場地。在機器人的情況下，可以作為一個傳感器來區(qū)分與周圍白線上。 江蘇信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計報告 18 圖 216 灰度傳感器 覺模塊 視覺傳感器，可被用作機器人的眼睛。 MultiFLEXTM2PXA270 控制器可以訪問常用的 USB 攝像頭，并且具有圖像搜索引擎，可以識別各種顏色，有綠色和白色兩 種 圓柱和黃銅鑼，使用攝像頭可以讓機器人更清楚地認識 圓 柱顏色外觀的 區(qū)別。 2． 7． 2采集信息處理 模擬信號：時間和價值是連續(xù)物理量稱為模擬量，如電壓，電流，聲音，速度，壓力，溫度等，我們將顯示該信號的物理量作為模擬信號，其中將工作在電子電路的模擬信號作為模擬信號，并且把傳感器輸出信號稱為模擬傳感器的模擬信號。 開關信號：該計算機的數(shù)據(jù)結(jié)構是由 0和 1，所以 0和 1數(shù)據(jù)的兩個狀態(tài)是最容易處理。在數(shù)字信號，最簡單的信號是僅 0 和 1 的高低的水平。只有 0 和 1 的數(shù)字信號是被稱為切換信號，同樣可以是在傳感器只有高或低的電路水平被稱為開關傳感器輸出。 從傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)以收集來自外部數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬和開關量信息的兩個不同的信息需要不同的接口和處理方法。可以被發(fā)送到主控制芯片識別，開關的量也比較簡單，只有相應的接口電路，用于開關的量無需處理。 驅(qū)動模塊設計 舵機控制有以下幾種方法： 1）通過使用所述軟件的 PWM信號波形，將 GPIO 端口的輸出由軟件進行控制 。 2）使用的串行端口（機器人現(xiàn)在使用）和數(shù)字伺服通信，來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向器的控制 。 3)通過定時器輸出 PWM 波，控制舵機運動； 19 基于 PXA270 的機器人控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 圖 217 舵機調(diào)式 圖 218 舵機連接 CDS5516有專用的調(diào)試環(huán)境 RobotServo Terminal，在這個環(huán)境下，您可以設置舵機 ID、波特率、工作模式、速度限制、角度限制、電壓限制等等。 CDS5516采用總線式通訊 , 需要注意的是：每個 CDS5516 需要使用不同 ID；每串 CDS5516的數(shù)量不能太多，最好是 6 個以下。正常工作下單個 CDS5516 的電流可能達到500mA~1A，堵轉(zhuǎn)電流可達到 ，單組 6 個 CDS5516的工作電流可能達到 38A。這樣的電流會讓舵機線發(fā)熱，并產(chǎn)生比較大的電壓降，最后一個 CDS5516 可能因為沿途舵機線的分壓而導致工作電壓過低， CDS5516在電壓過低時會出現(xiàn)復位、數(shù)據(jù)通訊不正常等等狀況。 通信模塊 網(wǎng)絡下載接口模塊 UP調(diào)試多功能調(diào)試器集成 USB 到 RS232，半雙工異步串行總線， AVRISP 下載三個功能，在“創(chuàng)意之星”套件里，我們可以用它來進行程序下載、串口通訊和 CDS5516調(diào)試。 本節(jié)主要介紹如何用調(diào)試器進行 控制器的程序燒錄和串口通訊。如圖 示為調(diào)試器的配線： 江蘇信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計報告 20 圖 219 調(diào)試器配線 圖 220 UPDebugger 下載調(diào)試器 配線一端是 10針 IDC 頭，另一端是 3針和 5針杜邦頭，杜邦頭有“△”的為GND。 給控制器的 ATmega128 和 ATmega8下載程序 將調(diào)試器設為 AVRISP 模式。 控制板上有 M128_ISP 和 M8_ISP，分別是 ATmega128 和 ATmega8的程序下載接口。 把調(diào)試器的 USB 線接到 PC 機上，將 5 針杜邦頭接到控制器左側(cè)的 M128_ISP或 M8_ISP插針上，杜邦頭有“△”號的為 GND 針腳，注意線的 GND針腳和控制板的 GND針腳對應（第二版控制器的插針位置和第一版控制器不同，但線序相同）。 圖 221 下載和調(diào)試接口 網(wǎng)絡通信接口模塊 21 基于 PXA270 的機器人控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 圖 222 適配器屬性 適配器位于本地連接處，將 IP 地址修改為 。并默認網(wǎng)關 PC機與各類傳感器相連接，以便方面查詢相應的閾值。 景 物圖 像 傳 感 器數(shù) 字 信 號 處 理 芯 片電 腦圖 像顯 示 器U S B接 口A /D鏡 頭 圖 223 攝像頭成像 原理 圖像的二值化的基本原理就是將圖像上的點的灰度置為 0或 255，也就是將整個圖像呈現(xiàn)出明顯的黑白效果。即將 256 個亮度等級的灰度圖像通過適當?shù)拈撝到K信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計報告 22 選取而獲得仍然可以反映圖像整體和局部特征的二值化圖像。在數(shù)字圖像處理中，二值圖像占有非常重要的地位，特別是在實用的圖像處理中，以二值圖像處理實現(xiàn)而構成的系統(tǒng)是很多的，要進行二值圖像的處理與分析，首先要把灰度圖像二值化，得到二值化圖像，這樣子有利于在對圖像做進一步處理時，圖像的集合性質(zhì)只與像素值為 0 或 255 的點的位置有關，不再涉及像素的多級值，使處理變得簡單，而且 數(shù)據(jù)的處理和壓縮量小 . 視覺模塊位于外掛設備，主要應用于控制器實現(xiàn)有顏色的物體的識別。二值化主要通過標定目標顏色閾值，并將背景中相近的顏色去除掉，實現(xiàn)目標物的識別。利用控制器上的 USB 接口，通過以太網(wǎng)將 PC 機和控制器連接，調(diào)正 H、 S、 I的設定范圍。這就是二值化。 本章小結(jié) 這章節(jié)武術擂臺賽機器人方案的分析和設計，包括機械，傳動，控制和信息獲取的四個部分。這四個部分是機器人的整體設計的體系結(jié)構，在此基礎上，為硬件電路設計。 表 5 為模塊系統(tǒng)結(jié)構 系統(tǒng)名稱 型號 功能描述 數(shù)量 控制決策系統(tǒng) MultiFLEXTM2PXA270 控制 機器人的核心控制單元 1 感知系統(tǒng) 灰度傳感器 確定機器人的位置和移動方向 2 紅外測距傳感器 安裝在控制器 上 調(diào)整機器人和柱子的精確距離 5 紅外測距傳感器 安裝在底盤上 近距離檢測柱子，是機器人正對柱子 1 運動系統(tǒng) Faulhaber大功率減速電機 機器人底盤驅(qū)動，驅(qū)動機器人運動 4 CDS5516數(shù)字舵機（舵機模式） 機器人機械臂，驅(qū)動機器人手臂運動 6 23 基于 PXA270 的機器人控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) CDS5516數(shù)字舵機（舵機模式） 機器人腰部，驅(qū)動機器人軀干運動 4 機 械結(jié)構 創(chuàng)意之星及手工制作的部件 搭建競賽機器人主體結(jié)構 / 工作電源 一組 機器人系統(tǒng)電源 1 江蘇信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計報告 24 第三章 控制系統(tǒng)的軟件設計 硬件是機器人控制系統(tǒng)的基礎，但只有硬件是不夠的。 軟件 是系統(tǒng)的靈魂。軟件只能根據(jù)硬件和游戲的實際要求寫入。機器人完成既定任務和功能。 軟件總體 策略 設計 開 始軟 開 關爬 坡找 綠 色 柱 子自 我 介 紹后 退 + 左 轉(zhuǎn)尋 找 繡 球舉 繡 球 + 推 到 柱 子前 進 + 右 轉(zhuǎn)尋 找 銅 鑼敲 鑼后 退 + 右 轉(zhuǎn) + 前 進 +左 轉(zhuǎn)謝 幕 表 演結(jié) 束總 體 策 略 設 計 圖 31 軟件總體策略 本次項目的程序主要通過 Norstar圖形化編程環(huán)境來編寫和下載，主要邏輯和 流程如下圖所示： 首先，按從起始區(qū)域自主上臺，自主發(fā)現(xiàn)在起步區(qū)右側(cè)的綠色圓柱體的前面。這需要精確的設定時間為機器人前進，右轉(zhuǎn)，為了確保機器人在最短的時間可以檢測綠色圓筒。通過灰度傳感器探測的平臺優(yōu)勢，向前一定距離，機器人切換到狀態(tài)，然后打開攝像頭找到綠色柱子從而達到機器人的定位精度，采用紅外距離傳感器和紅外接近傳感器靠近綠色缸即可。 25 基于 PXA270 的機器人控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 在該機器人達到綠色柱子，并通過麥克風的自我介紹，考慮到攝像頭上的白色校正受外部環(huán)境因素是大的，麥克風的位置和放置的白色圓柱距離更近的，所以機器人后退和左轉(zhuǎn)，利用紅外接近傳感器來 檢測繡球放在白色的圓柱。 為了確保成功撿起球和機器人手臂由下移動首先，要滿足繡球的圓柱體，手臂加力，繡球從白色圓筒脫離，走到拋繡球的邊緣地方，后退左轉(zhuǎn) 180 度前進，通過左邊的紅外接近傳感器和攝像頭檢測白色柱子停下左轉(zhuǎn)，兩只手護住白色柱子，將柱子推至邊緣，先后退右在后退，前進走到柱子旁邊，用左手將柱子打下臺。 下一步是找到銅鑼，先使機器人前進一段距離，通過紅外測距傳感器檢測到銅鑼，然后右轉(zhuǎn)，通過攝像頭找到綠色的柱子，前進當左側(cè)檢測到停止前進，用左手擊打，鑼響起。 最后，機器人返回到平臺中央上，武術表演，感謝下 臺，演出結(jié)束。 尋找柱子策略設計 江蘇信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計報告 26 圖 32 尋找柱子邏輯 機器人尋找柱子主要應用于上臺后尋找綠色柱子進行自我介紹、后退尋找柱子進行抱繡球、前進尋找柱子并成功推下臺等三個方面。一般通過開啟各種傳感器進行定位，并將計算結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)。首先先通過紅外對齊目標 ，獲得相應