移动机器人超声波避碰传感器系统设计

为了避免移动机器人在行进过程中与障碍物发生碰撞，设计了一种基于LPC2119微控制器的超声波避碰传感器系统。文章首先介绍了超声波发射电路、回波电压放大电路和检测电路的设计方法;巧妙地应用74HC154的简单电路实现了多路超声波信号的循环发射;利用LM567实现了锁相环回彼检测电路，针对超声波传感器之间的回波干扰，提出了一种有效的解决方案;最后根据实验测量结果，应用最小二乘法得到了距离补偿公式，在移动机器人运行的过程中，该系统实时地循环检测机器人周围的障碍物信息，有效地避免了碰撞现象的发生。
随着机器人技术的发展，自主式移动机器人以其灵活性和智能性等特点，在人们的生产、生活中的应用越来越广泛。自主式移动机器人可以在没有人工干预或极少人工干预的条件下，在一定的环境中有目的地移动和完成指定的任务。它是一个组成及结构非常复杂的系统，具有加速、减速，前进、后退以及转弯等功能，并具有任务分析、路径规划、导航、信息检测和信息融合，自主决策等类似人类活动的人工智能川。自主式移动机器人通过各种传感器系统感知外界环境和自身状态，而在多种探测手段中，超声波传感器系统由于具有成本低、安装方便、不易受光线烟雾影响、时间信息直观等特点，在移动机器人环境探测和物体轮廓识别上有着广泛的应用。
本文研究的超声波避碰传感器系统由18路超声波发射电路，回波放大电路和锁相环检测电路组成，并由ARM处理器LPC2119统一管理。系统原理图如图1所示。LPC2119控制超声波发射电路循环地发射18路频率为40kHz的方波信号，在每1路超声信号发射的开始时刻启动定时器开始计时;超声信号经过驱动电路后驱动发射端超声头产生在空气中传播的超声波;当超声波遇到障碍物后会被反射回来，被接收端超声头接收后转化为同频率的正弦波小信号;小信号经过放大电路和锁相环电路后转换为TTL电平的信号，通过总线驱动电路挂接到LPC2119的外中断1上产生中断信
号;LPC2119在它的中断服务程序中停止定时器，并记录定时器的当前值，通过这个时间信息计算出障碍物的距离。