微波EDA网,见证研发工程师的成长! 2025婵犵數濮烽弫鍛婃叏閻戣棄鏋侀柛娑橈攻閸欏繘鏌熺紒銏犳灍闁稿骸顦…鍧楁嚋闂堟稑顫岀紓浣哄珡閸パ咁啇闁诲孩绋掕摫閻忓浚鍘奸湁婵犲﹤鎳庢禍鎯庨崶褝韬┑鈥崇埣瀹曠喖顢橀悙宸€撮梻鍌欑閹诧繝鎮烽妷褎宕叉慨妞诲亾鐎殿喖顭烽弫鎰緞婵犲嫷鍚呴梻浣瑰缁诲倸螞椤撶倣娑㈠礋椤撶姷锛滈梺缁樺姦閸撴瑩宕濋妶鍡欑缁绢參顥撶弧鈧悗娈垮枛椤兘骞冮姀銈呭窛濠电姴瀚倴闂傚倷绀侀幉锟犲箰閸℃稑宸濇い鏃傜摂閸熷懐绱撻崒姘偓鎼佸磹閻戣姤鍤勯柤鎼佹涧閸ㄦ梹銇勯幘鍗炵仼闁搞劌鍊块弻娑㈩敃閿濆棛顦ラ梺钘夊暟閸犳牠寮婚弴鐔虹闁绘劦鍓氶悵鏇㈡⒑缁嬫鍎忔俊顐g箞瀵鈽夊顐e媰闂佸憡鎸嗛埀顒€危閸繍娓婚柕鍫濇嚇閻涙粓鏌熼崙銈嗗04闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾惧綊鏌熼梻瀵割槮缁炬儳缍婇弻鐔兼⒒鐎靛壊妲紒鎯у⒔閹虫捇鈥旈崘顏佸亾閿濆簼绨奸柟鐧哥秮閺岋綁顢橀悙鎼闂侀潧妫欑敮鎺楋綖濠靛鏅查柛娑卞墮椤ユ艾鈹戞幊閸婃鎱ㄩ悜钘夌;闁绘劗鍎ら崑瀣煟濡崵婀介柍褜鍏涚欢姘嚕閹绢喖顫呴柍鈺佸暞閻濇洟姊绘担钘壭撻柨姘亜閿旇鏋ょ紒杈ㄦ瀵挳濮€閳锯偓閹风粯绻涙潏鍓хК婵炲拑绲块弫顔尖槈閵忥紕鍘遍梺鍝勫暊閸嬫挻绻涢懠顒€鏋涢柣娑卞櫍瀵粙顢樿閺呮繈姊洪棃娑氬婵炶绲跨划顓熷緞婵犲孩瀵岄梺闈涚墕濡稒鏅堕柆宥嗙厱閻庯綆鍓欐禒閬嶆煙椤曞棛绡€濠碉紕鍏橀崺锟犲磼濠婂啫绠洪梻鍌欑閹碱偄煤閵娾晛纾绘繛鎴欏灩閻掑灚銇勯幒鍡椾壕濠电姭鍋撻梺顒€绉撮悞鍨亜閹哄秷鍏岄柛鐔哥叀閺岀喖宕欓妶鍡楊伓27闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾惧綊鏌熼梻瀵割槮缁炬儳缍婇弻鐔兼⒒鐎靛壊妲紒鎯у⒔閹虫捇鈥旈崘顏佸亾閿濆簼绨奸柟鐧哥秮閺岋綁顢橀悙鎼闂侀潧妫欑敮鎺楋綖濠靛鏅查柛娑卞墮椤ユ艾鈹戞幊閸婃鎱ㄩ悜钘夌;闁绘劗鍎ら崑瀣煟濡崵婀介柍褜鍏涚欢姘嚕閹绢喖顫呴柍鈺佸暞閻濇牠姊绘笟鈧埀顒傚仜閼活垱鏅堕幍顔剧<妞ゆ洖妫涢崚浼存懚閺嶎灐褰掓晲閸噥浠╁銈嗘⒐濞茬喎顫忓ú顏呭仭闁规鍠楅幉濂告⒑閼姐倕鏋傞柛搴f暬楠炲啫顫滈埀顒勫春閿熺姴绀冩い蹇撴4缁辨煡姊绘担铏瑰笡闁荤喆鍨藉畷鎴﹀箻缂佹ḿ鍘遍梺闈浨归崕鎶藉春閿濆洠鍋撳▓鍨灈妞ゎ參鏀辨穱濠囧箹娴e摜鍘搁梺绋挎湰閻喚鑺辨禒瀣拻濞达絽鎳欒ぐ鎺戝珘妞ゆ帒鍊婚惌娆撴煙鏉堟儳鐦滈柡浣稿€块弻銊╂偆閸屾稑顏� 闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾惧綊鏌熼梻瀵割槮缁炬儳缍婇弻鐔兼⒒鐎靛壊妲紒鎯у⒔閹虫捇鈥旈崘顏佸亾閿濆簼绨奸柟鐧哥秮閺岋綁顢橀悙鎼闂侀潧妫欑敮鎺楋綖濠靛鏅查柛娑卞墮椤ユ艾鈹戞幊閸婃鎱ㄩ悜钘夌;闁绘劗鍎ら崑瀣煟濡崵婀介柍褜鍏涚欢姘嚕閹绢喖顫呴柣妯荤垹閸ャ劎鍘遍柣蹇曞仜婢т粙鎮¢姘肩唵閻熸瑥瀚粈鈧梺瀹狀潐閸ㄥ潡銆佸▎鎴犵<闁规儳澧庣粣妤呮⒒娴e憡鍟炴い顓炴瀹曟﹢鏁愰崱娆屽亾濞差亝鍊垫鐐茬仢閸旀碍绻涢懠顒€鈻堢€规洘鍨块獮姗€鎳滈棃娑欑€梻浣告啞濞诧箓宕滃☉銏℃櫖婵炴垯鍨洪埛鎴︽煕濞戞ǚ鐪嬫繛鍫熸礀閳规垿鎮欑拠褑鍚梺璇″枙閸楁娊銆佸璺虹劦妞ゆ巻鍋撻柣锝囧厴瀹曞ジ寮撮妸锔芥珜濠电姰鍨煎▔娑㈩敄閸℃せ鏋嶉悘鐐缎掗弨浠嬫煟濡櫣浠涢柡鍡忔櫅閳规垿顢欓懞銉ュ攭濡ょ姷鍋涢敃銉ヮ嚗閸曨垰绠涙い鎺戝亰缁遍亶姊绘担绛嬫綈鐎规洘锕㈤、姘愁樄闁哄被鍔戞俊鍫曞幢閺囩姷鐣鹃梻渚€娼ч悧鍡欌偓姘煎灦瀹曟鐣濋崟顒傚幈濠电偛妫楃换鎴λ夐姀鈩冨弿濠电姴鎳忛鐘电磼鏉堛劌绗掗摶锝夋煠婵劕鈧倕危椤掑嫭鈷掑ù锝呮嚈瑜版帗鏅濋柕鍫濇嫅閼板潡姊洪鈧粔鎾倿閸偁浜滈柟鍝勭Х閸忓矂鏌涢悢鍝ュ弨闁哄瞼鍠栧畷娆撳Χ閸℃浼�闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾惧綊鏌熼梻瀵割槮缁炬儳缍婇弻鐔兼⒒鐎靛壊妲紒鎯у⒔閹虫捇鈥旈崘顏佸亾閿濆簼绨奸柟鐧哥秮閺岋綁顢橀悙鎼闂侀潧妫欑敮鎺楋綖濠靛鏅查柛娑卞墮椤ユ艾鈹戞幊閸婃鎱ㄩ悜钘夌;闁绘劗鍎ら崑瀣煟濡崵婀介柍褜鍏涚欢姘嚕閹绢喖顫呴柍鈺佸暞閻濇牠姊绘笟鈧埀顒傚仜閼活垱鏅堕幍顔剧<妞ゆ洖妫涢崚浼存懚閺嶎灐褰掓晲閸噥浠╁銈嗘⒐濞茬喎顫忓ú顏呭仭闁规鍠楅幉濂告⒑閼姐倕鏋傞柛搴f暬楠炲啫顫滈埀顒勫春閿熺姴绀冩い蹇撴4缁辨煡姊绘担铏瑰笡闁荤喆鍨藉畷鎴﹀箻缂佹ḿ鍘遍梺闈浨归崕鎶藉春閿濆洠鍋撳▓鍨灈妞ゎ參鏀辨穱濠囧箹娴e摜鍘搁梺绋挎湰閻喚鑺辨禒瀣拻濞达絽鎳欒ぐ鎺戝珘妞ゆ帒鍊婚惌娆撴煙鏉堟儳鐦滈柡浣稿€块弻銊╂偆閸屾稑顏�
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武装机动平台测距避障系统设计

时间:02-27 来源:互联网 点击:

随着社会暴力犯罪和恐怖活动呈上升趋势,士兵面临的威胁更突然、直接、致命,这对部队人员使用的武器装备提出了更高要求。战场无人装备作为一种功能强大、反应迅速、代价低廉、应用广泛的多技术融合体,渐渐步人人们的视野。为了能够实现移动战场无人装备的自主避障导航,必须建立移动战场无人装备的测距避障导航系统。用于战场无人装备测距避障的实现方法有多种,主要有超声避障、视觉避障、红外传感器、激光避障、微波雷达等避障方法。其中超声波传感器以其信息处理简单、技术成熟、运行可靠、速度快、性价比高和硬件实现方便等优势,被广泛地应用到移动战场无人装备的感知系统中。
以微控制器为核心的智能数据采集系统的兴起,超声波检测装置在其检测精度、手段、应用范围上实现了新的飞跃,广泛应用于智能化检测和机器人导航等领域。文中介绍了一种以单片机为主控芯片,采用多组超声波传感器采集障碍物信息,结合温度补偿原则,实现精确测距。该测距系统结合模糊控制避障算法,在自行设计的武装机动平台上得到实际应用,实现了武装机动平台的安全避障。

1 超声波测距原理
超声波测距技术是一种非接触式的测量物体间距离的方法。它是基于无目视能力的生物防御及捕捉猎物生存的原理。通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波时间,计算运动物体与障碍物间的距离。对距离的测定通常采用渡越时间法,即利用超声波探头向某一方向发射出超声波,在发射的同时开始计时,当超声波在介质中碰到被测物体,就会发生反射,探头接收到反射波后立即停止计时,从而计算
出发射和接收回波的时间差△t,继而根据超声波在介质中的传播速度C,计算出发射点到被测物之间的距离d=C×△t/2。
超声波在空气中的传播速度和温度有关,为了获得较精确的声速,必须引入温度补偿。对空气而言,本文采用超声波速度C与环境温度T的关系按如下公式计算:闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾惧綊鏌熼梻瀵割槮缁炬儳缍婇弻鐔兼⒒鐎靛壊妲紒鎯у⒔閹虫捇鈥旈崘顏佸亾閿濆簼绨奸柟鐧哥秮閺岋綁顢橀悙鎼闂侀潧妫欑敮鎺楋綖濠靛鏅查柛娑卞墮椤ユ艾鈹戞幊閸婃鎱ㄩ悜钘夌;婵炴垟鎳為崶顒佸仺缂佸鐏濋悗顓熶繆閵堝繒鍒伴柛鐕佸亞缁鈽夊Ο蹇撶秺閺佹劙宕ㄩ璺攨缂傚倷绀侀鍕嚄閸撲焦顫曢柟鎹愵嚙绾惧吋鎱ㄥ鍡楀幋闁稿鎹囬幃婊堟嚍閵夈儮鍋撻崸妤佺叆闁哄洦姘ㄩ崝宥夋煙閸愯尙鐒告慨濠勭帛閹峰懘宕ㄦ繝鍌涙畼闂備浇宕甸崰鍡涘磿閹惰棄绠查柕蹇曞濞笺劑鏌嶈閸撴瑩顢氶敐鍡欑瘈婵﹩鍘兼禍婊呯磼閻愵剙顎滃瀛樻倐瀵煡顢楅崟顑芥嫼闂佸湱枪濞撮绮婚幘瀵哥閻犲泧鍛煂闁轰礁鐗婃穱濠囧Χ閸涱喖娅ら梺绋款儌閸撴繄鎹㈠┑鍥╃瘈闁稿本绋戝▍锝咁渻閵堝繒鍒伴柕鍫熸倐楠炲啯绂掔€e灚鏅┑鐐村灦钃遍悹鍥╁仱濮婅櫣鎷犻垾铏亶闂佽崵鍣︽俊鍥箲閵忕姭鏀介悗锝庝簽閸婄偤姊洪棃娴ゆ盯宕橀妸銉喘婵犵數濮烽弫鍛婃叏閻戣棄鏋侀柟闂寸绾捐銇勯弽顐粶闁绘帒鐏氶妵鍕箳閹存繍浠肩紒鐐劤椤兘寮婚悢鐓庣鐟滃繒鏁☉銏$厽闁规儳顕ú鎾煙椤旂瓔娈滈柡浣瑰姈閹棃鍨鹃懠顒佹櫦婵犵數濮幏鍐礃椤忓啰椹抽梻渚€鈧稓鈹掗柛鏂跨Ф閹广垹鈹戠€n亜绐涘銈嗘礀閹冲秹宕Δ鍛拻濞达絽鎲$拹锟犳煙閾忣偅灏甸柍褜鍓氬銊︽櫠濡や胶鈹嶅┑鐘叉搐缁犵懓霉閿濆牆鈧粙濡搁埡鍌滃弳闂佸搫鍟犻崑鎾绘煕鎼达紕锛嶇紒杈╁仱楠炴帒螖娴e弶瀚介梻浣呵归張顒勬偡閵娾晛绀傜€光偓閸曨剛鍘甸梺鎯ф禋閸嬪懎鐣峰畝鈧埀顒冾潐濞叉粓寮拠宸殨濞寸姴顑愰弫鍥煟閹邦収鍟忛柛鐐垫暬濮婄粯鎷呴懞銉с€婇梺闈╃秶缁犳捇鐛箛娑欐櫢闁跨噦鎷�...。硬件设计中加入温度补偿电路,本文采用温度传感器DS18B20采集环境温度送给单片机进行温度补偿,以修正声速。

2 测距避障系统总体设计
武装机动平台由运动行走子系统、火力控制子系统、侦察子系统、测距避障子系统组成,总体采用分级式控制方式,各子系统在中央处理器控制下完成相应工作。测距避障子系统是武装机动平台重要组成部分,在硬件设计上,采用主、从机结构,从机主要完成测距数据的采集处理,主机根据从机采集的距离信息完成复杂的避障算法,控制机器人的行走。从机主控芯片采用STC12C5412AD单片机,4组超声波收发
传感器采集障碍物信息,DS18B20温度传感器测定环境温度,液晶1602显示4组测定距离和环境温度,其总体设计框图如图1所示。

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编号1、2、3、4分别代表4组超声波传感器,武装机动平台的左右两侧各安装1组,前方安装两组,分别用于感知各自方向上的障碍物信息,超声波传感器在武装机动平台上的分布如图2所示。

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温度传感器DS18B20用于感知环境温度,把采集到的环境温度送给单片机作温度补偿,提高测量障碍物与武装机动平台距离的精度,实现精准避障。
武装机动平台避障运动分为4种情况:(a)只有1、2两组超声波检测到障碍物,此时小车向右运动,若3、4组测到障碍物则向相反方向运动。(b)当前方发现障碍物,1、4组均未检测的障碍物时,令小车向右运动。(c)当4组超声波都测到障碍物时,小车先倒退,然后向右运动。(d)若1、4检测到障碍物而2、3没有检测到障碍物,小车并不改变方向仍按直线行走。

3 测距避障系统硬件电路设计
3.1 超声波发射电路

超声波发射电路如图3所示。它由超声波波形产生电路、功率放大电路和发射控制电路3部分组成。由于4组超声波传感器需要实现功能相同,电路基本一样,只是控制电路端口改变,因此只对一组超声波收发器的功能实现作介绍。选单片机的端口P1.0为控制信号线,控制触发NE555时基振荡电路产生频率为40 kHz的方波信号,其振荡频率计算公式如式(1)所示。
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由于发出的超声波信号达不到用于测量所需的强度,且随着测量距离的增加,超声波在空气中的损耗也不断增加,经反射接收到的回波信号十分微弱,不利于从大量杂信号中提取出来。为了提高探测的准确性,在超声波传感器与NE555输出端加上电压放大电路,对产生的信号进行放大,提高方波信号的电压值及强度,本系统的最大测距范围为15 m,由于在软件设计中使用了抗反射波直接被接收的限制,最近测距范围为20 cm。
3.2 超声波接收电路
超声波接收电路如图4所示。它由超声波接收换能器、运算放大器、选频电路及多路选通开关等部分组成。由于回波在接收传感器经压电效应产生的电压信号是mV级,所以接收到的回波信号必须经放大电路放大后才能由下一级的选频检测电路处理。放大电路采用MC33202D集成运算放大器,第一级放大100倍,第二级放大10倍。选频电路由音频译码器LM567CN实现,其5、6脚外接的电阻和电容决定了内部振荡器的中心频率fo,fo≈1/(1.1R1C1)。当Input端接收到的信号中有接近LM567设定的频率且具有一定幅值的回波时,LM567的输出引脚OUTPUT
由高电平变为低电平,此低电平信号被连接到STC12C5412AD单片机的INT0引脚触发中断。STC12C5412AD单片机在发射超声波时启动定时器,
在中断产生时关闭定时器,从而得到超声波传播的时间△t,计算武装机动平台与障碍物的距离。

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