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1、 題 目：基于視覺傳感器的自主掃雷機(jī)器人設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 中文摘要 摘要： 在當(dāng)今的世界安全形勢下，掃雷小車的出現(xiàn)可以減少各國人員在掃雷過程中的人員傷亡，掃雷小車實(shí)用性能強(qiáng)更適合在軍事化領(lǐng)域或者是民用領(lǐng)域上應(yīng)用。讓它具有光明的發(fā)展前景。針對這一情況，本畢業(yè)設(shè)計就對自主掃雷小車進(jìn)行研究。 本設(shè)計是基于STM32處理器的自主掃雷小車控制系統(tǒng)，主要包含視覺識別、測距、避障、驅(qū)動還有資源配置。主控芯片采用STM32F103系列核心板。其中避障部分主要用HC-SR04超聲波模塊結(jié)合外部中斷1。視覺識別主要采用openmv4攝像頭模組以及相關(guān)算法來實(shí)現(xiàn)對強(qiáng)烈對比的“地雷”進(jìn)行識別。小車驅(qū)動使用PW

2、M技術(shù)對兩組車輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制并通過速度差實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。 顯然，自主掃雷機(jī)器人的運(yùn)用會對未來安全防范事業(yè)做出重要貢獻(xiàn)。本課題將有助于了解掃雷機(jī)器人和智能小車的研究和應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：STM32；超聲波避障；電機(jī)控制；PWM II 畢業(yè)設(shè)計說明書英文摘要 Title The Design of mine clearance robot Abstract In today's world security situation, many countries have begun to de

3、velop various dangerous operational robots such as anti-terrorism explosion-proof robots and rescue robots for disaster protection and rescue based on national security. Demining is also an important part of the security strategy. So the mine clearance robot appeared. Due to the fast speed and high

4、precision of robotic minesweeping, it is most important to avoid casualties and give it a bright future. This design is based on the STM32 processor's autonomous mine clearance robot control system, which mainly includes visual recognition, ranging, obstacle avoidance, drive and resource configurat

5、ion. The main control chip uses the STM32F103 series core board. Among them, the obstacle avoidance part mainly uses the HC-SR04 ultrasonic module combined with external interruption. The visual recognition part mainly uses the Openmv4 camera module to realize the identification of "mine" by related

6、 algorithms. The trolley drive uses PWM techique to control the wheel speed and achieve steering through the speed difference. Obviously, the use of autonomous mine clearance robot will make an important contribution to the future of safety. This topic will help to understand the research and appli

7、cation of mine clearance robots and intelligent cars. Keywords :STM32;Ultrasonic obstacle avoidance;Motor control;PWM 前 言 在當(dāng)今的世界安全形勢下，世界上很多國家都在研制各種特種設(shè)備機(jī)器人，比如說水下機(jī)器人研制，

8、鉆地機(jī)器人研制，飛天機(jī)器人研制等等。當(dāng)各個國家研制這些特種機(jī)器人的目的就是為了去減少國家內(nèi)部的操作人員的傷亡。而在這些機(jī)器人中各國重點(diǎn)研制的是掃雷機(jī)器人。聯(lián)合國兒童基金會在1996年發(fā)出一篇報告稱，在球60多個國家中，大約埋藏有多達(dá)700種地雷，累計數(shù)量高達(dá)1.1億顆，這是一個相當(dāng)可怕的數(shù)字，而且這還是二十年前的統(tǒng)計結(jié)果。如此多的地雷不論對于國家、人民群眾還是自然環(huán)境都有著難以預(yù)估的重大危害。傳統(tǒng)的人工掃雷雖然識別率高，但不得不忽視其對掃雷人員和士兵造成人身安全傷害的風(fēng)險。因此掃雷排雷成為世界各國迫在眉睫的一項(xiàng)挑戰(zhàn)和任務(wù)。 由于使用機(jī)器人掃雷速度快、精度高，還有可以避免人員傷亡這一巨大優(yōu)勢，

9、讓它不得不受到各國和各方人士的高度關(guān)注。鑒于這一情況，對智能移動掃雷設(shè)備的研究變得越發(fā)重要。所以本課題圍繞此問題展開，從機(jī)器人掃雷的背景和國內(nèi)外對其研究的現(xiàn)狀入手，再對其實(shí)現(xiàn)方案和相關(guān)軟硬件的設(shè)計進(jìn)行討論和總結(jié)。探尋一種基于視覺傳感器的掃雷機(jī)器人的設(shè)想，并制作出一個簡易能夠?qū)崿F(xiàn)基本功能的移動設(shè)備，對其中一些基礎(chǔ)技術(shù)和原理進(jìn)行學(xué)習(xí)理解，初步掌握單片機(jī)、傳感器的使用， 第一章 緒 論 1.1 引言 當(dāng)今，很多國家都早已明確表示禁止地雷的使用。但是仍有數(shù)億枚地雷被埋在世界各地，如此數(shù)量的地雷使很多生

10、活在周邊的居民受到很大的安全影患危險，很多周邊居民一不小心就會給潛藏的地雷給炸死炸傷，所以目前研制掃雷機(jī)器人已經(jīng)是大勢所趨了，只有將完善的掃雷機(jī)器人應(yīng)用進(jìn)多雷地區(qū)，才可以減少當(dāng)?shù)鼐用竦膫觥? 根據(jù)不完全的統(tǒng)計，我們周邊國家的一些戰(zhàn)場彌留地區(qū)存在著上億顆地雷，這些地雷無時無刻不影響著周圍居民的生命安全。沒有人能提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，讓人意想不到的是一些地雷甚至是第二次世界大戰(zhàn)時期留下的，而關(guān)于這些地雷存在的官方證明早已無從考究。眾多國家里，潛藏地雷最多的國家無非是正在發(fā)生戰(zhàn)亂的中東，和阿富汗地區(qū)，其次就是亞洲的老撾，柬埔寨，和越南地區(qū)。而有些地區(qū)國家，因?yàn)榭植婪肿雍涂植澜M織的活動，至今仍在投入使用這

11、種武器。2015年，全球約有6000多人因?yàn)榈乩资軅退劳觥Ｆ渲衅矫裾加泻艽蟊壤?，而兒童所占比例也高達(dá)30%。現(xiàn)有大多數(shù)的探雷和排雷技術(shù)以人工手動進(jìn)行，其危險系數(shù)極高。當(dāng)前在各個地區(qū)進(jìn)行排雷作業(yè)的除了人工之外，就是如今老式傳統(tǒng)的大型碾壓式地雷掃除機(jī)，這些掃雷機(jī)主要是靠自身的重量將潛藏在地下的地雷引爆，但是由于行動緩慢，經(jīng)常會使排雷爆破車被地雷震壞，在實(shí)際的排雷應(yīng)用中損壞率很大。為了解決這一現(xiàn)狀，也為了代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工掃雷的方式。本設(shè)計就機(jī)器人掃雷的問題展開研究。 根據(jù)要求，小車為實(shí)現(xiàn)自如行走、跟蹤、避障和自動定位等功能，屬移動機(jī)器人。這類機(jī)器人是一種用有較高自主行的智能機(jī)器人，作為機(jī)器人研究的領(lǐng)

12、先部分，智能機(jī)器人可以使用自身攜帶的傳感器接受來自環(huán)境的訊息并作出反饋，亦可檢測自身狀態(tài)并作出調(diào)整。從而實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境下的代替人工執(zhí)行一些高難度作業(yè)，并能夠不在人工干涉下自覺的避開障礙，達(dá)到自主導(dǎo)航和移動的目的，是一套高效高精度的機(jī)器系統(tǒng)。這一類機(jī)器人與傳統(tǒng)機(jī)器人最大的不同點(diǎn)就在于它對移動定位的要求更高。所以不論是掃雷還是執(zhí)行其他作業(yè)，所以不論是掃雷還是執(zhí)行其他作業(yè)，都可以安全、自主的完成，在特殊情況下，可以采用人工遠(yuǎn)程控制，提高系統(tǒng)設(shè)計的可行性以及便捷性，在更大程度上發(fā)揮“人機(jī)結(jié)合”的功能。 1.2 選題背景與意義 對于地雷炸彈的檢測和排除，目前世界范圍內(nèi)還是普遍使用士兵相關(guān)專業(yè)

13、人士進(jìn)行手動排查，其潛在的危害和風(fēng)險不言而喻。除此之外，近期使用的非人工掃雷方案如排雷車，滾筒車這一類的，因?yàn)榧夹g(shù)不夠先進(jìn)，大多用原始的類似耕地機(jī)一樣的原理，先增大接觸面和壓力，通過翻滾不停地捶打地表來實(shí)現(xiàn)對雷區(qū)的地雷誘導(dǎo)式引爆，不僅精度低下，而且因?yàn)樾枰龃蠼佑|面積和壓力，使得體積質(zhì)量成倍增長，進(jìn)而帶來的造價偏高，效率低下。其次，因?yàn)槠湓韺?dǎo)致的體型限制，讓此類機(jī)械一旦遇到非正常的地表環(huán)境，比如高低不平的山坡、崎嶇狹隘的小路等，就會出現(xiàn)很大的風(fēng)險性和局限性，甚至導(dǎo)致車體傾斜翻車等情況，對人員造成巨大傷害。 而排雷機(jī)器人就可以取代受過專業(yè)訓(xùn)練的排雷兵或特種犬，消除地雷和其他烈性爆炸物，大大降

14、低了訓(xùn)練排雷人員的成本，只需要學(xué)會機(jī)器的操作和使用，訓(xùn)練時間也會先出縮短。作為一種智能防爆安全裝備，同時也是最重要的減少人員的傷亡，都是它無可取代的優(yōu)勢。隨著機(jī)器人技術(shù)和當(dāng)下最熱門的AI技術(shù)的發(fā)展，用掃雷機(jī)器人代替人工實(shí)現(xiàn)高效、大范圍的掃雷工作將是今后相關(guān)研究發(fā)展的必然趨勢。在廣泛使用機(jī)器人探雷排雷的情況下，工程師可以擺脫風(fēng)險高、效率低、作業(yè)時間漫長的礦井探測和排雷工作。從另一個層面上講，機(jī)器人可以顯著地降低人員傷亡率，是實(shí)實(shí)在在地提升了排雷效率，而不是單純的為人排雷。 而且這種智能型的掃雷裝置，往往技術(shù)含量高，所以體較之于傳統(tǒng)排雷車大大縮小，重量也相應(yīng)的變輕很多，這就十分有利于在復(fù)雜環(huán)境下

15、的運(yùn)作和使用。通過這種掃雷設(shè)備，可以協(xié)助專用的排雷車或輔助專業(yè)的團(tuán)隊(duì)偵察地雷掃除地雷，成本低廉的同時兼顧了很高的安全性，非常適合面積廣的國際人道主義掃雷任務(wù)，將會為今后安全維和任務(wù)的扮演重要角色。它的出現(xiàn)也會對機(jī)器人在非正常環(huán)境和危險條件下作業(yè)等相關(guān)領(lǐng)域的研究工作作出貢獻(xiàn)，成為機(jī)器人領(lǐng)域的重要分支，具有十分寶貴的科研價值和現(xiàn)實(shí)意義。 1.3 研究現(xiàn)狀 基于確保從事掃雷排雷的相關(guān)人員士兵的安全，機(jī)器人地雷排除裝置正在緊張的開發(fā)中。因?yàn)槭褂脵C(jī)器人排除地雷可以避免人員的傷亡以及合理的性價比等優(yōu)點(diǎn)，對于執(zhí)行戰(zhàn)爭結(jié)束地區(qū)的排查和清理工作相當(dāng)合適。 上個世紀(jì)八十年代后期，美國已經(jīng)發(fā)起了關(guān)于無人掃雷也

16、就是機(jī)器人掃雷的相關(guān)研究，并積極研發(fā)設(shè)計此類設(shè)備。以至于美國的聯(lián)合機(jī)器人開發(fā)項(xiàng)目都包括軍隊(duì)特別裝備的各種遠(yuǎn)程地雷檢測機(jī)器人、防爆機(jī)器人、反恐機(jī)器人等等。在政府和軍隊(duì)的大力支持下，“Magic Claw”,“Pike Potter”,“Mine Hunter”等型號的智能機(jī)器人相繼公開并投入使用，當(dāng)時記錄的數(shù)據(jù)表明，這些機(jī)器人確實(shí)在各個戰(zhàn)區(qū)都發(fā)揮出了超前的水平和性能，為美國的軍事行動帶來了巨大幫助。美軍曾在阿富汗和伊拉克使用了數(shù)十個探測、爆破、排雷的機(jī)器人，但最初的裝甲師團(tuán)7個爆破機(jī)器人已經(jīng)消除了上千枚未爆炸的地雷。90年代后，美軍的爆炸物任務(wù)組使用了18臺清潔機(jī)器人，對伊拉克軍隊(duì)殘留的爆炸裝置

17、、啞炮和地雷的清除起到了重要的作用。 在歐美地區(qū)當(dāng)?shù)氐目茖W(xué)家們研制出了一種和傳統(tǒng)的地雷機(jī)器人不同的機(jī)器裝置，這種機(jī)器裝置主要是三部分組成，第一部分是由行動部分組成，這部分可以使地雷排除小車行動自如的在復(fù)雜的雷場進(jìn)行多變的行駛。第二部分是地雷檢測部分，地雷檢測部分通過高標(biāo)準(zhǔn)的金屬探測器可以探測到地下三米左右的地方，如果發(fā)現(xiàn)地下有潛在的安全影患，就會激發(fā)第三部分的使用，第三部分就是地雷標(biāo)志裝置。只要有地雷在地下給檢測到了，標(biāo)志裝置就會在地下地雷相對應(yīng)的地上位置標(biāo)志出鮮艷的黃色標(biāo)志，然后小車?yán)^續(xù)向前進(jìn)行地雷的掃除。整個探測過程可以做到相當(dāng)高的自主性和自動化。使用摩托羅拉的中央處理模塊和處理部件來完

18、成對機(jī)器人的指令發(fā)出和執(zhí)行任務(wù)。當(dāng)檢測到地雷時就用噴漆標(biāo)記，標(biāo)記完成后繞開地雷，繼續(xù)執(zhí)行探雷任務(wù)。 我們的鄰國日本，作為一個機(jī)器人技術(shù)相當(dāng)領(lǐng)先的國家，上世界還參與柬埔寨這個地雷“重災(zāi)區(qū)”的國際人道主義援助，基于這些原因也積累了掃雷機(jī)器人的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。日本技術(shù)部門研發(fā)的一款名為“彗星2”的機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)探雷作用的同時兼具排雷功能，可以說是一個技術(shù)含量相當(dāng)高的多功能機(jī)器人。最大的特點(diǎn)就是除了識別正常的金屬制地雷，它還可以探查到普通掃雷設(shè)備無法識別的高分子聚合物地雷，這得益于其安裝了一種特殊的感應(yīng)雷達(dá)。一些地雷數(shù)量密集的國家區(qū)域曾使用過這種機(jī)器人，取得了很好的效果，但因?yàn)槠涑杀鞠喈?dāng)高，所以也存在維護(hù)困

19、難，使用頻率有限的問題。此外，還有很多歐洲發(fā)達(dá)國家如挪威、捷克斯洛伐克等在國際維和行動的號召下，也相繼開發(fā)出一些獨(dú)具特點(diǎn)和創(chuàng)新的新型排雷防爆機(jī)器人，對保障本國人民的安全和世界維和行動作出不小的貢獻(xiàn)。 現(xiàn)在，中國主要有防爆機(jī)器人、鏈條錘掃雷艇和定向能源掃雷艇。其中，排雷機(jī)器人被廣泛用于恐怖襲擊對策底盤操作，鏈條錘排雷車已經(jīng)完成，在云南的軍事現(xiàn)場進(jìn)行了實(shí)地試驗(yàn)，定向性地雷檢測裝備已經(jīng)完成，并且下一個步會基于陸軍實(shí)戰(zhàn)平臺把這些設(shè)備投入了實(shí)際的戰(zhàn)斗中。 在未來，不僅僅有機(jī)器人掃雷技術(shù)，結(jié)合衛(wèi)星和無人機(jī)的高空地雷探測即將出現(xiàn)，還將采用智能集成化掃雷排雷一步完成的技術(shù)，使用時新的AI技術(shù)和微處理器技術(shù)

20、開發(fā)的地雷探測和地雷掃描車以及使用激光和機(jī)器人技術(shù)的遙控地雷掃描車也將有新的發(fā)展和突破。這些都將是傳統(tǒng)的盲掃轉(zhuǎn)變成精確的定位掃描，相信不久的將來會埋藏在世界各地的地雷將會得到徹底清除。 在我國的第五步兵維和團(tuán)部隊(duì)中的智能掃雷機(jī)器人研制過程中，我國的科研人員設(shè)計研發(fā)出了一種完全是我國自主研制的高性能智能掃雷機(jī)器人。我國研制的掃雷機(jī)器人具有超高性能的戰(zhàn)場生存能力，還具有超牛的戰(zhàn)場復(fù)雜環(huán)境的行動能力，我國自主研制的掃雷機(jī)器人可以爬上將近五十公分的垂直墻面，還可以通過長達(dá)三十公分的溝渠，可以在顛簸的戰(zhàn)場環(huán)境中隨意的前進(jìn)。

21、 第二章 概述 2.1 自主掃雷小車的系統(tǒng)概述 本設(shè)計是由基于視覺傳感器的掃雷小車代替人工和其他傳統(tǒng)掃雷方式。整套控制系統(tǒng)具有以下功能：自主掃雷、測距和自主避障、自主巡航、報警等功能。由以下模塊組成，包括：中央處理模塊、電機(jī)驅(qū)動電路模塊、報警模塊、超聲波避障模塊、視覺識別模塊、電源模塊。小車通過視覺傳感器檢測到地雷時，經(jīng)過中央處理器處理，閃燈發(fā)出警報，并在原地停留2秒后，通過電機(jī)驅(qū)動模塊驅(qū)動小車?yán)^續(xù)掃雷。遇到障礙物時，由超聲波測距模塊識別出距離，再通過驅(qū)動模塊驅(qū)動小車做出避讓后退等動作。以

22、下為系統(tǒng)原理圖 圖 1 2.2 自主掃雷小車的所使用相關(guān)技術(shù)概述 本設(shè)計是關(guān)于自主掃雷小車的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。主要使用以下幾種技術(shù)，傳感器技術(shù)、基于python底層的openmv圖像數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)打包傳送技術(shù)、聲學(xué)測距范疇超聲波測距技術(shù)、自動控制技術(shù)。 2.3 系統(tǒng)設(shè)計要求概述 (1) 視覺傳感器掃雷； (2) 識別地雷閃燈報警； (3) 報警同時停留2秒，之后繼續(xù)掃雷； (4) 遇前方障礙物轉(zhuǎn)彎后退避讓。 第三章 系統(tǒng)設(shè)計 3.1 掃雷小車系統(tǒng)總體設(shè)計和框圖 本掃雷機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計主要包含視覺識別、測距、避障、驅(qū)動還有資源配置。主控芯片采用st

23、m32f103系列核心板。其中避障部分主要用HC-SR04超聲波模塊結(jié)合外部中斷1來設(shè)計，視覺識別主要采用Openmv4攝像頭模塊以及算法來實(shí)現(xiàn)對強(qiáng)烈對比的“地雷”進(jìn)行識別，閾值可調(diào)，顏色可調(diào)。小車驅(qū)動部分為，便于控制。而對于場地的掃描以及排雷順序，主要遵循從進(jìn)到遠(yuǎn)、從左至右、逐個排雷并結(jié)合每個地雷的權(quán)值作為排雷順序依據(jù)。避障部分采用中斷進(jìn)行，有障礙則減速至停車、轉(zhuǎn)向，繼續(xù)排雷。 電源部分采用12V、1800mAh電池以及相應(yīng)的DC-DC升降壓穩(wěn)壓模塊和DC-DC12V降壓5V模塊給主控供電，12V用作二輪驅(qū)動。系統(tǒng)總體框圖如下所示 圖 2 以下介紹系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計和

24、各模塊的功能、算法和程序， 3.2 中央處理模塊 眾所周知，中央處理模塊是一套系統(tǒng)的核心，就像大腦在人體中的地位一樣。各個傳感器、部件傳輸過來的信息都匯集到中央處理模塊，并且進(jìn)行篩選分析，通過算法和程序運(yùn)算所得數(shù)據(jù)，再發(fā)出對應(yīng)的指令和信號指揮各個部件做出正確的動作和反應(yīng)。 本次設(shè)計選用的是在智能控制和設(shè)備中廣為應(yīng)用的STM32單片機(jī)。這是一種基于ARMV7架構(gòu)的Cortex系列標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，是ARM大約在10年前推出問世，他的出現(xiàn)滿足了更多市場和用戶越來越多樣化和復(fù)雜功能的需求，成為了當(dāng)下主流的性能較高的單片機(jī)芯片。根據(jù)所面向領(lǐng)域的不同，這個系列可分為A、R、M三個功能不同的的系列。

25、其中，A系列是用于開放復(fù)雜操作系統(tǒng)和復(fù)雜的應(yīng)用；R是Real的縮寫，用于實(shí)時系統(tǒng)；M是Micro的縮寫，特別是用于微控制領(lǐng)域的低成本研究和開發(fā)。STM32處理器的出現(xiàn)為高功率、低成本的嵌入式應(yīng)用比如微控制系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)、車身系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡(luò)等高性能的系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)了編程的復(fù)雜性和高性能，還有系統(tǒng)的低功耗和低成本，在科研公司將地雷清除小車，主要并集成芯片是由半導(dǎo)體組成，哦，地雷七路小車最大的公司是st公司，st公司生產(chǎn)出一種m3顆新開發(fā)項(xiàng)目，主要是由m3顆新處理器設(shè)計的第1個基于v7m架構(gòu)的32標(biāo)準(zhǔn)處理器，這種處理器它具有功耗消耗低，技術(shù)不低的優(yōu)點(diǎn)。而且這款處理器，中間延時時間超級短

26、，而且調(diào)試量超級低，十分使用超方便。多其他優(yōu)勢使它在許多處理器中立馬顯現(xiàn)出來，展現(xiàn)出強(qiáng)大魅力。直至現(xiàn)在，STM32處理器分為兩大系列，分別是F101和F103。其中，F(xiàn)101系列為基礎(chǔ)入門系列，CPU頻率設(shè)置在36MHz；F103系列是功能性能的加強(qiáng)系列，CPU頻率最高為72MHz，片內(nèi)RAM較多，外圍資源較豐富。這兩種型號都在軟件和PIN的封裝上兼容，并擁有同樣的片內(nèi)flsah資源。因?yàn)榉N種優(yōu)點(diǎn)，使得在這個平臺進(jìn)行軟件更新和開發(fā)變得快捷又高效。 在下文中我們將具體介紹stm32f系列中，終端的32位LV控處理器的具體功能和具體組成部分。這種32位的芯片是這個公司的半導(dǎo)體出品比較留的一個項(xiàng)目

27、，它的內(nèi)核是由cor tex m組成。并且這種芯片的fl ash大小可以分成以下三類。第1類是小容量的芯片只有16k和32k第2類是中容量的芯片，有64k和128k第3種是大容量的芯片，有256k，384k和512k。并且這款芯片的集成定時器中有多種功能，主要是由以下CAn功能，adc功能，SPI功能，I2C功能USB功能。并且這款處理器的訪問周期可以達(dá)到1.25d每秒。這款處理器還運(yùn)用了單周期乘法和硬件出發(fā)，使運(yùn)算效率大大提升。在這款處理器中的儲存器，是由16k到512k字節(jié)的閃存程序處理器組成。并且這個公司生產(chǎn)的處理器，它的電源管理功能超級厲害，因?yàn)樗碾娫垂芾砉δ苁?.0~3.6伏供電，

28、而且他的上電和斷電復(fù)位，設(shè)計的十分巧妙，可以編程電壓監(jiān)測器，在他的4-16MHC震蕩體中內(nèi)嵌了由出廠調(diào)校的8mh z rc振蕩器，而且它可以產(chǎn)生CPU時鐘p ll帶校準(zhǔn)的32khz的rc振蕩器。姐，這款地雷排除智能功能小車，它所采用的低功耗主要有三種模式，第1種模式是睡眠模式，第2種模式是停機(jī)模式，聽筒模式，待機(jī)模式。這款智能小車中還有后備繼承供電系統(tǒng)，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將12個12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間多達(dá)16個，輸入通道轉(zhuǎn)換范圍，可以上升至3.6伏，而且它還有雙采用系統(tǒng)和保持功能溫度傳感器系統(tǒng)?？茖W(xué)家研制這款智能小車中的內(nèi)部處理器過程中，它的處理器幾乎所有的端口都可以容忍達(dá)到5v的信號。

29、在這款智能排除地雷小車的調(diào)試模式中，他的調(diào)試模式有串行單線條是sw d和jtag接口。他的調(diào)試模式居然可以裝上多達(dá)8個定時器和三個16位定時器，每個定時器有多達(dá)4個用于傳輸或者捕獲p wm或脈沖技術(shù)的通道和編程碼的輸入。在他的調(diào)試模式中，共有一個16位帶死區(qū)控制和急剎車功能，用于電機(jī)控制p wm高級控制定時器和兩個看門狗定時器。這兩個看門狗定時器分別有兩種類型，第1種類型是獨(dú)立類型，第2種類型是窗口類型，而且系統(tǒng)定時器有24位置簡述計時器，有多達(dá)9個通信接口。在這款小車的通信接口中有兩個L2C接口。并且還有三個USARt接口。而且他還有兩個SP l接口和can接口還有兩個USB2.0全速接口。

30、而且這款處理器使用的計算單元也是目前最先進(jìn)的96位新密碼為代碼的crc計算單元。 3.3 攝像頭模塊 3.3.1簡介 本設(shè)計是基于視覺傳感器的掃雷機(jī)器人，作為其核心部分，視覺傳感器就像小車的眼睛一樣重要。經(jīng)測試，使用stm32f103單片機(jī)和普通攝像頭因?yàn)樯婕皥D像處理的原因，使得幀率過低無法滿足設(shè)計要求。為了使開發(fā)簡單的同時保證高識別速度和準(zhǔn)確度，我們采用了時下流行的Openmv攝像頭模組。 作為一個功能豐富性能強(qiáng)大的攝像頭模組，Openmv體積小，硬件排布緊湊，使用簡單，價格低廉，它的中央處理部分用的是stm32系列單片機(jī)模塊，并且可替換不同型號的攝像頭。設(shè)計語言基于通用

31、的C語言，除此之外還有Python接口，高效便捷，方便開發(fā)者編譯，降低編程門檻，容易實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的核心功能，用戶利用Python語言來使用Openmv具備的各種各樣豐富的功能，讓他們獨(dú)有的想法和創(chuàng)意能夠自由的在自己開發(fā)的設(shè)備上實(shí)現(xiàn)。 Openmv擁有多種視覺識別算法，主要有以下幾類，比如人臉的識別算法、色塊的尋找捕捉算法、邊緣檢測算法、標(biāo)識物的跟蹤算法、手勢追蹤等等，不僅可以給普通開發(fā)者愛好者實(shí)現(xiàn)一些有趣的功能，對于要求更高的工業(yè)商業(yè)所需的專業(yè)功能，也可以滿足實(shí)現(xiàn)，例如指定物體的標(biāo)識追蹤，生產(chǎn)線上不合格物件的檢測、未經(jīng)授權(quán)的物體入侵等。因?yàn)樗捏w積小重量輕，可以安裝到無人機(jī)，小車，機(jī)器人這類

32、DIY的娛樂產(chǎn)品上?？梢韵胂笠幌?，給你的電子狗裝上人臉識別功能，讓它只對你做出反應(yīng)，或給你的機(jī)器人增加對身邊空間的識別功能，然它不在四處碰壁嗎，亦可讓你的智能小車增加自主導(dǎo)航尋路功能，然它不用你要控便能來去自如。當(dāng)然，你要是專業(yè)人員，給你的生產(chǎn)線加上不合格品的篩選、條碼的識別功能。當(dāng)用戶親身體驗(yàn)就會發(fā)現(xiàn)，只需懂得基礎(chǔ)的程序編程，用一些簡易的代碼，就可以很方便容易實(shí)現(xiàn)各種視覺識別的功能。因?yàn)楹诵幕?2系列單片機(jī)，所以它也提供了種類繁多的外部接口還有相當(dāng)完善的系統(tǒng)硬件所需的資源，用以滿足使用者拓展更多功能的需求，比如USB接口，就可以連接電腦并使用配套的調(diào)試軟件，輔助用戶完成開發(fā)、調(diào)試和更新固件

33、等工作，TF卡槽裝載TF卡，保存多個程序或者拍攝到的圖片。亦可使用單片機(jī)模塊控制其他的硬件如Arduino、樹莓派等。同樣的它也能接受其他單片機(jī)的制，這個優(yōu)點(diǎn)使得它可以很方便的和多種不同模塊組合，完成更復(fù)雜的功能。 3.3.2 Openmv機(jī)器視覺應(yīng)用方法 對于機(jī)器的視覺來說就是，人眼可以看東西，而且我們現(xiàn)在是用機(jī)器人來代替人眼去看東西，機(jī)器人雖然不能直觀的看東西，但是機(jī)器人可以代替人眼來進(jìn)行測量和判斷物體的距離和大小。所以傳說中的機(jī)器人看東西，也就是機(jī)器人視覺系統(tǒng)，通過機(jī)器視覺產(chǎn)品，將攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號傳送給專用的處理器系統(tǒng)，是被攝取的目標(biāo)形態(tài)信息，根據(jù)像素分布亮度顏色的大

34、小特征轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，在電腦上經(jīng)過集成系統(tǒng)的分析，然后圖像對這些信號進(jìn)行各種運(yùn)算來抽象的模型的特征進(jìn)行判定，然后通過現(xiàn)場的操作人員，來控制現(xiàn)場的小車設(shè)備動作進(jìn)行掃雷排除。 由于目前的機(jī)器人視覺系統(tǒng)發(fā)展已經(jīng)十分完善了，所以機(jī)器人系統(tǒng)可以在短時間內(nèi)獲取大量的信息，然后再集成芯片的處理下，可以使信息的加工控制系統(tǒng)更加完善，因此在現(xiàn)代化的生產(chǎn)過程中，人們教機(jī)器人的視覺系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用于工程皆是成品檢測質(zhì)量控制以及檢查管理等等領(lǐng)域?？偟膩碚f，機(jī)器人的視覺系統(tǒng)特點(diǎn)就是生產(chǎn)性的柔性和自動化程度非常高。所以在一些不適合人類工作的危險環(huán)境工作環(huán)境下，或者人類視覺難以滿足的要求，而機(jī)器人視覺可以代替人工視覺進(jìn)行對

35、生產(chǎn)環(huán)境的監(jiān)測和檢驗(yàn)。由于工廠化的生產(chǎn)是大批量的工廠化生產(chǎn)，所以人工去檢查產(chǎn)品合格率，效率又低又不準(zhǔn)，那么我們用機(jī)器人是要去檢查，成品的合格率就可以大大提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量?？梢允构S的自動化生產(chǎn)更加完善。而且機(jī)器人更容易實(shí)現(xiàn)機(jī)器和物品的信息集成功能，是實(shí)現(xiàn)計算機(jī)集成制造業(yè)的基本技術(shù)之一，所以這種技術(shù)我國早就掌握了，那么我國在工廠自動化生產(chǎn)中就會運(yùn)用機(jī)器人來檢測物品的成功率標(biāo)準(zhǔn)。 目前機(jī)器人的視覺產(chǎn)品制作中的工程制作，主要由7個部分組成。接下來我們來簡述這7個過程的具體內(nèi)容。第1個部分就是工業(yè)相機(jī)和工業(yè)鏡頭的組成，這部分相當(dāng)于人的眼睛去看東西，屬于成像器件主要是視覺系統(tǒng)有一套或多套這樣的

36、成像系統(tǒng)相互組成，用多錄像機(jī)去分辨物體大小和形狀，同時控制獲取多個相機(jī)的通道數(shù)據(jù)，根據(jù)應(yīng)用相機(jī)來獲取所需要的單色視頻進(jìn)行復(fù)合信號的轉(zhuǎn)換最后進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)的逐行掃描信號。線掃描性號和高分辨析信號，等等信號統(tǒng)一歸總。第2個部分就是光源，因?yàn)槟阋礀|西必須要有光有光才能看到東西，所以光源是作為機(jī)器人視覺系統(tǒng)，一個輔助成像器線，而成像的質(zhì)量好壞，往往就是光源起到重要的作用，各種形狀的LED燈，屏光燈，光圈鹵素?zé)舳己苋菀椎玫?，所以光源在機(jī)器人視覺系統(tǒng)上的應(yīng)用是必不可少的。第3個部分就是傳感器部分，傳感器部分可以說是，機(jī)器人視覺控制系統(tǒng)里面比較重要的部分之一，通常是由光電開關(guān)接近開關(guān)的形式組成，用于判斷被測對

37、象的位置和狀態(tài)，東西在哪兒，就需要傳感器去判斷東西的狀態(tài)怎么樣，也需要傳感器判斷，所以傳感器是告知圖像如何采集的正確途徑之一。第4個部分就是圖像采集部分，圖像采集部分通常以插卡式的形式裝，在c盤中，圖像采集卡主要工作是把相機(jī)輸出的信號傳輸?shù)诫娔X主機(jī)，然后他們將來自相機(jī)模擬信號和數(shù)字信號轉(zhuǎn)成一定數(shù)據(jù)的圖像模式。將這些圖像模式通過數(shù)據(jù)線與數(shù)字電信號的形式顯示在顯示器上。而圖像采集器，還可以控制相機(jī)的一些參數(shù)，比如說觸發(fā)信號，曝光時間，快門速度，都可以控制。并且圖像采集器卡通常有不同的硬件結(jié)構(gòu)，以針對不同類型的相機(jī)同時有不同的總線形式。第5個部分就是PC平臺，什么是PC平臺，PC平臺就是一個電腦的，

38、PC是視覺系統(tǒng)的核心。電腦所有的圖像都需要在這里完成圖技術(shù)上的處理和絕大部分控制邏輯。為了檢測這種類型的應(yīng)用，通常都是使用頻率較高的CPU處理器這樣處理器功能越強(qiáng)大，那么處理的時間就會越少，同時就會大大增加電腦的處理功能效率。并且通常為了減少現(xiàn)場工作環(huán)境的震動灰塵溫度以及外在干擾因素，我們通常會選擇工業(yè)級的電腦。第6個部分就是事件處理軟件，視覺處理軟件就相當(dāng)于是人的大腦后神經(jīng)反應(yīng)，這個部分主要是用來完成數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)處理，然后通過一定運(yùn)算得出結(jié)果是輸出結(jié)果，通過信號和坐標(biāo)位置字符串等等形式傳送到具體視覺軟件顯示器中。機(jī)器人常用的世界軟件處理器是c-c++圖像庫。圖形式編程環(huán)境，可以是專用功能的

39、，LCD檢測，vga檢測模板對準(zhǔn)等等。也可以是通用目的的定位，測量條碼單點(diǎn)檢測等等。第7個部分就是視覺處理器的控制單元，控制單元包括運(yùn)動控制和電平轉(zhuǎn)化單元控制，一旦視覺軟件完成了圖像分析，那么就需要和外部單元進(jìn)行通信并產(chǎn)生對其生產(chǎn)能力的控制，簡單的控制可以利用部分圖像卡自帶的開關(guān)進(jìn)行控制，但是相對復(fù)雜的控制就需要控制單元來運(yùn)行和控制。 接下來我們來分析一個完整的視覺系統(tǒng)主要的工作過程。視覺系統(tǒng)工作過程中，第1個過程就是通過弓箭定位檢測器來探測物體運(yùn)到了哪兒，然后通過攝像系統(tǒng)將物體納入視野中心，然后采集圖像，使部分圖像發(fā)送觸發(fā)脈沖。第2個過程，通過圖像采集部分事先設(shè)置好的程序和定位功能，分別向

40、攝像機(jī)和照明系統(tǒng)發(fā)起信號，使攝像機(jī)開機(jī)使照明系統(tǒng)開燈。第3個過程，就是相機(jī)停止掃描過程過后，就需要新的開始掃描，所以攝像頭必須要不停的進(jìn)行擺動，來瞄準(zhǔn)物體的移動方向，在啟動脈沖到來之前一直處于等待狀態(tài)。但是在這個過程中，我們需要攝像頭開始新的反彈過后，提前需要打開曝光機(jī)構(gòu)，因?yàn)槠毓鈾C(jī)構(gòu)可以通過我們的計算機(jī)編碼處理系統(tǒng)，可以事先編程。使燈光系統(tǒng)永遠(yuǎn)在相機(jī)開機(jī)之前打開。在打開燈光照明過后，就會啟動脈沖，使燈光的開啟時間和攝像機(jī)的曝光時間相匹配。這個過程就是相機(jī)曝光之后，那么就需要開始對圖像進(jìn)行接收和模擬信號的輸出。圖像的采集部分接收的模擬信號就會直接吸收到攝像機(jī)中，使攝像機(jī)將圖像生成數(shù)字化的視頻數(shù)

41、據(jù)，然后將數(shù)字化的視頻數(shù)據(jù)存放在處理器或計算機(jī)內(nèi)存中。然后大型的工業(yè)電腦中的處理器就會對圖像進(jìn)行處理分析識別，然后或許所需要的結(jié)果和測量數(shù)據(jù)。之后電腦的分析系統(tǒng)就會對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后對流水線上的產(chǎn)品進(jìn)行控制，定位和糾正，來增加大型生產(chǎn)鏈上的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 3.3.3 Openmv4的運(yùn)算及處理能力 open mv4采用的是當(dāng)今現(xiàn)在最高性能的微控制系統(tǒng)，這種微控制器是stm32h7，stm32h7高性能微控能處理器運(yùn)行在400MHZ左右。據(jù)有關(guān)科學(xué)統(tǒng)計，他的內(nèi)核跑分是兩千二十分，這款高性能微控制器的跑分效果可以和當(dāng)今市面上的主流軟件相匹配。功能強(qiáng)大的mcu和OPenv4相組合，產(chǎn)

42、生出的性能強(qiáng)悍可以輕松地在OpenMV4平臺上幾秒內(nèi)直接運(yùn)行顏色跟蹤、人臉識別與檢測等機(jī)器視覺算法。還帶了基于caffe深度學(xué)習(xí)框架的cnn神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架，可在openmv運(yùn)行CIFAR10、CIFAR10 Fast ?MNIST 、Smile Detection等模型。支持可拆卸式的攝像頭模塊，包括0V7725、0V2640、MT9V034、OV9650等攝像頭。 OpenMV4的主芯片采用stm32H743vit6。主頻400M，內(nèi)存2M，處理速度遠(yuǎn)超OpenMV3。OV2640，灰度MT9V034和彩色MT9V034?？刹鹦兜姆绞阶尨蠹铱梢噪S意更換自己想用的鏡頭型號?？梢宰畲笙薅鹊倪M(jìn)

43、行各類圖像采集。另外再通過鏡頭的更換。 Openmv的底層python已經(jīng)封裝好一系列的封裝庫： API：find_blobs thresholds是顏色的閾值。通過這個法子可以判斷很多種顏色，并且，通過這個參數(shù)作為一個列表，這個列表中將所有的顏色都能靠過來，那么這個色塊對象，bao b就可以調(diào)動seo de方法來判斷顏色是什么色塊。roi是“感興趣區(qū)”。 x_stride 就是查找的色塊的x方向上最小寬度的像素，默認(rèn)為2。 y_stride 就是查找的色塊的y方向上最小寬度的像素，默認(rèn)為1。 area_threshold 面積閾值，如果一旦有小于這個色塊的面積，那么電腦中就會自覺

44、將這個面積過濾掉。 pixels_threshold 像素個數(shù)閾值，如果有小于這個值的出現(xiàn)，那么電腦也會將這個值，自然的排除，不會使它出現(xiàn)在電腦處理器中。 merge 合并，如果設(shè)置為True，那么就將所有的紙全部合并在一起，進(jìn)行綜合運(yùn)算處理。blob為一個。 注意：這會合并所有的blob，無論是什么顏色的。如果你想混淆多種顏色的blob，只需要分別調(diào)用不同顏色閾值的find_blobs。 blobs = img.find_blobs([red])find_blobs對象返回的是多個blob的列表。 而一個blobs列表里包含很多blob對象，blobs對象就是色塊，每個blobs對象

45、包含一個色塊的信息。 blob有多個方法： blob.rect() 返回這個色塊的外框——矩形元組(x, y, w, h)，可以直接在image.draw_rectangle中使用。 blob.x() 返回色塊的外框的x坐標(biāo)（int），也可以通過blob[0]來獲取。 blob.y() 返回色塊的外框的y坐標(biāo)（int），也可以通過blob[1]來獲取。 blob.w() 返回色塊的外框的寬度w（int），也可以通過blob[2]來獲取。 blob.h() 返回色塊的外框的高度h（int），也可以通過blob[3]來獲取。 blob.pixels() 返回色塊的像素數(shù)量（int），

46、也可以通過blob[4]來獲取。 blob.cx() 返回色塊的外框的中心x坐標(biāo)（int），也可以通過blob[5]來獲取。 blob.cy() 返回色塊的外框的中心y坐標(biāo)（int），也可以通過blob[6]來獲取。 blob.rotation() 返回色塊的旋轉(zhuǎn)角度（單位為弧度）（float）。如果色塊類似一個鉛筆，那么這個值為0~180°。如果色塊是一個圓，那么這個值是無用的。如果色塊完全沒有對稱性，那么你會得到0~360°，也可以通過blob[7]來獲取。 blob.code() 返回一個16bit數(shù)字，每一個bit會對應(yīng)每一個閾值。 當(dāng)我們調(diào)用的find blobs,來做色塊

47、追蹤處理器時，主要采用的原理就是因?yàn)檫@款色塊追蹤處理器，它擁有全幅圖像掃描的功能，當(dāng)然，他這種功能有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。第一，他的優(yōu)點(diǎn)有很多，比如說運(yùn)算速度超快。他可以教所有的色塊一起掃描進(jìn)來，而且還是全圖掃描。但是這種色塊追蹤處理器的缺點(diǎn)，是，色塊數(shù)量很多時候，就會干擾系統(tǒng)的判斷，導(dǎo)致最終失敗，而且有些部分不需要掃描，這款處理器會將其掃描進(jìn)去。 此處用綠色目標(biāo)物作為樣本數(shù)據(jù)得到以下的現(xiàn)象圖片： 圖1-1 處理速度： 圖1-2 3.4數(shù)據(jù)打包傳送技術(shù) JSON(JavaScript

48、 Object Notation, JS 對象簡譜) 數(shù)據(jù)打包傳送技術(shù)，是一種比較屬于輕量級的數(shù)據(jù)交換格式。而且這種交換格式比傳統(tǒng)的xm1更加輕巧，所以可以到達(dá)節(jié)約傳輸數(shù)據(jù)所被占用的寬度和時間，大大提高傳輸數(shù)據(jù)的時間效率。并且數(shù)據(jù)打包傳送技術(shù)通過簡潔和清晰的層次結(jié)構(gòu)，Json成為理想的數(shù)據(jù)交換語言，通過這種交換語言，可以讓人們更加容易的閱讀和編寫這種程序。使網(wǎng)絡(luò)傳輸這種數(shù)據(jù)的時間大大縮短，增加了網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率，也增加了機(jī)器的工作效率。只需要記得，一種文本字符串是由JSON組成，而且這種文本字符串，應(yīng)該被儲存在某一種屬性中，這種屬性就是responsetext屬性，并且，我們在毒區(qū)這種數(shù)據(jù)過程

49、中，還可以使用一些函數(shù)來解析json，當(dāng)然，這種函數(shù)是特殊的函數(shù)，分別是javascript的eval函數(shù)，還有一種計算機(jī)中特定的語言函數(shù)。 JSON注意事項(xiàng)： （1）名稱必須用雙引號（即：””）來包括 （2）值可以是雙引號包括的字符串、數(shù)字、true、false、null、JavaScript數(shù)組，或子對象。 接下來我們來簡要說一說，java中的常用編寫方法以及編寫方法的意思。 json.dumps()：將 Python 對象編碼成 JSON 字符串 json.loads()：將已編碼的 JSON 字符串解碼為 Python 對象 json.dump()：將Python內(nèi)置類型

50、序列化為json對象后寫入文件 json.load()：讀取文件中json形式的字符串元素轉(zhuǎn)化為Python類型 在底層中具體采用Python后、stm32 H7為處理器的攝像頭模組，則需要涉及到攝像頭模組與主控stm32f103的數(shù)據(jù)傳送問題。傳送數(shù)據(jù)的方法為用stm32 H7的串口3（UART3）與stm32f103主控的串口2（USART2）直接進(jìn)行雙線異步數(shù)據(jù)傳送，傳送的數(shù)值有兩個：一個是特征點(diǎn)的數(shù)量，另一個是總體巡線特征值的偏左或偏右量。由于串口直接傳送數(shù)據(jù)的方法通信容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)遺漏、丟數(shù)據(jù)、其他信號線的影響，則采用json數(shù)據(jù)打包的方法，

51、接收端進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)解析的方式，如下圖： 解包數(shù)據(jù) 解析校驗(yàn)幀頭、幀尾 USART串口 加幀頭、 幀尾 雙數(shù)據(jù)打包 主控端 Json打包 Openmv端 圖1-3 3.5 超聲波避障模塊 超聲波避障模塊相當(dāng)于小車另一個眼睛。它將所收集到的外界環(huán)境的信息發(fā)送到單片機(jī)也就是中央處理器，經(jīng)由其計算得出數(shù)據(jù)，并發(fā)出指令實(shí)現(xiàn)躲避障礙物的功能。其整套過程就和我們?nèi)嗽谛凶邥r，眼睛看到前方物體擋住，從而通過大腦判斷如何繞開物體，選擇正確路徑是一樣的道理。當(dāng)前市面上有很多可以基于不同原理實(shí)現(xiàn)避障測距功能的模塊，例如比較常

52、用的紅外線檢測、光學(xué)檢測還有就是本次實(shí)驗(yàn)使用的超聲波檢測。大量研究表明，超聲波傳輸中能量虧損小、下降速度慢，方向性比較確定，在介質(zhì)中傳播的距離長，所以超聲波在測距方面得到了大量使用，很多儀器設(shè)備都通過它來檢測距離。并且超聲波的使用快速便捷，數(shù)據(jù)運(yùn)算也得到簡化，于此同時還能滿足精度要求較高的工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)時性的需求，因而很多開發(fā)者和研究人員使用它來進(jìn)行移動智能設(shè)備的設(shè)計和開發(fā)。本次設(shè)計選用了型號為HC-SR04的超聲波模塊，它價格低廉，形狀小巧便于安裝，成為掃雷小車的不二選擇。 當(dāng)今市面上的所有超聲波傳感器，所利用的原理都是多普勒原理。東圃的原理主要是說，通過京正體向外發(fā)射超過人體能感知的超頻高

53、超聲波，然后這種超聲波通過控制模塊檢測反射回來，檢測其反射回來的頻率。這種超聲波的波頻一般是在25~40khz波。在超聲波傳感器的運(yùn)作工作過程中，叫超聲波發(fā)射出去，在超聲波發(fā)射的區(qū)域只要有物體進(jìn)行不斷的運(yùn)動，那么超聲波就會在上面反射出一段頻率。這段帶有波動的頻率就稱為多普勒效應(yīng)。我們可以通過反射回的頻率來判斷物體在指定區(qū)域內(nèi)運(yùn)動的位置和移動的速度方向。通過這些判斷分析，可以來控制開關(guān)。 接口：VCC 接 5V電源， GND 為地線，TRIG 觸發(fā)控制信號輸入， ECHO 回響信號輸出，TRIG與ECHO接STM32的任意GPIO口。 本設(shè)計的實(shí)現(xiàn)主要基于HC-SR04超聲波測距模塊的使用，

54、通過stm32f103外部中斷系統(tǒng)和定時器系統(tǒng)，實(shí)時掃描機(jī)器人前方是否有障礙物，判斷距離閾值可用軟件設(shè)置調(diào)整。 stm32f103主控外部中斷機(jī)制中，初始化應(yīng)用方法分析及判斷。 ①中斷機(jī)制：STM32 的每一個GPIO都能配置成一個外部中斷觸發(fā)源，這點(diǎn)也是?STM32?的強(qiáng)大之處。STM32 通過根據(jù)引腳的序號不同將眾多中斷觸發(fā)源分成不同的組，將下面7個中斷裝置：PA0，PB0，PC0，PD0，PE0，PF0，PG0為第一組，只要我們將這些終端裝置按照這個順序，依次匹配分類歸于一種，然后將所有的類別劃分為同一性質(zhì)的裝置，那么我們就可以得到16 組，在這種中斷裝置機(jī)制原理控制中，規(guī)定每一組只

55、有一個終端裝置可以控制開關(guān)的閉合，就是說，只有一個裝置在一組中，可以去控制外部閉合系統(tǒng)。那么，最多工作的也就是16個外部中斷。STM32F103?的中斷控制器支持?19?個外部中斷/事件請求。每個中斷設(shè)有狀態(tài)位，在這些組類別的終端裝置中，每一個裝置中的組別都可以去判斷外部裝置是否有中斷的情況發(fā)生。STM32F103?的19?個外部中斷為以下4種情況。 第1種情況在線16，都可以通過到?PVD?輸出。 第2種情況在線17：都可以通過到?RTC?鬧鐘事件。 第3種情況在線18：都可以通過到?USB?喚醒事件。 第4種情況在線0~15：合理的匹配外部?IO?口的輸入中斷。

56、 圖2-1 ②中斷配置過程： 1、配置觸發(fā)源GPIO口： 由于在GPIO可以作為傳統(tǒng)的觸發(fā)源，來使用。我們只需要將GPIO口配置成輸入模式，在觸發(fā)模式中，主要有以下幾種。 　　第1種是.GPIO_Mode_AIN ，主要是利用模擬輸入（ADC模擬輸入，或者低功耗下省電），就可以完成配置口的輸入。 　　第2種是.GPIO_Mode_IN_FLOATING ，可以通過浮空輸入，就可以達(dá)到目的。 　　第3種是.GPIO_Mode_IPD ，可以通過帶下拉輸入，就可以達(dá)到目的。 第4種是，GPIO_Mode

57、_IPU ，可以通過帶上拉輸入　，就可以達(dá)到目的。 使能AFIO復(fù)用時鐘功能： 將GPIO口與中斷線映射起來： 中斷線上進(jìn)行中斷初始化： 6、外部中斷服務(wù)函數(shù)的編寫： 　　外部中斷函數(shù)分別為： 　　EXPORT???EXTI0_IRQHandler?????????? 　　EXPORT???EXTI1_IRQHandler??????? 　　EXPORT???EXTI2_IRQHandler????????? 　　EXPORT???EXTI3_IRQHandler???????? 　　EXPORT???EXTI4_IR

58、QHandler?????????? 　　EXPORT???EXTI9_5_IRQHandler???????? 　　EXPORT???EXTI15_10_IRQHandler 　　中斷線?0-4?每個中斷線對應(yīng)一個中斷函數(shù)，中斷線?5-9?共用中斷函數(shù)?EXTI9_5_IRQHandler，中斷線?10-15?共用中斷函數(shù)?EXTI15_10_IRQHandler?！? HC-SR04測距模塊基本參數(shù)： 1. 工作電壓：4.5V--5.5V，5.5V為上限，不得超出； 2. 工作電流：最小1mA，最大20mA； 3. 工作頻率：40

59、Khz； 4. 可識別的工作距離：4mm--4m（備注，識別最近距離為4毫米，最遠(yuǎn)為4米，數(shù)據(jù)為持續(xù)輸出，不需要預(yù)先設(shè)置）； 5. 可測量的溫度大?。?度--100度，精度為1度； 6. 可測量的光照的程度 ：可以明顯的判斷出黑色白色或者是光亮暗淡之間的效果。 7. 數(shù)據(jù)輸出方式：主要有兩種，第1種是icc。第2種是uart或者57600bps HC-SR04測距模塊時序： HC-SR04超聲波模塊，測距原理為利用正常條件下聲學(xué)中音速為340m/s，模塊trig端接受高電平時則連續(xù)發(fā)送8個高電平脈沖，同時echo端輸出高電平，接收到回

60、傳信號時則改輸出低電平，利用主控TIM2定時器和EXIT4中斷源（優(yōu)先級組設(shè)置為2）來記錄高電平時間，即可由： La=340*TIME(S)（米） 計算出La及障礙物距離。 3.2.4PID自動控制技術(shù) 在這種自動控制化技術(shù)過程中，我們在控制的過程中可以按照偏差比例的不同來進(jìn)行控制，Pld控制器。在控制系統(tǒng)中主要是，以下三個部分來進(jìn)行控制，第1個部分是比例部分，第2部分積分部分，第3部分是微分部分，通過這三個部分協(xié)調(diào)解決就可以使自動控制器的自動控制技術(shù)更加完善。目前市面上的自動控制器的自動控制技術(shù)決定簡單而且易于實(shí)現(xiàn)，它的適用性十分廣泛，可以運(yùn)用在各個領(lǐng)域，而且這種自動控制

61、器的自動控制器控制參數(shù)數(shù)據(jù)相互獨(dú)立，又有一一對應(yīng)的特點(diǎn)。我們可以通過調(diào)節(jié)這種比例積分和微分之間的規(guī)律，然后進(jìn)行連續(xù)要對產(chǎn)品的連續(xù)動態(tài)系統(tǒng)品質(zhì)校正進(jìn)行方法的解決和判斷，而且這種自動控制技術(shù)它的參數(shù)整定方法結(jié)構(gòu)簡單又輕便。在傳統(tǒng)的應(yīng)用過程中控制點(diǎn)，包括三種比較簡單的，比例積分微分控制算法。導(dǎo)致三種控制算法，第1種控制算法是增量式算法，第2種控制算法是位置是算法，第3種控制算法是微分先行算法。雖然這三種比例積分微分算法控制系統(tǒng)簡單，但是它們的特點(diǎn)基本可以滿足一般控制系統(tǒng)所需要的大多數(shù)需求。 離散化公式： △u(k)= u(k)- u(k-1) △u(k)=Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie

62、(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)] 進(jìn)一步可以改寫成 △u(k)=Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2) 對于增量，是算法中可以選擇的功能有很多種，第1種我們可以選擇。濾波選擇，對于濾波選擇來說，濾波選擇就是，對輸入加一個前置的濾波器，使輸入的控制算法給定值，不會發(fā)生突然的變化，而是有一定慣性的延緩，然后再慢慢的進(jìn)行變化，不會突然的進(jìn)行變化。第2種就是系統(tǒng)中的動態(tài)過程中逐漸加速，在增量式的算法過程中，比例相與基分項(xiàng)的符號具有以下關(guān)系，那么，我們來簡單的說說一下這些關(guān)系，如果被控量的系統(tǒng)繼續(xù)偏離給定值，那么這個符號就會一模一樣，如果當(dāng)被控量和改進(jìn)之方向不一樣知識，那

63、么這兩個符號就發(fā)生相反變化。同時，又由于這一特性，所以當(dāng)被控量接近給定值時，那么相反畢業(yè)的作用就會阻礙積分的作用，從而避免了積分超調(diào)以及帶來的機(jī)器震蕩，所以這明顯是有利于我們對這種機(jī)器的控制，但是如果被控量遠(yuǎn)未達(dá)到給定接近知識，那么當(dāng)你接近時發(fā)生變化過程中，那么就會由于積分獲得比例之間發(fā)生的微妙變化或者是反向移動將會導(dǎo)致被降低進(jìn)行緩慢減慢，那么這就會對我們進(jìn)行，數(shù)據(jù)分析操作的效率大大減少。所以為了避免這種情況的發(fā)生，我們需要增加一個動態(tài)，加速的過程，首先我們需要設(shè)定一個偏差范圍，當(dāng)這種偏差范圍，使被控量接近給定值時，就按照正常規(guī)律進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是如果這種比例作用為正為負(fù)，都發(fā)生大量的偏差過程中。

64、那么我們就需要利用這種方法使其符號和偏差量的積分項(xiàng)相一致，然后按照正常的規(guī)律進(jìn)行調(diào)節(jié)，不管其比例作用為正為負(fù)，都要利用這種算法對其數(shù)據(jù)變化的動態(tài)進(jìn)行有效的控制和運(yùn)用。第3種就是我們在pid增量算法的飽和作用中，進(jìn)行對其保護(hù)作用的抑制。由于在prd增量算法過程中，執(zhí)行原件本身就是機(jī)器和物理積分儲存單元，所以如果給定值發(fā)生突然變化，過程中那么部分的算法比例就會發(fā)生突然變化使比例部分和微分部分計算出來的控制量但大于正常值，那么就會使機(jī)器上的執(zhí)行元件所承受的限額遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)到它的負(fù)載量，那么執(zhí)行文件上的控制增量將會受到現(xiàn)實(shí)的控制，抑制企業(yè)進(jìn)行繼續(xù)計算，那么多余的計算部分就會丟失，使系統(tǒng)的動態(tài)過程變長，這樣就

65、會導(dǎo)致我們系統(tǒng)的工作效率大大減緩。因此我們需要制定一個完善的計劃，使這種現(xiàn)象避免發(fā)生和改善這種現(xiàn)象的發(fā)生。目前廣泛應(yīng)用糾正這種缺陷的方法就是使用累計補(bǔ)償法，累計補(bǔ)償款的意思就是只要系統(tǒng)的運(yùn)算過程中超出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行能力過程中那么就需要將超過的那部分進(jìn)行累積積累起來。暫緩進(jìn)行執(zhí)行能力的運(yùn)算，然后，在系統(tǒng)不繁忙的工作過程中，再進(jìn)行補(bǔ)充執(zhí)行運(yùn)算。 PID位置算法 離散公式： u(k)=Kp*e(k) +Ki* ?? +Kd*[e(k)-e(k-1)] 利用位置式算法，我們可以選擇的功能算式方法有兩種。 第1種是利用濾波：同上為一階慣性濾波。第2種是利用，飽和作用抑制。 接下來我們

66、來簡單的說說這兩種方法，第1種方法就是遇限消弱積分法。對于這種方法來說，只要控制變量進(jìn)入保護(hù)區(qū)，那么只需要機(jī)型的銷售及分享運(yùn)算進(jìn)行停止或者增大及粉象的運(yùn)算，就可以使這種計分方法進(jìn)行回歸到正常尺度的運(yùn)算。簡單來說，在計算程序運(yùn)輸過程中，如果數(shù)據(jù)已經(jīng)超出了程序判斷限制范圍，那么就需要將偏差的符號進(jìn)行程序的表明，就可以使系統(tǒng)判斷是否在超調(diào)區(qū)域，有程序符號的出現(xiàn)，那么就可以按照這種分析，將相應(yīng)的偏差，記錄入積分項(xiàng)。第2種方法就是積分分離法，積分分離法主要應(yīng)用在在基本的pid控制中具有較大的浮動勞動和大幅度的改變定值時，這種方法，就會有較大的偏差，使系統(tǒng)具有慣性和待候性，來減緩系統(tǒng)對積分項(xiàng)目的運(yùn)算能力執(zhí)行。當(dāng)運(yùn)算系統(tǒng)出現(xiàn)較大的超調(diào)量和長時間的波動，特別是溫度成分的變化，緩慢過程發(fā)生后，這一現(xiàn)象就會在積分分離法中，發(fā)生的更加嚴(yán)重。但是只要我們采用積分分析法中的避免措施，就可以將偏差量較大的過程中取消它的積分運(yùn)算作用，那么在偏差較小的時候，再將積分運(yùn)算作用投入進(jìn)去就可以解決這種較大的擾動和大幅度的改變定值問題發(fā)生。另外通過積分分離的數(shù)值確定，這可以使具體對象和具體要求明確化。比如說，當(dāng)數(shù)值的要求太大