描述

第一步：理論

在這個(gè)項(xiàng)目中，我們使用超聲波距離傳感器。它產(chǎn)生超出人類聽(tīng)覺(jué)范圍的聲波，并通過(guò)計(jì)算這些聲波撞擊障礙物并返回所需的時(shí)間來(lái)測(cè)量距離。這類似于蝙蝠和游輪使用的原理。

超聲波傳感器理論

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我們將要使用的另一個(gè)組件是伺服電機(jī)。它不同于通常的直流電機(jī)，因?yàn)樗梢苑浅＞_地轉(zhuǎn)動(dòng)到給定的角度位置并保持其狀態(tài)。當(dāng)給伺服電機(jī)提供特定持續(xù)時(shí)間的脈沖時(shí)，它會(huì)移動(dòng)到相應(yīng)的角度位置。

伺服電機(jī)工作

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我們將使用這兩個(gè)組件來(lái)為我們的機(jī)器人獲得 180 度的視野。

第 2 步：收集材料

該項(xiàng)目使用以下硬件

• Arduino Uno/Yun（請(qǐng)注意，可以使用任何 Arduino 足跡板代替 Uno 或 Yun）
• Arduino 原型擴(kuò)展板
• HC-04 超聲波傳感器
• 伺服電機(jī)（我使用 Tower Pro SG90 因?yàn)樗浅＞o湊）
• 在軟件方面，我們使用以下程序
• Arduino IDE 將控制代碼上傳到Arduino 以旋轉(zhuǎn)舵機(jī)并從超聲波傳感器獲取距離數(shù)據(jù)并將其推送到串口。
• Mathworks MatLab 從串行線路接收數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行處理并將其可視化為圖形。

第 3 步：機(jī)械組裝

標(biāo)題（可選）

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使用一小塊通用 PCB，為 HC-04 制作一個(gè)小接頭，并使用一塊雙面膠帶將其連接到伺服喇叭上。

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此步驟是可選的，但為了使系統(tǒng)更緊湊，我還使用雙面膠帶將伺服器連接到原型板護(hù)罩的突出部分。

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最終的結(jié)果應(yīng)該看起來(lái)像瓦力的腹部。

第 4 步：Arduino 代碼

Arduino 代碼控制伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，以及何時(shí)捕獲超聲波傳感器的讀數(shù)以及捕獲頻率。它還將傳感器數(shù)據(jù)推送到串行端口。

• 導(dǎo)入庫(kù)
• 初始化變量和引腳。
• 初始化伺服對(duì)象
• 初始化串口通信
• 等待 3 秒
• 將計(jì)數(shù)器初始化為 0
• 將舵機(jī)旋轉(zhuǎn) 1 度
• 獲取超聲波傳感器數(shù)據(jù)10次（默認(rèn)設(shè)置）
• 平均數(shù)據(jù)
• 將平均值發(fā)送到串口
• 返回第 7 步

第 5 步：MatLab 代碼

MatLab 代碼處理的數(shù)據(jù)多于電路板的實(shí)際控制，因此所有傳感器數(shù)據(jù)都通過(guò)串行方式推送到 PC，由 MatLab 讀取。

現(xiàn)在，我們從 Arduino 收到的數(shù)據(jù)告訴我們兩件事。舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度和障礙物在該方向的距離。因此，此時(shí)我們擁有的數(shù)據(jù)位于極坐標(biāo)系中。為了使它在可視化時(shí)對(duì)人眼有意義，必須將其轉(zhuǎn)換為笛卡爾或 XY 坐標(biāo)系。

數(shù)學(xué)。

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所以 MatLab 代碼就是這樣做的。它從COM端口串行獲取數(shù)據(jù)，將其與旋轉(zhuǎn)角度一起保存到一個(gè)矩陣中，然后用上面給出的公式將其轉(zhuǎn)換成笛卡爾坐標(biāo)。

完成后，它會(huì)通過(guò)在圖表上繪制點(diǎn)來(lái)提供輸出。我將電路板放入盒子中，得到以下結(jié)果。

放在長(zhǎng)方形盒子里時(shí)

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第 6 步：結(jié)論

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盡管該系統(tǒng)并不完美，但它可以完成工作。它可以粗略估計(jì)箱子的寬度和長(zhǎng)度，并準(zhǔn)確發(fā)送數(shù)據(jù)。

目前我能看到的唯一錯(cuò)誤是由于伺服器移動(dòng)時(shí)傳感器的晃動(dòng)以及傳感器本身的錯(cuò)誤讀數(shù)。

除此之外，該系統(tǒng)運(yùn)行良好，可用于深度感知實(shí)驗(yàn)以及基本的計(jì)算機(jī)視覺(jué)項(xiàng)目。