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《智能传感器技术及应用》 实验指导书 万振武 编写 武汉理工大学华夏学院 2014年7月 实验一 扩散反射式光电开关应用实验 一、实验目的 1.熟悉软件开发环境，熟练运用下载软件下载程序，熟练运用串口调试软件进行串口调试。 2.了解本实验中扩散反射式光电开关的结构； 3.会应用串口调试软件测试光电开关。 4.掌握舵机的控制方法 5.搭建光电循线机器人并编程实现机器人走直线。 二、实验原理 光电开关的检测原理 图1-1 光电开关原理图 光电开关原理如图1-1所示。当图中光电探头前面为浅色物体时，发光二极管发出的光被反射回探头，光电三极管导通，信号端S输出低电平；当光电探头前面为深色物体时，发光二极管发出的光被吸收，没有光线反射回探头，光电三极管截止，信号端S输出高电平。 2.舵机的控制原理 舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于角度需要不断变化并可以保持的控制系统。其工作原理是：控制信号进入信号调制芯片，这时会获得直流偏置电压。舵机内部本身有一个基准电路，产生脉宽为1.5ms，周期为20ms的基准信号，直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。该电压差的正负输出到电机驱动芯片，决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，一直到电压差为0，电机停止转动。 如图所示高电平持续1.5ms，低电平持续20ms，然后不断重复的控制脉冲序列。如果将该脉冲序列发给经过零点标定后的伺服电机，伺服电机不会旋转如图1-2所示。如果此时电机旋转，表明电机需要进行零点标定。从图1-3、图1-4可知，控制电机运转速度是高电平持续的时间，当高电平持续的时间为1.3ms时，电机按图中顺时针方向旋转；当高电平持续的时间为1.7ms时，电机按图中逆时针方向旋转。 图1-2 1.5ms控制脉冲系列电机转速为零的控制信号时序图 图1-3 1.3 ms的控制脉冲系列使电机全速顺时针旋转的时序图 图1-4 1.7 ms的控制脉冲系列使电机全速逆时针旋转的时序图 三、实验设备 1.实验开发板、不锈钢车体 2.万用表、工具箱 3.光电开关三个 四、实验内容 1.利用串口调试软件测试光电开关 利用串口调试助手，在上位机上观测光电传感器在不同色度的物体表面反馈回来的电平。 #includeuart.h #includetestqti.h int main(void) {uart_init(); While(1) { printf(qti=%d,p2_3_state()); printf(qti=%d,p2_2_state()); printf(qti=%d\n,p2_1_state()); delay_nms(500); } } 2.实现机器人线跟踪 根据光电传感器信号组合形式编写应用程序，实现机器人线跟踪。 表1-1 使用三个光电传感器的策略表 p2_3 p2_2 p2_1 策略 1 0 0 向左旋转 1 1 0 小幅度左转 0 1 0 前进 0 1 1 小幅度右转 0 0 1 向右旋转 其他 前进 五、任务拓展 1.设计一个线跟踪机器人可以沿着一根黑线来回往复行走。 2.设计一个线跟踪机器人可以沿着一根黑线来回往复行走，而不用掉头。 实验二 压电式超声波传感器应用实验 一、实验目的 1.进一步熟悉软件开发环境，熟练运用下载软件下载程序，熟练运用串口调试软件进行串口调试。 2.了解本实验中压电式超声波传感器的结构； 3.编写超声波测距程序并用串口调试软件观测。 4.搭建超声波机器人并编程实现机器人智能漫游。 二、实验原理 1.压电式超声波传感器工作原理 超声波是指振动频率大于20Hz以上,频率甚高，超出了人耳听觉上限（20Hz）听不见的声波。TRIG端口检测确认超声波是否发送完毕，然后单片机定时计时器开始计数，超声波接收器收到反射波后立即停止计数，从而测出发射超声波和接收回波的时间差T，然后求出距离L。如果机体前方没有物体，为避免死循环，通过判断定时计数器是否溢出来解决。流程图如图2-2所示： 2.实现机器人智能避障 编写程序，利用超声波传感器探测物体距离，并根据距离长短做出不同的运动略。 表2-1 障碍物距离 策略 大于15cm 左转90度 大于15cm 前进 五、任务拓展 利用超声波传感器寻找最近的目标，随后朝最近的目标运动。 实验三 红外传感器应用实验 一、实验目的 1.进一步熟悉软件开发环境，熟练运用下载软件下载程序，熟练运用串口调试软件进行串口调试。 2.了解本实验中红外传感器的结构； 3.运用串口调试软件测试红外传感器； 4.搭建红外避障机器人并编程实现机器人走简易迷宫。 二、实验原理 红外传感器选用红外对管，发射管发射波