描述

第一步：理論

在這個項目中，我們使用超聲波距離傳感器。它產(chǎn)生超出人類聽覺范圍的聲波，并通過計算這些聲波撞擊障礙物并返回所需的時間來測量距離。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組件是伺服電機(jī)。它不同于通常的直流電機(jī)，因為它可以非常精確地轉(zhuǎn)動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)時間的脈沖時，它會移動到相應(yīng)的角度位置。

伺服電機(jī)工作

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我們將使用這兩個組件來為我們的機(jī)器人獲得 180 度的視野。

第 2 步：收集材料

該項目使用以下硬件

• Arduino Uno/Yun（請注意，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 因為它非常緊湊）
• 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)該看起來像瓦力的腹部。

第 4 步：Arduino 代碼

Arduino 代碼控制伺服電機(jī)的運動，以及何時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
• 初始化變量和引腳。
• 初始化伺服對象
• 初始化串口通信
• 等待 3 秒
• 將計數(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)多于電路板的實際控制，因此所有傳感器數(shù)據(jù)都通過串行方式推送到 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對人眼有意義，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，它會通過在圖表上繪制點來提供輸出。我將電路板放入盒子中，得到以下結(jié)果。

放在長方形盒子里時

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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。它可以粗略估計箱子的寬度和長度，并準(zhǔn)確發(fā)送數(shù)據(jù)。

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

除此之外，該系統(tǒng)運行良好，可用于深度感知實驗以及基本的計算機(jī)視覺項目。