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基于AT89C52的多超声信号融合处理系统设计
发布时间:2022-01-09 00:35
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本文摘要:1章节在移动机器人成像测距导航系统中,单一的超声波传感器因其升空角等固有的严重不足难以完成对环境的全面观测。因而在实践中,经常中用大量的成像传感器阵列。然而,专门针对这种情况设计的数据采集处置平台却很少。 同时,在远距离测量时,成像脉冲信号很黯淡并受到了较小噪声阻碍。在这种情况下,传统的基于电路方法的成像测距仪很难构建脉冲的萃取,经常导致失误。 而已有的基于PC机的数据采集卡却又带给了便携性和适用性劣的问题[1]。

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1章节在移动机器人成像测距导航系统中,单一的超声波传感器因其升空角等固有的严重不足难以完成对环境的全面观测。因而在实践中,经常中用大量的成像传感器阵列。然而,专门针对这种情况设计的数据采集处置平台却很少。

同时,在远距离测量时,成像脉冲信号很黯淡并受到了较小噪声阻碍。在这种情况下,传统的基于电路方法的成像测距仪很难构建脉冲的萃取,经常导致失误。

而已有的基于PC机的数据采集卡却又带给了便携性和适用性劣的问题[1]。本文讲解的基于单片机的数字信号收集处置系统,针对上述情况,使用了八地下通道设计以合适多成像传感器信号的收集,并引进了数字信号处理算法,通过对成像脉冲信号的数字处置,可以准确地检测脉冲,已完成高精度测距的任务。

另外基于该平台展开的多传感器数据融合处置使得移动机器人可以取得更加精确的环境信息,提升了环境感官的能力。2系统硬件电路设计图1系统结构框图如图1右图,系统的主要硬件构成还包括:前端黯淡信号调理模块、A/D切换模块、微控制器模块、存储器模块、串行通讯模块以及拓展模块等。

多个超声波换能器提供的脉冲信号输出系统后,经过各自前端调理电路处置,取样转化成为数字信号,然后存放在至系统SRAM芯片中。AT89C52单片机从SRAM芯片中读取数据并展开脉冲萃取处置以及多通道融合处置,最后根据必须将处理结果通过RS-232标准接口送到上位PC机。同时,PC机的控制指令也可以通过该模块传输给单片机。

2.1黯淡信号调理电路在一般情况下,成像脉冲信号十分黯淡,切换电信号的幅值也较小,必需使用高增益的缩放电路。同时,简单的工作环境又使得成像脉冲信号中包括了较多的噪声阻碍。

因此在设计调理电路时,既要展开信号的缩放又要做到必要的滤波处置。由于系统要对多个成像传感器信号展开实时处置,因而设计了八地下通道分段的调理电路。每一个地下通道如图2右图。电路使用两级AD公司的高性能、超低失调电压运算放大器OP07串联构建信号的缩放,并使用LM741芯片已完成较低通滤波处置。

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其中,在信号缩放的第二级上设计了两个仪器电位器R5和R6,其功能分别用作缩放倍数和零点飘移的调整,以合适信号的下一步处置。图2黯淡信号调理电路成像脉冲信号经过调理电路后,八个输入末端(地下通道一至地下通道八)将依序相连到A/D转换器的八个模拟信号输出末端,以已完成信号的模数转换处置。2.2A/D切换电路A/D切换电路使用了MAXIM公司发售的8位8地下通道高速模数转换芯片MAX158[2]。

该芯片具备切换速度快、功耗较低、精度高等特点。每地下通道切换时间仅有为2.5s,需要符合移动机器人导航系统时动态信号处理的拒绝。MAX158芯片的外部模拟信号输出末端AIN1-AIN8分别相连八路来自信号调理电路的成像脉冲信号,DB0-DB7末端为切换结果的三态数据缓冲器输入末端,相连AT89C52单片机的八位数据线。

末端为片中选信号输出末端,片中选信号来自单片机的P1.4脚。REF+和REF-为参照电压的正负极输出末端(分别对应仅有为1和全为0的输入),相连+5V标准电压和GND。

A0-A2末端掌控了芯片内部的多路电源。MAX158根据这三个端口的输出信号自由选择地下通道,并回应地下通道模拟量展开追踪和维持。MAX158芯片获取了两种有所不同的工作方式,即MODE0和MODE1。

系统使用MODE1流水线读数方式,工作时序如图3右图:一个读信号(置端和末端为低电平)不会启动一个新的切换,并旋即所取踏上一次切换的结果。两个读信号最少间隔2.5s以保证数据的切换和加载。端在末端或端的下降沿改以高电平,并在一次切换过程完结时经常出现低电平。

2.3微控制器模块系统使用的AT89C52型单片机含有8KB的Flash程序存储器、256字节的RAM、具备32根I/O线、3个可编程定时器[3]。比起其他类型单片机而言,AT89C52单片机具备较多的片内资源,既保证了数据处理代码的存储空间,又需要在很少外围电路的情况下包含功能完善的信号收集系统。系统部分电路相连如图4右图。

图4系统部分电路相连图2.4存储器模块由于系统要动态收集多路传感器信号,对数据存储拒绝较小。因此我们搭配了可存储256K*8位信息的DCM8256芯片。DCM系列高速数据不溶解存储器,具备体积小巧,读书/写出速度快(大于100ns、平均50ns),读书/写出方式非常简单的优点,可在-40℃-+85℃温度下可信工作,并且即使在有类似阻碍的情况下(如强磁场、电源急遽重复波动等),也能超过万无一失留存数据的效果,因而十分合适移动机器人野外作业的必须。

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由于AT89C52单片机的仅次于传输速率空间为64K,而DCM8256的空间为256K,因而要对传输速率展开拓展。地址拓展的方式有两种,一种方法是DCM8256的较低16位地址必要与MPU的地址线连接,而低两位地址由硬件逻辑构建;另一种方法是利用MPU的I/O口展开拓展。第一种方法虽然闲置I/O资源较较少,但电路简单,必须额外的硬件。

系统使用第二种方法,如图4右半部分右图,将DCM8256芯片的A16末端和A17末端分别相连到AT89C52单片机的P1.6末端和P1.7末端,片中选信号收到P1.5端上。传输速率操作者可以通过非常简单的软件编程来构建。2.5串口通讯模块在移动机器人成像测距导航系统中,成像测距的结果要上载至移动机器人的主处理器,由其掌控机器人采取相应的对策;主处理器也要发送到指令掌控成像数据的收集和处置。

因此单片机和主处理器之间的通讯是整个系统不可或缺的一个组成部分。在我们的系统中,AT89C52单片机为下位机,移动机器人主处理器为上位机,二者通过RS-232串行口接管或上载数据和指令。在此,系统用于了构建电平切换芯片MAX232来展开RS232C/TTL电平切换。


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