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。它不同于通常的直流電機，因為它可以非常精確地轉動到給定的角度位置并保持其狀態。當給伺服電機提供特定持續時間的脈沖時，它會移動到相應的角度位置。

伺服電機工作

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我們將使用這兩個組件來為我們的機器人獲得 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 原型擴展板
• HC-04 超聲波傳感器
• 伺服電機（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 以旋轉舵機并從超聲波傳感器獲取距離數據并將其推送到串口。
• Mathworks MatLab 從串行線路接收數據，對其進行處理并將其可視化為圖形。

第 3 步：機械組裝

標題（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，但為了使系統更緊湊，我還使用雙面膠帶將伺服器連接到原型板護罩的突出部分。

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最終的結果應該看起來像瓦力的腹部。

第 4 步：Arduino 代碼

Arduino 代碼控制伺服電機的運動，以及何時捕獲超聲波傳感器的讀數以及捕獲頻率。它還將傳感器數據推送到串行端口。

• 導入庫
• 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
• 將計數器初始化為 0
• 將舵機旋轉 1 度
• 獲取超聲波傳感器數據10次（默認設置）
• 平均數據
• 將平均值發送到串口
• 返回第 7 步

第 5 步：MatLab 代碼

MatLab 代碼處理的數據多于電路板的實際控制，因此所有傳感器數據都通過串行方式推送到 PC，由 MatLab 讀取。

現在，我們從 Arduino 收到的數據告訴我們兩件事。舵機的旋轉角度和障礙物在該方向的距離。因此，此時我們擁有的數據位于極坐標系中。為了使它在可視化時對人眼有意義，必須將其轉換為笛卡爾或 XY 坐標系。

數學。

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所以 MatLab 代碼就是這樣做的。它從COM端口串行獲取數據，將其與旋轉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換成笛卡爾坐標。

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，得到以下結果。

放在長方形盒子里時

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第 6 步：結論

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盡管該系統并不完美，但它可以完成工作。它可以粗略估計箱子的寬度和長度，并準確發送數據。

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。

除此之外，該系統運行良好，可用于深度感知實驗以及基本的計算機視覺項目。