簡(jiǎn)介：目前發(fā)達(dá)的電子信息科學(xué)技術(shù)，給日常生活中的高度和距離測(cè)量，提供了新的思路和解決方案。本設(shè)計(jì)將利用遙控小車做為測(cè)量工具，分別采用角度傳感器、霍爾傳感器等傳感器來(lái)獲得測(cè)量物理數(shù)據(jù)并通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)目標(biāo)物體的高度、水平距離等數(shù)據(jù)的快速、精確和數(shù)字式的測(cè)量。

1 理論分析與計(jì)算

小車自動(dòng)測(cè)高測(cè)距的過(guò)程及相關(guān)參數(shù)如圖1所示。當(dāng)小車停放在A點(diǎn)時(shí)，遙控小車的裝置調(diào)整角度，使測(cè)量光點(diǎn)定點(diǎn)到C點(diǎn)，測(cè)量并存儲(chǔ)此時(shí)的角度α；之后，遙控控制小車前進(jìn)，使小車沿直線行進(jìn)到達(dá)B點(diǎn)，并再次調(diào)整測(cè)量裝置，使測(cè)量光點(diǎn)再次定點(diǎn)到C點(diǎn)，并測(cè)量記錄此時(shí)的角度β。并對(duì)從A到B的行進(jìn)距離L進(jìn)行測(cè)量和記錄。利用以上數(shù)據(jù)，就可以計(jì)算出待測(cè)目標(biāo)的高度H及小車距離待測(cè)目標(biāo)的距離S，計(jì)算式如下式(1)所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1)總體設(shè)計(jì)方案

通過(guò)以上分析，可將系統(tǒng)分為5部分：角度檢測(cè)模塊、水平距離檢測(cè)模塊和遙控控制模塊、LCD液晶顯示模塊、信號(hào)處理以及控制模塊。系統(tǒng)框圖如圖2所示。

總體設(shè)計(jì)方案為L(zhǎng)M3S615處理器通過(guò)角度傳感器，采集第1次角度傳感器測(cè)量信號(hào)并存儲(chǔ)，遙控控制小車并調(diào)節(jié)角度通過(guò)一段距離，采集第2次角度傳感器測(cè)量信號(hào)，同時(shí)利用霍爾傳感器對(duì)兩次測(cè)量間的小車行進(jìn)距離進(jìn)行測(cè)量，最終通過(guò)LM3S615處理器通過(guò)算法公式得出具體高度并送入LCD12864液晶顯示模塊進(jìn)行顯示。

2)角度信號(hào)檢測(cè)方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用巨磁電阻角度傳感器，它是利用巨磁電阻在一定的磁場(chǎng)下電阻值急劇減小這一特性開(kāi)發(fā)的角度測(cè)量傳感器。它具有線性好、線性范圍寬、體積小、靈敏度高(分辨率可以達(dá)到12位，精度達(dá)到10位，最低分辨率為0.01度)、響應(yīng)頻率高等一系列的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是成本較高。

3)水平距離檢測(cè)方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用霍爾傳感器計(jì)數(shù)的方法進(jìn)行水平距離測(cè)量，它具有體積小、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，而且集成化的霍爾傳感器在感應(yīng)到磁場(chǎng)變化時(shí)，會(huì)有一個(gè)數(shù)字量的高低電平跳變的特性，可以利用這個(gè)特性達(dá)到計(jì)數(shù)的目的。

4)控制器模塊設(shè)計(jì)

采用LM3S615ARM作為控制器，Luminary Micro StellarisTM系列的微控制器是首款基于ARMCortexTM-M3的控制器，它將高性能的32位計(jì)算引入到對(duì)價(jià)格敏感的嵌入式微控制器應(yīng)用中?？紤]到精度以及運(yùn)行速度要求不太高等諸多因素，決定采用LM3S168ARM作為本設(shè)計(jì)的處理器模塊。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

1)控制部分電路設(shè)計(jì)

控制部分必須完成紅外控制部分軟件解碼功能、電機(jī)運(yùn)行控制功能、舵機(jī)控制功能、霍爾傳感器計(jì)數(shù)功能、激光器控制、角度傳感器數(shù)據(jù)采集功能以及LCD控制?？刂撇糠蛛娐啡缦聢D3所示。

2)驅(qū)動(dòng)電路

本車采用原車自帶的雙直流減速電機(jī)，74V就能很好的工作。電機(jī)驅(qū)動(dòng)選用專用驅(qū)動(dòng)芯片L298N，該芯片分別獨(dú)立控制兩路電機(jī)的起停和轉(zhuǎn)向，保證兩路電路的參數(shù)的對(duì)稱，有利于保持小車行駛的穩(wěn)定性和精確性，也降低了電路的設(shè)計(jì)難度。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。

4 系統(tǒng)調(diào)試

1)舵機(jī)調(diào)試

將舵機(jī)、角度傳感器和激光器安裝好。安裝舵機(jī)時(shí)必須保證舵機(jī)能順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°以上，激光器與小車水平，角度傳感器的輸出電壓小于2 V。

2)小車速度控制

為使小車能走直線，系統(tǒng)使用了兩個(gè)PWM端口控制小車的左右輪速度，將其PWM占空比設(shè)為相同，然后測(cè)試修改占空比直至小車能走直線。

3)紅外軟件解碼

紅外編碼采用了脈沖位置調(diào)制方式(PPM)，利用脈沖之間的時(shí)間間隔來(lái)區(qū)分“0”和“1”。調(diào)試時(shí)通過(guò)改變碼字所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，直至能接收到正確的數(shù)據(jù)。

5 結(jié)論

本產(chǎn)品基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的精度，在選擇好適當(dāng)?shù)牟竭M(jìn)參數(shù)時(shí)，高度測(cè)量精度可達(dá)99.06%，水平距離精度可達(dá)98.06%，相對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)量方法更加簡(jiǎn)單直觀；進(jìn)行一些改裝就能應(yīng)用于實(shí)際生活中，可減少對(duì)目標(biāo)物體的高度和水平距離的測(cè)量時(shí)間和提高測(cè)量精度，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。