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1、關(guān)于傳感器在機(jī)器人玩具中的應(yīng)用的調(diào)查報(bào)告學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)：機(jī)械制造及其自動(dòng)化班級(jí)：機(jī)制班學(xué)號(hào)：080803110328學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：馮治國(guó)老師2012年3月28日關(guān)于傳感器在機(jī)器人玩具中的應(yīng)用的調(diào)查報(bào)告信息技術(shù)的三大支柱是測(cè)控技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，而傳感器技術(shù)是測(cè)控技術(shù)的基礎(chǔ)。傳感器處于自動(dòng)檢測(cè)與控制系統(tǒng)之首，是感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口。科學(xué)研究和生產(chǎn)過(guò)程需要獲取的信息，都要首先通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或光信號(hào)等容易傳輸和處理的信號(hào)?？茖W(xué)技術(shù)越發(fā)達(dá)，自動(dòng)化程度越高，對(duì)傳感器的依賴就越大。“沒(méi)有傳感器技術(shù)就沒(méi)有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”
2、的觀點(diǎn)已為世界公認(rèn)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人智能玩具越來(lái)越常見(jiàn)，傳感器的作用就是根據(jù)規(guī)定的被測(cè)量的大小，定量提供有用的電輸出信號(hào)的部件，亦即傳感器把光、電、溫度、壓力及氣體等的物理化學(xué)量轉(zhuǎn)換成信號(hào)的變換器。傳感器作為機(jī)器人智能玩具的關(guān)鍵部件，它直接影響機(jī)器人智能玩具的技術(shù)性能的發(fā)揮。一、磁阻傳感器在機(jī)器人玩具中的應(yīng)用1、應(yīng)用背景一個(gè)機(jī)器人玩具的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主芯片采用的是以摩特羅拉公司的MC86EZ328芯片，只完成與通信、運(yùn)算等有關(guān)的主要操作，在沒(méi)有操作時(shí)，由運(yùn)行于其上的操作系統(tǒng)uClinux來(lái)維護(hù)。對(duì)于所有與EZ328的核心運(yùn)算、控制
3、、通信、操作無(wú)關(guān)的外圍設(shè)備的維護(hù)和控制都通過(guò)一塊AT89C52來(lái)完成，它與EZ328的底層通信協(xié)議為同步串口協(xié)議（SPI），在AT89C52中由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。C52包含的部件主要是A/D轉(zhuǎn)換器，鍵盤(pán)接口，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。2、傳感器應(yīng)用狀況機(jī)器人玩具控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中對(duì)方向的控制尤其重要，直接體現(xiàn)了機(jī)器人玩具的控制精度和整體效果。在本文中要解決的問(wèn)題就是控制好機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向和球門之間的夾角，讓其能夠在運(yùn)行中實(shí)時(shí)地自我調(diào)整，準(zhǔn)確地把球送入球門。3、磁阻傳感器原理 HMC的輸出電壓為磁場(chǎng)強(qiáng)度為0時(shí)傳感器的輸出。所以當(dāng)U0為0時(shí)，Uout正比于磁場(chǎng)強(qiáng)
4、度B。如圖4，假設(shè)機(jī)器人處于水平面上，X為機(jī)器人行進(jìn)方向，Y為水平面上垂直X的方向向右（即X順時(shí)針轉(zhuǎn)90），地里北極方向和地磁北極方向如圖所示。H為地磁場(chǎng)，Hx、Hy分別是H在X、Y方向的水平分量，β為機(jī)器人行進(jìn)方向和地磁北極方向的夾角，γ為地磁北極和地理北極方向的夾角，K就是機(jī)器人行進(jìn)方向與地理北極方向之間的夾角，也就是我們最終要求的角度。（此處的β、γ、K都是由前者出發(fā)順時(shí)針到達(dá)后者的角度）由圖可明顯看出，K=β-γ。而在地球上不同方位的γ可查表得出，所以關(guān)鍵就是求得。由磁阻傳感器可以得出Hx、Hy，（此處忽略了機(jī)器人在Z軸方向的傾斜，
5、所以二器就夠用了）。圖4 4、測(cè)量電路 從HMC1022輸出的電壓信號(hào)非常微弱，測(cè)試是0到3mv（具體每個(gè)芯片的輸出不是完全一致）,需要經(jīng)過(guò)放大器的放大，放大器選用的是AN622,放大倍數(shù)選定為600倍，這種放大器可以加上一個(gè)2.5v的偏置電壓，所以輸出到A/D的電壓為2.5v+（0～3mv）＊600,兩路采集到的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后連接到ADC0832。ADC0832是個(gè)兩通道8位精度的逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，通過(guò)一個(gè)串行的I/O口DI輸入一個(gè)MUXADDRESS序列，來(lái)配置A/D成差分方式并選擇哪一路通道的信號(hào)。2051通過(guò)一路I/O來(lái)串
6、行讀入轉(zhuǎn)換后的數(shù)值?！ ∮胢ax662a作為RST/SET部分的恒壓源，電路的工作原理及流程如下： 1.由2051的14端（P1.7）輸出高電平，SR電路set功能選通 2.通過(guò)2051P1各相應(yīng)端子控制ADC0832，完成一次A/D轉(zhuǎn)換，記下此次讀入的電壓值Vset?！ ?.2051的P1.7輸出低電平，SR電路reset功能選通 4.通過(guò)2051P1各相應(yīng)端子控制AD0832，完成一次A/D轉(zhuǎn)換，記下此次讀入的電壓值Vrst 5.求出1022的輸出偏置電壓V0=（Vset+Vrst）/2?！ ?.通過(guò)2051控制AD0832完成
7、A/D轉(zhuǎn)換，將每一次讀入的值Vrst減去V0就得到計(jì)算需要用的電壓Vread=Vrst-V0;（包括兩個(gè)軸方向的電壓Vready、Vreadx） 7.求得 8.K=β-γ,goto6 經(jīng)過(guò)2051處理后得出的數(shù)值，在時(shí)鐘的配合下用一個(gè)I/O口模擬PWM輸出，傳給C52單片機(jī)。5、傳感器檢測(cè)信息與控制系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)機(jī)器人玩具的方向控制的核心部件就是HMC1022兩維磁阻微電路芯片，它的機(jī)構(gòu)是四臂的惠斯通電橋，將磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為差動(dòng)輸出的電壓，可以檢測(cè)低至85微高斯的磁場(chǎng)信號(hào)，這種低成本的傳感器相比傳統(tǒng)型號(hào)的同類產(chǎn)品具有更小的體積和更低的功耗。供
8、電電源為3V-10V直流電壓。本設(shè)計(jì)中采用的HMC0122采用的是16腳SOIC封裝，集成了兩路的惠斯通電橋，測(cè)出平面的X軸和Y軸的磁場(chǎng)信號(hào)，這樣就可以獲得水平面上方向的完整信號(hào)
