多传感器信息融合与分级控制new

1、感知系统的设计与多传感器的信息融合方法的研究感知系统是用来让机器人具有更多的类似人的感觉系统功能，模拟出人对于事物的感觉能力。本文的感知系统分为两个模块，避障模块和仿生感知模块。避障模块是由红外避障传感器和超声波避障传感器组成，该模块利用两个不同的传感器进行障碍探测，将得到的信息进行融合，选择最优的避障策略。仿生感知模块是由亮度传感器、温度传感器、湿度传感器等仿生传感器组成。如图所示。图 感知系统结构图具体使用传感器类型、型号及其特性如下。1 避障传感器：红外传感器与超声波传感器的数据进行避障数据综合汇总，利用模糊控制算法得出最优的避障策略。（1） 红外传感器：这是一种集发射与接收于一体的光电

2、传感器。检测距离可以根据要求进行调节。该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合。主要参数: U:5VDC I:100mA Sn:3-80CM 直径:17MM 传感器长度:45MM 引线长度:45CM数字量输出，不需要进行AD转换，可直接接单片机的IO口，有障碍物低电平，无障碍物高电平。通过后面的可调电位器调整距离(3-80CM有效)（2） 超声波传感器：本模块性能稳定，测度距离精确。主要技术参数： 使用电压：DC5V 静态电流：小于2mA 电平输出：高5V 电平输出：底0V 感应角度：不大于15度 探测距离：2c

3、m-500cm 探测精度：0.3cm 本产品使用方法简单，一个控制口发一个10US以上的高电平触发trig（控制端），就可以在接收口等待高电平输出。一有输出就可以开定时器计时，当此口变为低电平时就可以读定时器的值,得出的时间就为此次测距的时间，利用此时间可算出距离。模块测距的操作步骤： 第一步：采用单片机IO口触发trig（控制端），给至少10us的高电平信号。 第二步：模块自动发送8个40khz的方波，单片机再自动检测是否有信号返回。 第三步：如果有信号返回，通过IO输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。 第四步：计算距离并显示。 测试距离=(高电平时间*声速(340M

4、/S)/2;2 亮度传感器：利用两种不同规格的亮度传感器，对外界环境的光照强度进行测量。由于亮度传感器在对外界环境进行亮度处理的时候，传感器的测量值可能会存在时延、精确度等误差，因此，本文将两个传感器得到的数据进行亮度数据综合汇总，利用模糊算法得出相对正确的光亮值。（1） opt101技术参数：控制电压：2.7v36v；元件尺寸：0.09x0.09inch；高灵敏度：0.45A/W (650nm)；工作环境：070测光亮值的电路图如下，按下面的电路图连接就组成了亮度传感器，将此传感器做成汽车灯的形状，一方面美观，另一方面是能采集到单一方向的亮度值，而不会受其他方向的干扰。（2） 光敏电阻 光敏

5、电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体 光敏电阻原理图及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，

6、从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。3 温湿度传感器：利用两种不同规格的温湿度传感器，对外界环境的温度和湿度进行测量。由于温湿度传感器在对外界环境进行温度和湿度的测量时，传感器的测量值可能会存在时延、精确度、测量范围等误差，因此，本文将两个传感器得到的数据进行温湿度数据综

7、合汇总，利用模糊算法得出相对正确的温湿度值。（1） DHT11数字温湿度传感器组件瑞士Sensirion公司推出了SHT1x单片数字温湿度集成传感器。采用CMOS过程微加工专利技术（CMOSens technology），确保传品具有极高的可靠性和出色的长期稳定性。该传感器由一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件组成，并与一个14为A/D转化器以及一个2-wire数字接口在单芯片中无缝结合，使得该产品具有功耗低、反应快、抗干扰能力强等特点。产品参数：相对数度和温度的测量兼有露点输出；全部校准，数字输出；接口简单（2-wire），响应速度快；超低功耗，自动休眠；出色的长期稳定性；超小体积（

8、表面贴装）；测湿度范围0-100%RH，测温度范围-40-123.8；测湿精度4.5%RH，测温精度0.5（25）；模块尺寸：32x17mm。（2） SHT1x数字温湿度传感器组件DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用

9、甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品参数：供电电压：5V温度范围：0-50，误差2湿度范围：20-90%RH，误差5%RH模块尺寸：30x20mm 在对环境温度与湿度测量要求不高的情况下使用，该产品具有极高的可靠性和出色的稳定性，可以非常容易的实现与温度、湿度感知相关的互动效果。模块中的各传感器可单独选择工作，也可组合工作。将各工作的传感器数据进行汇总，利用模糊神经网络控制算法对感知系统模块的信息进行融合，在预先设定的初始条件下进行动作，完成事先设定的有条件的环境探索任务。工作流程如下图。图 感知系统工作流程图基于DSP的分级控制系统设计与实现基于DSP的机器人分级控制系统由硬件系统和软件系

10、统组成。硬件系统主要包括电源模块、感知模块、通讯模块和驱动模块。软件系统主要由上位机的控制程序和控制器中加载的智能算法组成，我们也称其为指令模块。基于DSP的分级控制系统结构如图所示。 图 机器人控制系统结构图根据机器人系统的具体要求，主控制器选用美国TI公司生产的TMS320C28X系列DSP芯片作为机器人的主控制器。该芯片是目前控制领域最高性能的处理器，具有精度高、速度快、集成度高等特点，特别适用于六足机器人系统信号处理量大、控制程序复杂、扩展功能多和实时性强的控制要求。DSP主控制器主要处理电源模块、通讯模块、感知模块和指令系统的命令。信息融合与控制算法的应用全部通过DSP主控制器来实现。驱动模块的主要任务是通过STC5410AD电机控制器来实现对电机的控制。STC5410AD控制器包含多个输入输出接口，特别适合执行对多电机的控制，通过主控制器发送指令，电机控制器选择执行何种命令来控制电机做相应的动作。分级控制的好处是减少系统资源的占用，不同的任务由不同的控制单元完成，减少了系统响应时间。驱动机构采用直流电机驱动器，DSP主控制器通过与电机控制器STC5410AD之间的通讯来实现对电机的控制。机器人由无线遥控发出指令，主控制器来决策机器人需要进行的初始化设置，并开始工作，将多