机器人AGV小车避障传感器测距

news2025/1/13 3:38:23

一、A22超声波传感器

在这里插入图片描述

该模块是基于机器人自动控制应用而设计的超声波避障传感器，针对目前市场上对于超声波传感器模组盲区大、测量角度大、响应时间长、安装适配性差等问题而着重设计。

具备了盲区小、测量角度小、响应时间短、过滤同频干扰、体积小、安装适配性高、防尘防水、寿命长、可靠性高等一系列优点。

参数

宽电压供电，工作电压 3.3～12V；
1cm 标准盲区(产品盲区最小可达 0.8cm)；
最远量程可设置，可通过指令设置 50cm、150cm、250cm、350cm 共 4 级量程等级；
多种输出方式可选，UART 自动/受控、PWM 受控、开关量 TTL 电平、RS485、IIC 等，输出方式不一样但功能完全一致；
默认波特率为 115200，可支持修改为 4800、9600、14400、19200、38400、57600、76800；
ms 级响应时间，数据输出时间最快可达 13ms；
角度可设置区域范围 30°、40°、50°、60°共 4 级角度等级，以适用不同应用场景；
内置降噪功能，可支持 5 级降噪等级设置，适用电池供电、短/长距离 USB 供电、开关电源供电以及较大噪声电源供电；

引脚

四根线，分别是VCC、GND、TX、RX。

输出方式

支持多种输出方式：

1. UART自动输出
当触发输入引线“RX”悬空或者输入高电平时，模组按照处理值输出，数据更稳定，响应时间为 100～140ms；当输入低电平时模组按照实时值输出，响应时间为 100～130ms(注意：“RX”电平检测仅在上电 500ms 内检测有效，之后将不做电平检测)。
2. UART受控输出
当触发输入引线“RX” 接收到一个有下降沿的触发脉冲或任意一个串口数据，下降沿会触发模组工作一次，输出引线“TX”将输出一次测量数据，模组的触发周期必须大于150ms。当超过5秒未收到“RX”脚的触发脉冲，模组将进入休眠状态，功耗最低。当休眠时收到“RX”触发脉冲，将立即唤醒工作，但响应时间会比未休眠时增加12ms。
3. PWM输出
当触发输入引线“RX” 接收到一个有下降沿的触发脉冲，下降沿会触发模组工作一次，输出引线“TX”将输出一次TTL电平的PWM高电平脉宽信号，模组的触发周期必须大于50ms, 如果模组没有检测到物体，输出引线“TX”将输出约21ms的固定脉宽（量程等级4）。当超过5秒未收到“RX”脚的触发脉冲，模组将进入休眠状态，功耗最低。当休眠时收到“RX”触发脉冲，将立即唤醒工作，但响应时间会比未休眠时增加12ms。
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输出格式

UART

输出为4个字节数据，分为是帧头+数据高八位+数据第八位+通讯校验和
在这里插入图片描述
距离值= Data_H*256+ Data_L=0X07A1；转换成十进制等于1953；
当modbus寄存器0x0209的参数值为0x00时，单位为mm，表示当前测量的距离值为1953mm；
当modbus寄存器0x0209的参数值为0x01时，单位为us，表示当前测量的距离回波时间值为1953us，此值除以5.75得mm单位的距离值=1953/5.75≈340mm。

PWM

公式：S=T*V/2(S为距离值，T为PWM高电平脉宽时间，V为声音在空气中的传播速度)。
在常温下得声速V为348M/S，可简化公式得S= T/57.5 (此时距离S单位为厘米，时间T单位为微秒)。

举例：当输出引线“TX”的PWM高电平脉宽时间T3为10000us时，
得S= T/57.5=10000/57.5≈173.9(cm)，表示当前测量的距离值为173.9cm。

软件设计

以下为RT-Thread 下UART受控输出方式代码示例：

定时器每200ms向传感器发送一次触发信号

rt_device_set_rx_indicate(hw_dev, timeout_cb);

/* 设置计数频率(若未设置该项，默认为1Mhz 或 支持的最小计数频率) */
rt_device_control(hw_dev, HWTIMER_CTRL_FREQ_SET, &freq);

/* 设置模式为周期性定时器（若未设置，默认是HWTIMER_MODE_ONESHOT）*/
mode = HWTIMER_MODE_PERIOD;
ret = rt_device_control(hw_dev, HWTIMER_CTRL_MODE_SET, &mode);
if (ret != RT_EOK)
{
  rt_kprintf("set mode failed! ret is :%d\n", ret);
}

/* 设置定时器超时值为1s并启动定时器 */
timeout_s.sec = 0;      /* 秒 */
timeout_s.usec = 200000;     /* 微秒 */
if (rt_device_write(hw_dev, 0, &timeout_s, sizeof(timeout_s)) != sizeof(timeout_s))
{
    rt_kprintf("set timeout value failed\n");
}

static rt_err_t timeout_cb(rt_device_t dev, rt_size_t size)  
{
    rt_device_write(serial, 0, "1", 1);   //触发信号
    return 0;
}

在串口接收中断函数中释放信号量

static rt_err_t uart_input(rt_device_t dev, rt_size_t size)
{
    rt_sem_release(&rx_sem);

    return RT_EOK;
}

在main线程中接收数据，并判断帧数据

        if(rt_device_read(serial, 0, &ch[t], 1) != 0)
        {
            /* 阻塞等待接收信号量，等到信号量后再次读取数据 */
            rt_sem_take(&rx_sem, RT_WAITING_FOREVER);

            t++;
            if(t==4)
            {
                t=0;
                if(ch[0]==0xFF )
                {
                    int a=(int)ch[1];
                    int b=(int)ch[2];
                    long int c=a*256+b;
                    int d=c%10;
                    c/=10;
                    rt_kprintf("%d.%d\n",c,d);
                }
                memset(ch, 0, sizeof(ch));
            }
        }