自主跟踪行李箱的超声波测控系统的实验教学设计与开发

发布时间：2021-11-19 16:12

　　以训练学生工程开发规范性、提高学生创新精神和实践能力为目标,开发设计了自主跟踪行李箱的超声波测控系统实验。该实验应用性和拓展性强,有利于学生创新运用专业知识和技能,正确灵活制订方案。采用CDIO-OBE教学理念,在充分发挥学生的主动性和积极性的同时,培养学生创新实践、团队合作和表达能力。 

【文章来源】：实验技术与管理. 2018,35(09)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

图１超声波测控系统的工作流程测量原理

统；目标上安装超声波应答器。每次定位时，首先由行李箱发射询问超声脉冲，当目标的应答器识别到询问信号时，发回应答信号，行李箱接收应答信号，通过对应答信号进行软件和硬件方面的处理实现对目标的定位、跟随。其中，利用耳间强度差和相位差测量目标方位角，利用回波的时延测量距离。图１超声波测控系统的工作流程１．１测量原理如图２所示，测量包括方位角测量和距离测量。当目标在远场时，由于双耳的幅度差不明显，可利用双耳相位差Δφ、声波波长λ和两耳间距２ｒ计算目标方位角θ；当目标在近场时，由于双耳的相位差不再满足简化条件，相位差和方位角的关系变得复杂，而幅度比较大、幅度差随方位角变化比较灵敏，可采用双耳强度差测量目标方位角［４－８］。距离ｄ测量依靠询问脉冲和应答脉冲的时延Δｔ和声速ｃ计算，该时延还需减去应答器的反应滞后时间。１．２系统结构如图３所示，系统包括传感器、信号调理、处理器、电机控制与驱动、电源模块等几部分。其中传感器模图２定位原理块的超声波应答器位于目标上，其余部分在行李箱上。脉冲发生器产生单频脉冲，经过功率放大器，激励超声询问器，超声应答器的回波返给超声询问器，回波信号进入滤波放大电路。对滤波放大信号有３种方案可以实现方位与距离测量：既可以采用全软件的方式，如ＤＳＰ过采样高速采样和信号处理或者单片机欠采样低速采样和信号处理；也可以采用硬件＋软件混合的方式，即检波之后通过单片机的超低速采样和信号处理

量包括方位角测量和距离测量。当目标在远场时，由于双耳的幅度差不明显，可利用双耳相位差Δφ、声波波长λ和两耳间距２ｒ计算目标方位角θ；当目标在近场时，由于双耳的相位差不再满足简化条件，相位差和方位角的关系变得复杂，而幅度比较大、幅度差随方位角变化比较灵敏，可采用双耳强度差测量目标方位角［４－８］。距离ｄ测量依靠询问脉冲和应答脉冲的时延Δｔ和声速ｃ计算，该时延还需减去应答器的反应滞后时间。１．２系统结构如图３所示，系统包括传感器、信号调理、处理器、电机控制与驱动、电源模块等几部分。其中传感器模图２定位原理块的超声波应答器位于目标上，其余部分在行李箱上。脉冲发生器产生单频脉冲，经过功率放大器，激励超声询问器，超声应答器的回波返给超声询问器，回波信号进入滤波放大电路。对滤波放大信号有３种方案可以实现方位与距离测量：既可以采用全软件的方式，如ＤＳＰ过采样高速采样和信号处理或者单片机欠采样低速采样和信号处理；也可以采用硬件＋软件混合的方式，即检波之后通过单片机的超低速采样和信号处理；还可以采用全硬件的方式，如精密检波电路、数字整形，利用单片机的计数器测量相位差和包络宽度差（对应幅度差）实现幅值和相位的测量。系统根据方位角和距离，通过ＰＩＤ控制，完成电机驱动与控制，最终实现目标跟踪功能。图３系统结构１．３运动控制跟随目标的运动控制技术路线如图４所示。首先测量方位角和距离相对于设定值的偏差，按照图

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3505399