超音波原理與應用, mBot2 超音波模組與控制指令, 設計mBot2自動避障自走車, 設計mBot2往返巡邏自走車, 設計mBot2自動跟隨自走車, 設計mBot2自動減速暫停自走車

1. 超音波感測應用
Revised on November 2, 2022
 超音波原理與應用
 mBot2 超音波模組與控制指令
 設計自動避障自走車
 設計往返巡邏自走車
 設計自動跟隨自走車
 設計自動減速暫停自走車

2.  超音波 (ultrasound) 是指頻率超過人類耳朵可以聽到的臨界值 20KHz
之聲波或振動
 音速 = 331.31 1
.
 在⼀⼤氣壓、25°C 時音波在空氣中之波速約為 346 M/s
 鯨豚或蝙蝠利用生物聲納 (biosonar) 回音定位 (echolocation) 來捕捉
獵物或躲避障礙物
超音波測距原理 1/2
2
Emitted Wave of Bat
Reflected Wave of Prey

3.  來回距離 = 發射超音波至接收到反射波之時間 * 音速
 距離 = (發射超音波至接收到反射波之時間 * 音速) / 2
 Distance(cm) = duration*346(M/s)/2
= duration*34600/1000000(cm/us)/2
= duration*0.0346(cm/us)/2
超音波測距原理 2/2
3

4. 超音波在生活科技應用實例
4
超音波倒車雷達
超音波霧化器
超音波洗淨器
腹部超音波檢查

5.  左側為超音波發射器 (Transmitter)，用來發射42KHz的超音波訊號
 右側為超音波接收器 (Receiver)，接收反射回來的超音波
 配置氛圍燈 (8顆藍色LED)
 檢測範圍：5cm〜300cm
 誤差值：±5%
mBot2超音波模組
5
發射器 接收器
① ②
③
④
⑥
⑤
⑦
⑧

6.  距離檢測 (超過測量範圍時，距離回傳值都是 300)
 氣氛燈控制
mBot2超音波模組控制指令
6

7.  編輯程式
 點擊「Go」按鈕
 手掌在超音波感測器前移動，觀察CyberPi LCD顯示的數值變化情形
檢測超音波模組傳回值
7

8.  功能要求
 按下 CyberPi 按鈕 B，mBot2 開始前進
 mBot2 超音波偵測到前方 15 公分內有障礙物時，後退 0.6 秒，之後隨機左
轉或右轉後前進，自動避開障礙物
 按下 CyberPi 按鈕 A，停止動作
設計自動避障自走車 1/2
8
15cm

9.  參考程式
設計自動避障自走車 2/2
9

10.  功能要求
 按下 CyberPi 按鈕 B，mBot2 開始前進
 mBot2 超音波偵測到前方 10 公分內有障礙物時，迴轉 180 度後繼續前進
 按下 CyberPi 按鈕 A，停止動作
 設計注意事項
 視需要調校迴轉角度度
設計往返巡邏自走車 1/2
10

11.  參考程式
設計往返巡邏自走車 2/2
11
視實際情況調校旋轉角度

12.  功能要求
 當手靠近 mBot2 前方 30 公分內，mBot2 進入跟隨模式
 mBot2 自動前進或後退，隨時與手保持約 10 公分距離
 設計注意事項
 須調校跟隨反應時間及緩衝距離
設計自動跟隨自走車 1/2
12
10cm

13. 設計自動跟隨自走車 2/2
 參考程式
 建立 distance 及 follow 變數
13

14.  功能要求
 按下 CyperPi 按鈕 B，mBot2 以 75 RPM速度開始前進
 當前方 30 公分有障礙物時開始減速，距障礙物5公分時停止；障礙物排除
後繼續以75%動力前進
 按下 CyperPi 按鈕 A，停止動作
設計自動減速暫停自走車 1/3
14
開始減速
30cm
停止
5cm

15.  參考程式
 建立 speed、distance 變數
設計自動減速暫停自走車 2/3
15

16. 設計自動減速暫停自走車 3/3
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