基于树莓派的迎宾机器人

airsky

基于树莓派的迎宾机器人

首先感谢e络盟的基金支持。
原理介绍：
树莓派作为中心控制器
使用摄像头获取图像，借助openCV技术进行图像处理，包括人脸识别，人流计数，自动跟随等
使用HC-SR04 超声波测距模块进行距离探测实现人体跟随保持
首先展示下树莓派的引脚图，非常丰富。

1.整体原理图

通过麦克风阵列采集声音，摄像头采集图像信号，超声波定位模块提供距离数据，红外对管实现避障，使用L9110驱动马达实现移动及位置调整

2.人像识别及数据处理系统

图像采集部分使用摄像头模块实现，左右方向调整通过舵机旋转底部调整轮实现。

树莓派可以使用USB接口摄像头，也可以使用预留的CSI接口的摄像头。本方案选用CSI接口的摄像头，响应速度回更快。

硬件连线图：

摄像头排线的金属片一侧朝向HDMI接口方向

整体控制逻辑图：

视频效果演示：

3.  超声波距离保持系统
测距功能使用的是HC-SR04 超声波模块。
采购到的模块如下图所示


Vcc 电源供电接口，连接树莓派的5V输出引脚
GND 连接树莓派的 GND引脚
Trig 引脚用来接收树莓派的控制信号。接任意 GPIO 口
Echo 引脚用来向树莓派返回测距信息。接任意 GPIO 口

实物连线图如下：

测距原理图：

主要代码：

1. import RPi.GPIO as GPIO
   
2. import time
   
3. 
   
4. Trig=20
   
5. Echo=21
   
6. GPIO.setmode(GPIO.BCM)
   
7. GPIO.setup(Trig,GPIO.OUT,initial=GPIO.LOW)
   
8. GPIO.setup(Echo,GPIO.IN)
   
9. 
   
10. def checkdist():
    
11.         
    
12.         #发出触发信号
    
13.         GPIO.output(Trig,GPIO.HIGH)
    
14.         #保持10us以上（我选择15us）
    
15.         time.sleep(0.000015)
    
16.         GPIO.output(Trig,GPIO.LOW)
    
17.         while not GPIO.input(Echo):
    
18.                 pass
    
19.         #发现高电平时开时计时
    
20.         t1 = time.time()
    
21. 
    
22.         t3=t1
    
23.         while GPIO.input(Echo):
    
24.                 #超时判断，只需要探测大约3米范围，取100毫秒足够
    
25.                 if  time.time()-t3>100:
    
26.                         return 100000
    
27.                 pass
    
28.         #高电平结束停止计时
    
29.         t2 = time.time()
    
30.         #返回距离，单位为cm
    
31.         return (t2-t1)*340*100/2
    
32. 
    
33. 
    
34. time.sleep(2)
    
35. try:
    
36.         while True:
    
37.                 #获取距离，设定保持距离为50cm,如果大于50,向前走；小于50向后走
    
38.                 lenth=checkdist()
    
39.                 tmpdiff=lenth
    
40.                 if tmpdiff>100:
    
41.                         tmpdiff=100
    
42.                 #计算转动方向和角度 ，速度范围10%-90%，正数向前，负数向后。 移动速度与距离换算：V =L*1.5+10     
    
43.                 chengV=0
    
44.                 if tmpdiff>60:
    
45.                         chengV=(tmpdiff-50)*1.5+10
    
46.                 if tmpdiff<40:
    
47.                         chengV=(tmpdiff-50)*1.5-10               
    
48. 
    
49.                 print 'Dis: %0.2fcm, V:%d ' %(lenth,chengV)
    
50.                 time.sleep(0.5)
    

复制代码

视频效果：


4. 移动系统部分
采用L911s驱动芯片驱动马达实现动力。
芯片参数

芯片原理图

电路连线示意图

主要代码：

1. #电机控制
   
2. def setpwm(lef,rig,tim):
   
3.                 #设置gpio口的模式               
   
4.                 GPIO.setmode(GPIO.BCM)
   
5.                 #定义信号接口gpio口
   
6.                 #左侧
   
7.                 LFT1 = 21
   
8.                 LFT2 = 20
   
9.                 #右侧
   
10.                 RIG1 = 13
    
11.                 RIG2 = 15
    
12. 
    
13.                 #设置gpio口为输出
    
14.                 GPIO.setup(LFT1,GPIO.OUT)
    
15.                 GPIO.setup(LFT2,GPIO.OUT)
    
16.                 GPIO.setup(RIG1,GPIO.OUT)
    
17.                 GPIO.setup(RIG2,GPIO.OUT)
    
18. 
    
19.                 LFTPWM=GPIO.PWM(LFT2, 10)
    
20.                 RIGPWM=GPIO.PWM(RIG2, 10)
    
21. 
    
22.                 LFTPWM.start(0)
    
23. RIGPWM.start(1)
    
24. 
    
25. #正转
    
26.                 GPIO.output(LFT1,GPIO.LOW)
    
27. GPIO.output(RIG1,GPIO.LOW)
    
28. 
    
29. LFTPWM.ChangeDutyCycle(lef)
    
30. RIGPWM.ChangeDutyCycle(rig)
    
31. #end 正转
    
32. 
    
33.                 #根据控制时间控制延时,单位毫秒
    
34.                 time.sleep(tim/1000)
    
35.                 LFTPWM.stop()
    
36.                 RIGPWM.stop()
    
37.                 GPIO.cleanup()

复制代码

实物展示：