第三講智能車培訓(xùn)信號采集與處理

第四講攝像頭組信號采集電磁組信號采集光電組信號采集第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)攝像頭組OV6620OV7620CCD模擬第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)攝像頭工作原理及簡介

攝像頭是以隔行掃描的方式采集圖像上的點，當(dāng)掃描到某點時，就通過圖像傳感芯片將該點處圖像的灰度轉(zhuǎn)換成與灰度一一對應(yīng)的電壓值，然后將此電壓值通過視頻信號端輸出。第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)攝像頭分類數(shù)字?jǐn)z像頭的工作電壓在5V；其輸出的是數(shù)字信號；行場信號有單獨的引腳輸出；其接口可以直接和單片機相連；模擬攝像頭的工作電壓在12V；其輸出的是模擬信號；需要外部搭載信號分離電路進行行場信號的分離；第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)CCD模擬攝像頭有三根線相連；一根電源線；一根地線；一根信號輸出線；第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)LM1881

LM1881主要是針對電視信號的視頻同步分離芯片，它可以直接對電視信號進行同步分離，準(zhǔn)確獲得圖像信號。

LM1881可以從0.5～2V的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)極性NTSC

制式、PAL制式、SECAM制式視頻信號中提取出復(fù)合同步、場同步、奇偶場識別等信號，有了它們，便可以確定采集點的準(zhǔn)確信息。第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)信號分離視頻信號除了包含圖像信號之外還包括了行同步信號、行消隱信號、場同步信號、場消隱信號以及槽脈沖信號、前均衡脈沖、后均衡脈沖等。因此，若要對視頻信號進行采集，就必須準(zhǔn)確的把握各種信號間的邏輯關(guān)系。LM1881對視頻信號的同步進行分離。第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)LM1881電路圖第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)A/D轉(zhuǎn)換如果使用的單片機具有A/D轉(zhuǎn)換器的功能可以使用內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換。實際使用發(fā)現(xiàn)，如果在單片機工作頻率不夠、AD轉(zhuǎn)換速率不夠快的情況下，每行圖像采集的點數(shù)較少，使得圖像分辨率不高。使用外部A/D轉(zhuǎn)換器，如TCL5510第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)實際問題的處理實際采集過程中不可能一幅圖像所以行都進行采集，第一時間不夠用，如果為了時間夠用的話可能就會降低橫向分辨率，而且單片機的RAM有限，不可能存儲所有的信息；第二，實際比賽過程中不需要所有行的信息都知道，只需要采集一些特殊行或者一幅圖像的前多少行就可以了。所以行中斷函數(shù)常用來進行選擇采集一幅圖像的哪些有用行。考慮到攝像頭在采集圖像時有梯形失真，所有選擇采集的有用行要合理進行選擇，以盡量減小失真度。如果要求不高，可以每隔固定的幾行進行采集。第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)

第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)數(shù)字?jǐn)z像頭OV7620模式是NAL制，每秒25幀，一幀兩場，那么每秒就有50場。意味著20MS就有一幅圖像產(chǎn)生。640x480pixels，理解為：有480行，一行有640個點。行場同步中斷信號有現(xiàn)成的，而且消隱區(qū)也十分有規(guī)律。不需要AD轉(zhuǎn)換和信號分離。第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)OV7620PIN1-PIN8灰度信號輸出接口Y0-Y7PIN11SCCB數(shù)據(jù)接口SDAPIN12奇偶場同步信號FODDPIN13SCCB數(shù)據(jù)時鐘SCLPIN14行中斷信號HREFPIN16場中斷信號VSYNPIN18像素同步信號PCLK(也叫TCLK)Pin20工作電壓5VPin22工作電壓5VPin21工作電壓0VPIN32模擬信號輸出接口VTO第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)硬件連接圖第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)串口調(diào)試工具第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)上位機第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)上位機通信協(xié)議第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)電磁車信號采集分析陀螺儀模塊信號采集電感信號采集第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)陀螺儀加速度加速度計模塊采集原理加速度傳感器可以測量由地球引力作用或者物體運動所產(chǎn)生的加速度，只需要測量其中一個方向上的加速度值，就可以計算出車模傾角，比如使用Z軸方向上的加速度信號。車模直立時，固定加速度器在Z軸水平方向，此時輸出信號為零偏電壓信號。當(dāng)車模發(fā)生傾斜時，重力加速度g便會在Z軸方向形成加速度分量，從而引起該軸輸出電壓變化。變化的規(guī)律為第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)加速度傳感器第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)陀螺儀采集原理陀螺儀可以用來測量物體的旋轉(zhuǎn)角速度在車模上安裝陀螺儀，可以測量車模傾斜的角速度，將角速度信號進行積分便可以得到車模的傾角第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)陀螺儀模塊加速度角度算法框圖第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)陀螺儀模塊電路圖第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)電磁組根據(jù)電磁學(xué)，我們知道在導(dǎo)線中通入變化的電流(如按正弦規(guī)律變化的電流)，則導(dǎo)線周圍會產(chǎn)生變化的磁場，且磁場與電流的變化規(guī)律具有一致性。如果在此磁場中置一由線圈組成的電感，則該電感上會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，且該感應(yīng)電動勢的大小和通過線圈回路的磁通量的變化率成正比。由于在導(dǎo)線周圍不同位置，磁感應(yīng)強度的大小和方向不同，所以不同位置上的電感產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也應(yīng)該是不同。據(jù)此，則可以確定電感的大致位置。第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)電磁組利用磁場的不同方向的分量來計算磁場的分布情況，上圖是一個拐彎處賽道磁場垂直方向的磁場分量的分布。第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)實際應(yīng)用采用電感和電容諧振放大感應(yīng)電動勢。使用的是10mH的電感，導(dǎo)線中電流頻率為20kHz，因此使用6.8nF的電容。這樣在電容上得到的電壓將會比較大，便三極管進行放大。整個電路的具體放大倍數(shù)需要根據(jù)實際負(fù)載進行計算。第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)電感信號采集原理檢測磁場所用的線圈軸線與軌道的位置關(guān)系對感應(yīng)電動勢的影響，假設(shè)前進方向為Y軸正向，順著Y軸的右手邊為X軸正向，Z軸指向小車正上方，假設(shè)線圈1與線圈2分別為線圈1軸線平行于X軸，垂直于Y軸，線圈2軸線平行于Z軸，垂直于Y軸。則電感線圈感應(yīng)電動勢分布如圖第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)電感傳感器圖片第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)采集放大電路該電路具有高增益穩(wěn)定可靠的特點第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)電路圖信號放大調(diào)理電路第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)20khz電源電路第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)電感傳感器布局第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)利用傳感器路徑判斷

對于直導(dǎo)線，當(dāng)裝有小車的中軸線對稱的兩個線圈的小車沿其直線行駛，即兩個線圈的位置關(guān)于導(dǎo)線對稱時，則兩個線圈中感應(yīng)出來的電動勢大小應(yīng)相同、且方向亦相同。若小車偏離直導(dǎo)線，即兩個線圈關(guān)于導(dǎo)線不對稱時，則通過兩個線圈的磁通量是不一樣的。這時，距離導(dǎo)線較近的線圈中感應(yīng)出的電動勢應(yīng)大于距離導(dǎo)線較遠的那個線圈中的。根據(jù)這兩個不對稱的信號的差值，可以判斷小車的位置，進而給出控制方向第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)路徑判斷圖片第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)轉(zhuǎn)向控制

根據(jù)不同路徑信號采集的差異把兩個電感的感應(yīng)電動勢進行歸一化，算出橫桿中心偏離賽道中心線的距離即為偏差。對偏差進行P算法處理，把轉(zhuǎn)向輸出量疊加到電機上進行輸出第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)光電采集傳感器

紅外對管激光管線性CCD第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)紅外對管TCRT5000IR333-A藍管PT334-6B黑色第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)紅外傳感器工作原理

當(dāng)發(fā)射管的紅外信號經(jīng)反射被接收管接收后,接收管的電阻會發(fā)生變化,在電路上一般以電壓的變化形式體現(xiàn)出來,而經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換或LM324等電路整形后得到處理后的輸出結(jié)果.電阻的變化起取于接收管所接收的紅外信號強度,常表現(xiàn)在反射面的顏色和反射面接收管的距離兩二方面.第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)激光管第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)

激光頭由發(fā)光管芯、聚光透鏡、銅可調(diào)套筒三部分組成，接上5V直流電源即可波長：650NM

功率：

5~20MW

激光的發(fā)射原理及產(chǎn)生過程的特殊性決定了激光具有普通光所不具有的特點：單色性好、相干性好、方向性好，亮度高。第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)傳感器的布局間隔傳感器的徑向探出距離傳感器安裝方式第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)各個傳感器的布局間隔對智能車的運行，是有一定影響的。傳感器的間隔是否合適，對過彎的精確性以及防止飛車有很大的影響。

設(shè)定傳感器間隔的原則是：既要滿足一定的密度以保證走彎道時軌跡相對精確，又要盡可能擁有大的橫向控制范圍來防止飛車。若傳感器間隔設(shè)置合適，當(dāng)賽道有一點微小的變化時，小車的控制單元就能進行相應(yīng)的反應(yīng)（改變前輪轉(zhuǎn)角），從而使得過彎道的軌跡與彎道大體重合，精確性好。通過合理安排紅外或激光發(fā)射/接收管的空間位置可以檢測到智能車相對于前方道路的位置。紅外發(fā)射接收管一般安放在模型車前端，可以安裝成一排，也可以前后安裝兩排，傳感器的總數(shù)量受到比賽規(guī)則的限制。

第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)相鄰光電管之間的干擾

由于發(fā)射管是基于漫反射原理的，其發(fā)射的光可能影響到安裝在附近的接收管。消除這種干擾可以采取以下幾種措施：選擇發(fā)射與接收方向性好的傳感器。在紅外接收管上安裝黑色套管，使其只接收前方一定角度內(nèi)的光線，這種減小互擾動的措施效果較好。調(diào)節(jié)發(fā)光強度，減小干擾。使相鄰的紅外發(fā)射/接收管交替工作。這種方法不僅減小了相鄰紅外傳感器之間的干擾，同時也降低了整體傳感器的功耗。第八屆皖西學(xué)院智能車培訓(xùn)光電管分時發(fā)射分時發(fā)射是指1收對多個發(fā)射時防止誤接收采取的策略。比如1對5，