Freescale智能车行车与检测原理-131219

智能车行车原理及行车状态检测2.智能小车的组成原理

3.智能车运行状态检测讲座内容：

1.Freescale智能车竞赛规则

任务：

各种车型遵循大赛规则，以尽可能快的速度自循迹跑完全程。Freescale智能车竞赛规则

Freescale智能车竞赛规则年年有变。

1.Freescale智能车赛的赛道①光寻迹赛道表面为白色，赛道两边有黑色线。②电磁寻迹赛道表面为白色，赛道中心埋有通电导线，为电磁车提供循迹磁场。③赛道路况：直道、大小S弯、U弯、十字交叉路口......引导线（光寻迹、电磁寻迹）起跑线光寻迹边界宽度25±5mm、电磁寻迹2.Freescale智能车赛的组别根据寻迹方式的不同，分为三个竞赛组别：

1、摄像头寻迹方式2、线阵CCD寻迹方式3、电磁寻迹方式1）行进方式的不同：

a、四轮运行b、两轮运行2）行进方向的不同：

1、正向行驶（驱动轮在后，转向轮在前）2、反向行驶（驱动轮在前，转向轮在后）不同组别，又配备不同的行车规定：3）赛道不同：2.Freescale智能车赛的组别根据寻迹方式的不同，分为三个竞赛组别：

1、摄像头寻迹方式2、线阵CCD寻迹方式3、电磁寻迹方式1）行进方式的不同：

a、四轮运行b、两轮运行2）行进方向的不同：

1、正向行驶（驱动轮在后，转向轮在前）2、反向行驶（驱动轮在前，转向轮在后）不同组别，又配备不同的行车规定：3）赛道不同：摄像头寻迹四轮智能车

电磁寻迹两轮智能小车

线阵寻迹四轮智能车

线阵CCD组------B车型、四轮运行、小车双向行进2004年Freescale智能车赛规定：1.车型与行车模式：摄像头组------D或E车型、两轮运行、单向行进电磁组------C车型、双电机驱动、正向、四轮运行2.赛道元素增改无赛道限制、但要求顺序经过标识点、电磁引导线增加直角电磁组无赛道限制、但要求顺序经过标识点、电磁引导线增加直角电磁组小车正向行进、四轮运行、双电机驱动智能车的组成原理

Freescale智能小车组成：

车模

智能控制系统硬件电路

控制程序

1）车模FreescaleA型车模FreescaleA型车模FreescaleB型车模FreescaleC型车模FreescaleD型车模电机驱动数据输入电路显示电路舵机控制路径检测速度检测电源电路MCU直立状态检测2）小车智能控制系统硬件的组成3）智能小车程序的主要任务

①采集小车行进状态数据②分析状态数据，③根据拟订的控制策略(算法),计算出控制量④输出控制量

智能车运行状态检测寻迹状态检测、路况检测、速度状态检测、直立平衡状态检测智能车状态数据检测分三块：Freescale智能车赛以寻迹方式不同，分为三个组别：1)线阵检测------红外、激光、线阵CCD2)面阵检测

------摄像头3)电磁检测------LC谐振回路

1.智能车寻迹检测一次可采集一行可视信号。1)

线阵CCD路径检测1.高性能文件或图片扫描；

2.色选机（粮食）；3.光学字符识别；4.工业检测；5.光谱学；6.条码扫描。应用：A）TSL1401R-LF

芯片工作原理

TSL1401R-LF芯片专门用于检测灰度的线阵CCD。宽度达128pixel。

TSL1401R-LF等效电路uAOTSL1401R-LF时序波形B）TSL1401R-LF模块与MCU的连接2)摄像头路径检测A）摄像头分类②以感光材料分----CCD和COMS摄像头③以输出信号类型分----模拟和数字摄像头

①以感光色彩分----黑白和彩色摄像头根据智能车寻迹的要求，一般选COMS黑白摄像头。近年来选用模拟摄像头的逐年减少，

选用模拟摄像头的逐年增多。

CCD摄像头的感光效率高、成像的信噪比高，感光的分辨率高。

CMOS摄像头比较省电,一般工作电流在100mA左右，对工作电压要求不高。

感光点阵B）黑白摄像头基本工作原理行同步脉冲行消隐区图像信号场同步脉冲复合消隐脉冲行同步脉冲场同步场消隐区复合视频信号图像信号图像信号C）模拟摄像头信号的采集①分离出行、场同步信号----采用视频分离LM1881工作电路，分离出行同步脉冲、场同步脉冲。②视频信号的采集---将行场同步脉冲输入MCU;单片机根据行、场同步信号定时启动图像信号接收、进行AD转换。③一场视频信号的存放---单片机根据行场同步信号将接收到的数据放入一个二维数组D[x][y]。D）数字摄像头信号处理---数字摄像头直接将视频信号转换成数字量(将每一像素转换成8位数字量),按一定的数据格式通过数据端口输出。---同时输出的还有行、场同步信号。---单片机根据行、场同步信号定时接收摄像头传送过来的数据，并将接收到的数据放入一个二维数组。等一场数据采集完就进行分析处理。XS128OV7620HSVST0T1D7~D0PA电磁感应原理3)电磁感应路径检测信号采集电路电磁感应阵列设计考虑LC的对数探测宽度探测高度

2.2智能车速度检测A)转速传感器种类磁电感应式、光电效应式、霍尔效应式、磁阻效应式等。Freescale智能车较多采用光电编码器测速。B）光电编码器工作原理码盘旋转时，红外接收管会接收到断续的红外光。VCC+-uoMCU脉冲计数

输

入

口光电管工作电路单片机将输入的高低电平定期累加记录----测转速。C）编码器成品直立车运行状态直立车使用D型车模。车模运行时只允许动力轮着地，车模直立行走。因此小车要进行直立平衡控制。小车平衡控制结构立平衡控

制平衡检测MCU

2.3直立平衡检测平衡检测采用加速度计与陀螺仪。1）加速度计工作原理容式加速度计结构加速度计不同摆放时的输出量2）陀螺仪工作原理陀螺特性1、定轴性：当陀螺转子以极高速度旋转时，就产生了惯性，这惯性使得陀螺转子的旋转轴保持在空间，指向一个固定的方向，同时反抗任何改变转子轴向的力量，这种物理现象称为陀螺仪的定轴性或惯性。2、逆动性：在运转中的陀螺仪，如果外界施一作用或力矩在转子旋转轴上，则旋转轴并不沿施力方向运动，而是顺着转子旋转向前90度垂直施力方向运动，此现象即是逆动性。速率陀螺仪。

用以直接测定运载器角速率的二自由度陀螺装置。把其外环固定在运载器上并令内环轴垂直于要测量角速率的轴。当运载器连同外环以角速度绕测量轴旋进时，陀螺力矩将迫使内环连同转子一起相对运载器旋进。陀螺仪中有弹簧限制这个相对旋进，而内环的旋进角正比于弹簧的变形量。由平衡时的内环旋进角即可求得陀螺力矩和运载器的角速率。积分陀螺仪与速率陀螺仪的不同处只在于用线性阻尼器代替弹簧约束。当运载器作任意变速转动时，积分陀螺仪的输出量是绕测量轴的转角（即角速度的积分）。以上两种陀螺仪在远距离测量系统或自动控制、惯性导航平台中使用较多。3）车模倾角测试原理斜放加速度计受力分析a

≥

gθ=kθ

Fz

=mg·sinθ≈mgθF

正比与ω

ωΑ=

k1θ

-

k2

ω3）直立平衡原理控制车轮加速度的控制算法：

Α=

k1θ

-

k2

ω

式中，θ为车模倾角；ω为角速度；k1、k2均为比例系数假期准备工作1.查