第三讲智能车培训信号采集与处理

第四讲摄像头组信号采集电磁组信号采集光电组信号采集第八届皖西学院智能车培训摄像头组OV6620OV7620CCD模拟第八届皖西学院智能车培训摄像头工作原理及简介

摄像头是以隔行扫描的方式采集图像上的点，当扫描到某点时，就通过图像传感芯片将该点处图像的灰度转换成与灰度一一对应的电压值，然后将此电压值通过视频信号端输出。第八届皖西学院智能车培训摄像头分类数字摄像头的工作电压在5V；其输出的是数字信号；行场信号有单独的引脚输出；其接口可以直接和单片机相连；模拟摄像头的工作电压在12V；其输出的是模拟信号；需要外部搭载信号分离电路进行行场信号的分离；第八届皖西学院智能车培训CCD模拟摄像头有三根线相连；一根电源线；一根地线；一根信号输出线；第八届皖西学院智能车培训LM1881

LM1881主要是针对电视信号的视频同步分离芯片，它可以直接对电视信号进行同步分离，准确获得图像信号。

LM1881可以从0.5～2V的标准负极性NTSC

制式、PAL制式、SECAM制式视频信号中提取出复合同步、场同步、奇偶场识别等信号，有了它们，便可以确定采集点的准确信息。第八届皖西学院智能车培训信号分离视频信号除了包含图像信号之外还包括了行同步信号、行消隐信号、场同步信号、场消隐信号以及槽脉冲信号、前均衡脉冲、后均衡脉冲等。因此，若要对视频信号进行采集，就必须准确的把握各种信号间的逻辑关系。LM1881对视频信号的同步进行分离。第八届皖西学院智能车培训LM1881电路图第八届皖西学院智能车培训A/D转换如果使用的单片机具有A/D转换器的功能可以使用内部AD转换。实际使用发现，如果在单片机工作频率不够、AD转换速率不够快的情况下，每行图像采集的点数较少，使得图像分辨率不高。使用外部A/D转换器，如TCL5510第八届皖西学院智能车培训实际问题的处理实际采集过程中不可能一幅图像所以行都进行采集，第一时间不够用，如果为了时间够用的话可能就会降低横向分辨率，而且单片机的RAM有限，不可能存储所有的信息；第二，实际比赛过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图像的前多少行就可以了。所以行中断函数常用来进行选择采集一幅图像的哪些有用行。考虑到摄像头在采集图像时有梯形失真，所有选择采集的有用行要合理进行选择，以尽量减小失真度。如果要求不高，可以每隔固定的几行进行采集。第八届皖西学院智能车培训

第八届皖西学院智能车培训数字摄像头OV7620模式是NAL制，每秒25帧，一帧两场，那么每秒就有50场。意味着20MS就有一幅图像产生。640x480pixels，理解为：有480行，一行有640个点。行场同步中断信号有现成的，而且消隐区也十分有规律。不需要AD转换和信号分离。第八届皖西学院智能车培训OV7620PIN1-PIN8灰度信号输出接口Y0-Y7PIN11SCCB数据接口SDAPIN12奇偶场同步信号FODDPIN13SCCB数据时钟SCLPIN14行中断信号HREFPIN16场中断信号VSYNPIN18像素同步信号PCLK(也叫TCLK)Pin20工作电压5VPin22工作电压5VPin21工作电压0VPIN32模拟信号输出接口VTO第八届皖西学院智能车培训硬件连接图第八届皖西学院智能车培训串口调试工具第八届皖西学院智能车培训上位机第八届皖西学院智能车培训上位机通信协议第八届皖西学院智能车培训电磁车信号采集分析陀螺仪模块信号采集电感信号采集第八届皖西学院智能车培训陀螺仪加速度加速度计模块采集原理加速度传感器可以测量由地球引力作用或者物体运动所产生的加速度，只需要测量其中一个方向上的加速度值，就可以计算出车模倾角，比如使用Z轴方向上的加速度信号。车模直立时，固定加速度器在Z轴水平方向，此时输出信号为零偏电压信号。当车模发生倾斜时，重力加速度g便会在Z轴方向形成加速度分量，从而引起该轴输出电压变化。变化的规律为第八届皖西学院智能车培训加速度传感器第八届皖西学院智能车培训陀螺仪采集原理陀螺仪可以用来测量物体的旋转角速度在车模上安装陀螺仪，可以测量车模倾斜的角速度，将角速度信号进行积分便可以得到车模的倾角第八届皖西学院智能车培训陀螺仪模块加速度角度算法框图第八届皖西学院智能车培训陀螺仪模块电路图第八届皖西学院智能车培训电磁组根据电磁学，我们知道在导线中通入变化的电流(如按正弦规律变化的电流)，则导线周围会产生变化的磁场，且磁场与电流的变化规律具有一致性。如果在此磁场中置一由线圈组成的电感，则该电感上会产生感应电动势，且该感应电动势的大小和通过线圈回路的磁通量的变化率成正比。由于在导线周围不同位置，磁感应强度的大小和方向不同，所以不同位置上的电感产生的感应电动势也应该是不同。据此，则可以确定电感的大致位置。第八届皖西学院智能车培训电磁组利用磁场的不同方向的分量来计算磁场的分布情况，上图是一个拐弯处赛道磁场垂直方向的磁场分量的分布。第八届皖西学院智能车培训实际应用采用电感和电容谐振放大感应电动势。使用的是10mH的电感，导线中电流频率为20kHz，因此使用6.8nF的电容。这样在电容上得到的电压将会比较大，便三极管进行放大。整个电路的具体放大倍数需要根据实际负载进行计算。第八届皖西学院智能车培训电感信号采集原理检测磁场所用的线圈轴线与轨道的位置关系对感应电动势的影响，假设前进方向为Y轴正向，顺着Y轴的右手边为X轴正向，Z轴指向小车正上方，假设线圈1与线圈2分别为线圈1轴线平行于X轴，垂直于Y轴，线圈2轴线平行于Z轴，垂直于Y轴。则电感线圈感应电动势分布如图第八届皖西学院智能车培训电感传感器图片第八届皖西学院智能车培训采集放大电路该电路具有高增益稳定可靠的特点第八届皖西学院智能车培训电路图信号放大调理电路第八届皖西学院智能车培训20khz电源电路第八届皖西学院智能车培训电感传感器布局第八届皖西学院智能车培训利用传感器路径判断

对于直导线，当装有小车的中轴线对称的两个线圈的小车沿其直线行驶，即两个线圈的位置关于导线对称时，则两个线圈中感应出来的电动势大小应相同、且方向亦相同。若小车偏离直导线，即两个线圈关于导线不对称时，则通过两个线圈的磁通量是不一样的。这时，距离导线较近的线圈中感应出的电动势应大于距离导线较远的那个线圈中的。根据这两个不对称的信号的差值，可以判断小车的位置，进而给出控制方向第八届皖西学院智能车培训路径判断图片第八届皖西学院智能车培训转向控制

根据不同路径信号采集的差异把两个电感的感应电动势进行归一化，算出横杆中心偏离赛道中心线的距离即为偏差。对偏差进行P算法处理，把转向输出量叠加到电机上进行输出第八届皖西学院智能车培训光电采集传感器

红外对管激光管线性CCD第八届皖西学院智能车培训红外对管TCRT5000IR333-A蓝管PT334-6B黑色第八届皖西学院智能车培训红外传感器工作原理

当发射管的红外信号经反射被接收管接收后,接收管的电阻会发生变化,在电路上一般以电压的变化形式体现出来,而经过AD转换或LM324等电路整形后得到处理后的输出结果.电阻的变化起取于接收管所接收的红外信号强度,常表现在反射面的颜色和反射面接收管的距离两二方面.第八届皖西学院智能车培训第八届皖西学院智能车培训第八届皖西学院智能车培训激光管第八届皖西学院智能车培训

激光头由发光管芯、聚光透镜、铜可调套筒三部分组成，接上5V直流电源即可波长：650NM

功率：

5~20MW

激光的发射原理及产生过程的特殊性决定了激光具有普通光所不具有的特点：单色性好、相干性好、方向性好，亮度高。第八届皖西学院智能车培训第八届皖西学院智能车培训传感器的布局间隔传感器的径向探出距离传感器安装方式第八届皖西学院智能车培训各个传感器的布局间隔对智能车的运行，是有一定影响的。传感器的间隔是否合适，对过弯的精确性以及防止飞车有很大的影响。

设定传感器间隔的原则是：既要满足一定的密度以保证走弯道时轨迹相对精确，又要尽可能拥有大的横向控制范围来防止飞车。若传感器间隔设置合适，当赛道有一点微小的变化时，小车的控制单元就能进行相应的反应（改变前轮转角），从而使得过弯道的轨迹与弯道大体重合，精确性好。通过合理安排红外或激光发射/接收管的空间位置可以检测到智能车相对于前方道路的位置。红外发射接收管一般安放在模型车前端，可以安装成一排，也可以前后安装两排，传感器的总数量受到比赛规则的限制。

第八届皖西学院智能车培训相邻光电管之间的干扰

由于发射管是基于漫反射原理的，其发射的光可能影响到安装在附近的接收管。消除这种干扰可以采取以下几种措施：选择发射与接收方向性好的传感器。在红外接收管上安装黑色套管，使其只接收前方一定角度内的光线，这种减小互扰动的措施效果较好。调节发光强度，减小干扰。使相邻的红外发射/接收管交替工作。这种方法不仅减小了相邻红外传感器之间的干扰，同时也降低了整体传感器的功耗。第八届皖西学院智能车培训光电管分时发射分时发射是指1收对多个发射时防止误接收采取的策略。比如1对5，