移動(dòng)測(cè)量小車.docx

基于光電導(dǎo)航的智能移動(dòng)測(cè)量小車一、 所需器材單片機(jī) 線陣CCD 2輪驅(qū)動(dòng)二、 思路1、 探測(cè)道路中間線保證直線走2、 探測(cè)隧道長(zhǎng)度3、 探測(cè)樹棵樹三、 技術(shù)特點(diǎn)1、 將CCD光信號(hào)用單片機(jī)控制，達(dá)到角度轉(zhuǎn)換繼續(xù)前行基于8051單片機(jī)控制的視頻信號(hào)二值化電路0 引 言CCDCharge Coupled device電荷耦合器件，自1970年由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的WSBoyle和GESmith首先提出以來，隨著半導(dǎo)體微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，其技術(shù)研究取得了驚人的進(jìn)展。隨著電荷耦合器件器件自身質(zhì)量的逐步提高，各種性能的繼續(xù)完善，應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，技術(shù)已成為現(xiàn)代光電探測(cè)和測(cè)量領(lǐng)域中最有發(fā)展前途的技術(shù)手段之一。在使用的過程中，驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)據(jù)采集與處理電路是整個(gè)過程的核心。依據(jù)對(duì)CCD傳感視頻信號(hào)用途不同，對(duì)CCD視頻信號(hào)有兩種處理方法：一是對(duì)CCD視頻信號(hào)進(jìn)行二值化處理后，再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；二是對(duì)CCD視頻信號(hào)采樣、量化、編碼后，再采集到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。而實(shí)現(xiàn)CCD視頻信號(hào)二值化的方法很多，一般采用硬件電路實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)是由單片機(jī)控制的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，將驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)據(jù)采集與二值化處理電路一體化，實(shí)現(xiàn)了圖像傳感器的小型化、智能化與集成化。實(shí)踐證明：該系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，測(cè)量精度高，適用于各種高靈敏、高精度的在線檢測(cè)。1方案比較與選擇1.1 方案一：固定閾值法固定閾值法是一種最簡(jiǎn)便的二值化處理方法，將CCD視頻信號(hào)送入電壓比較器的同相輸入端，比較器的反相輸入端上加可調(diào)電位器就構(gòu)成了圖1所示的固定閾值二值化電路。當(dāng)CCD視頻信號(hào)輸出含有被測(cè)物體的信息時(shí)，可以通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)閾值獲得方波脈沖寬度與被測(cè)物體表面一致的精確關(guān)系，但在有些情況下，由于背景輻射無法克服，在不能保證光源穩(wěn)定的情況下，固定閾值法受到光源變化引起CCD視頻輸出信號(hào)幅度變化，從而導(dǎo)致測(cè)量誤差。圖 1 固定閾值二值化電路原理圖方案二：比較法提取邊界特征的二值化處理圖2 比較法提取邊界特征比較法提取邊界特征實(shí)現(xiàn)二值化的原理電路如圖2所示，CCD視頻信號(hào)經(jīng)放大后，由時(shí)序電路產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖 與CCD光敏元輸出脈沖調(diào)制信號(hào)相同步，由其控制接通模擬開關(guān)對(duì)CCD光敏元輸出的序列電平進(jìn)行采樣和保持， 驅(qū)動(dòng)脈沖延遲 脈沖T1，用 控制接通模擬開關(guān)對(duì) 采樣的信號(hào)再一次進(jìn)行采樣和保持，故 采樣的是第N元信號(hào)， 采樣的就是第N+1元信號(hào)，將這兩個(gè)信號(hào)求差，其輸出電壓最大值就對(duì)應(yīng)著邊界點(diǎn)。為了提取邊界特征，將差值信號(hào)送到具有正閾值和負(fù)閾值的兩個(gè)電壓比較器的輸入端，在邊界點(diǎn)處，減法器輸出電壓最大絕對(duì)值超過閾值的絕對(duì)值時(shí)，電壓比較器輸出正脈沖信號(hào)，負(fù)閾值比較器的輸出脈沖對(duì)應(yīng)邊界的下降沿，正閾值比較器的輸出脈沖對(duì)應(yīng)邊界的上升沿，這兩個(gè)脈沖信號(hào)就是邊界特征標(biāo)志，該信號(hào)就是所求的CCD視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換的二值化信號(hào)。采用對(duì)邊界特征提取比較器所用的閾值用浮動(dòng)閾值方法。通過單片機(jī)對(duì)照明系統(tǒng)光強(qiáng)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，處理后，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，作為比較器閾值的參考源，以消除照明光源波動(dòng)的影響，保證二值化電路工作的可靠性，所以選用此方案。2 系統(tǒng)工作原理2.1 系統(tǒng)工作原理框圖系統(tǒng)原理框圖如圖3 所示：圖 3 系統(tǒng)原理框圖2.2 系統(tǒng)工作過程系統(tǒng)以8051單片機(jī)為核心，與1206SUP型、模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片C0809、數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832等器件一起構(gòu)成，CCD視頻信號(hào)經(jīng)過放大器放后，一部分信號(hào)通過采樣/保持運(yùn)用比較法實(shí)現(xiàn)二值化，一部分信號(hào)經(jīng)模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換后自動(dòng)調(diào)節(jié)閾值電壓大小，消除照明光源波動(dòng)的影響，保證二值化的準(zhǔn)確性。2.3CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)序要求及實(shí)現(xiàn)2.3.1 TCD1206SUP驅(qū)動(dòng)時(shí)序要求TCD1206SUP是具有2160個(gè)有效像元的線陣CCD，其驅(qū)動(dòng)時(shí)序要求見圖4。在圖4中，SH是轉(zhuǎn)移脈沖，脈沖寬度標(biāo)準(zhǔn)值為1000ns，其周期為光信號(hào)積分時(shí)間。從圖4可知，OS輸出周期至少為2236個(gè)像元的輸出周期； 和 是雙相驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘,時(shí)鐘頻率標(biāo)準(zhǔn)值為0.5MHz；RS是復(fù)位脈沖，標(biāo)準(zhǔn)值為1MHz；OS是信號(hào)輸出。圖4 1206SUP驅(qū)動(dòng)時(shí)序波形2.3.2 驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)現(xiàn)通常時(shí)鐘脈沖可取自以下途徑：?jiǎn)纹瑱C(jī)XTAL端、ALE端、獨(dú)立脈沖源。其中取自XTAL端時(shí)，經(jīng)分頻電路得到的脈沖頻率受限制；取自ALE端的脈沖在單片機(jī)訪問外部存儲(chǔ)器的時(shí)候丟失，精度受影響；而取自獨(dú)立脈沖源的脈沖因其獨(dú)立性而精度較高，且所產(chǎn)生的脈沖頻率可自由選擇，穩(wěn)定性好，因此本驅(qū)動(dòng)電路選用獨(dú)立脈沖源。由晶體振蕩器構(gòu)成的時(shí)鐘發(fā)生電路，輸出頻率為4的時(shí)鐘脈沖，經(jīng)四分頻器得到頻率為1MHz的時(shí)鐘脈沖，再經(jīng)脈寬調(diào)制器合成占空比為13的復(fù)位脈沖 ，時(shí)鐘脈沖 為0.5MHz，由脈沖信號(hào)八分頻得到， 由 反相產(chǎn)生。具體流程如圖5所示，轉(zhuǎn)移脈沖 由單片機(jī)的1. 3口發(fā)出。圖5 脈沖發(fā)生框圖2.4單片機(jī)的控制作用2.4.1 控制驅(qū)動(dòng) 從1. 3口發(fā)出轉(zhuǎn)移脈沖 ，由1206SUP工作特點(diǎn)，一個(gè) 周期中只少要有1180個(gè) 脈沖，即 ，若時(shí)鐘脈沖的頻率為0.5M，則轉(zhuǎn)移脈沖頻率應(yīng)大于1/590MHz(即其周期為590us)，部分程序如下：匯編程序：MOV TMOD,#00H； 設(shè)置T0工作方式MOV TH0,#0EDH ；設(shè)置590us計(jì)數(shù)初始值MOV TL0,#12HSETB TR1 啟動(dòng)DEL: JBC TF1,REP；查詢計(jì)數(shù)溢出AJMP DELREP:CLP P1.3；輸出AJMP DEL2.4.2控制光積分時(shí)間積分時(shí)間的改變以往通常是通過跳線改變系統(tǒng)主頻或計(jì)數(shù)器的初始預(yù)置值來實(shí)現(xiàn)，使用不夠靈活，況且系統(tǒng)主頻的改變會(huì)影響后續(xù)數(shù)據(jù)處理，因此我們采用一種不改變系統(tǒng)工作頻率，通過改變 周期中復(fù)位脈沖 的時(shí)鐘個(gè)數(shù)來調(diào)節(jié)的光積分時(shí)間。利用單片機(jī)的0計(jì)數(shù)器對(duì) 計(jì)數(shù)，根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果調(diào)節(jié) 的周期大小，從而自動(dòng)控制了的光積分時(shí)間。同時(shí)，由CCD視頻信號(hào)經(jīng)過采樣保持，再經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)/模轉(zhuǎn)換后，自動(dòng)調(diào)節(jié)閾值大小，保證二值化電路工作的可靠性。3系統(tǒng)軟件流程圖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件流程圖如圖6 所示：圖6 系統(tǒng)流程圖4結(jié)束語(yǔ)本系統(tǒng)主要應(yīng)用單片機(jī)強(qiáng)大的控制性能，采用比較法提取邊界特征的手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)CCD視頻信號(hào)的二值化處理，其特點(diǎn)是在對(duì)邊界特征提取比較器所用的閾值采用浮動(dòng)閾值方法，通過單片機(jī)對(duì)CCD視頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)地采樣，