Freescale智能車行車與檢測(cè)原理-131219

智能車行車原理及行車狀態(tài)檢測(cè)2.智能小車的組成原理

3.智能車運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)講座內(nèi)容：

1.Freescale智能車競(jìng)賽規(guī)則

任務(wù)：

各種車型遵循大賽規(guī)則，以盡可能快的速度自循跡跑完全程。Freescale智能車競(jìng)賽規(guī)則

Freescale智能車競(jìng)賽規(guī)則年年有變。

1.Freescale智能車賽的賽道①光尋跡賽道表面為白色，賽道兩邊有黑色線。②電磁尋跡賽道表面為白色，賽道中心埋有通電導(dǎo)線，為電磁車提供循跡磁場(chǎng)。③賽道路況：直道、大小S彎、U彎、十字交叉路口......引導(dǎo)線（光尋跡、電磁尋跡）起跑線光尋跡邊界寬度25±5mm、電磁尋跡2.Freescale智能車賽的組別根據(jù)尋跡方式的不同，分為三個(gè)競(jìng)賽組別：

1、攝像頭尋跡方式2、線陣CCD尋跡方式3、電磁尋跡方式1）行進(jìn)方式的不同：

a、四輪運(yùn)行b、兩輪運(yùn)行2）行進(jìn)方向的不同：

1、正向行駛（驅(qū)動(dòng)輪在后，轉(zhuǎn)向輪在前）2、反向行駛（驅(qū)動(dòng)輪在前，轉(zhuǎn)向輪在后）不同組別，又配備不同的行車規(guī)定：3）賽道不同：2.Freescale智能車賽的組別根據(jù)尋跡方式的不同，分為三個(gè)競(jìng)賽組別：

1、攝像頭尋跡方式2、線陣CCD尋跡方式3、電磁尋跡方式1）行進(jìn)方式的不同：

a、四輪運(yùn)行b、兩輪運(yùn)行2）行進(jìn)方向的不同：

1、正向行駛（驅(qū)動(dòng)輪在后，轉(zhuǎn)向輪在前）2、反向行駛（驅(qū)動(dòng)輪在前，轉(zhuǎn)向輪在后）不同組別，又配備不同的行車規(guī)定：3）賽道不同：攝像頭尋跡四輪智能車

電磁尋跡兩輪智能小車

線陣尋跡四輪智能車

線陣CCD組------B車型、四輪運(yùn)行、小車雙向行進(jìn)2004年Freescale智能車賽規(guī)定：1.車型與行車模式：攝像頭組------D或E車型、兩輪運(yùn)行、單向行進(jìn)電磁組------C車型、雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)、正向、四輪運(yùn)行2.賽道元素增改無賽道限制、但要求順序經(jīng)過標(biāo)識(shí)點(diǎn)、電磁引導(dǎo)線增加直角電磁組無賽道限制、但要求順序經(jīng)過標(biāo)識(shí)點(diǎn)、電磁引導(dǎo)線增加直角電磁組小車正向行進(jìn)、四輪運(yùn)行、雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)智能車的組成原理

Freescale智能小車組成：

車模

智能控制系統(tǒng)硬件電路

控制程序

1）車模FreescaleA型車模FreescaleA型車模FreescaleB型車模FreescaleC型車模FreescaleD型車模電機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)輸入電路顯示電路舵機(jī)控制路徑檢測(cè)速度檢測(cè)電源電路MCU直立狀態(tài)檢測(cè)2）小車智能控制系統(tǒng)硬件的組成3）智能小車程序的主要任務(wù)

①采集小車行進(jìn)狀態(tài)數(shù)據(jù)②分析狀態(tài)數(shù)據(jù)，③根據(jù)擬訂的控制策略(算法),計(jì)算出控制量④輸出控制量

智能車運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)尋跡狀態(tài)檢測(cè)、路況檢測(cè)、速度狀態(tài)檢測(cè)、直立平衡狀態(tài)檢測(cè)智能車狀態(tài)數(shù)據(jù)檢測(cè)分三塊：Freescale智能車賽以尋跡方式不同，分為三個(gè)組別：1)線陣檢測(cè)------紅外、激光、線陣CCD2)面陣檢測(cè)

------攝像頭3)電磁檢測(cè)------LC諧振回路

1.智能車尋跡檢測(cè)一次可采集一行可視信號(hào)。1)

線陣CCD路徑檢測(cè)1.高性能文件或圖片掃描；

2.色選機(jī)（糧食）；3.光學(xué)字符識(shí)別；4.工業(yè)檢測(cè)；5.光譜學(xué)；6.條碼掃描。應(yīng)用：A）TSL1401R-LF

芯片工作原理

TSL1401R-LF芯片專門用于檢測(cè)灰度的線陣CCD。寬度達(dá)128pixel。

TSL1401R-LF等效電路uAOTSL1401R-LF時(shí)序波形B）TSL1401R-LF模塊與MCU的連接2)攝像頭路徑檢測(cè)A）攝像頭分類②以感光材料分----CCD和COMS攝像頭③以輸出信號(hào)類型分----模擬和數(shù)字?jǐn)z像頭

①以感光色彩分----黑白和彩色攝像頭根據(jù)智能車尋跡的要求，一般選COMS黑白攝像頭。近年來選用模擬攝像頭的逐年減少，

選用模擬攝像頭的逐年增多。

CCD攝像頭的感光效率高、成像的信噪比高，感光的分辨率高。

CMOS攝像頭比較省電,一般工作電流在100mA左右，對(duì)工作電壓要求不高。

感光點(diǎn)陣B）黑白攝像頭基本工作原理行同步脈沖行消隱區(qū)圖像信號(hào)場(chǎng)同步脈沖復(fù)合消隱脈沖行同步脈沖場(chǎng)同步場(chǎng)消隱區(qū)復(fù)合視頻信號(hào)圖像信號(hào)圖像信號(hào)C）模擬攝像頭信號(hào)的采集①分離出行、場(chǎng)同步信號(hào)----采用視頻分離LM1881工作電路，分離出行同步脈沖、場(chǎng)同步脈沖。②視頻信號(hào)的采集---將行場(chǎng)同步脈沖輸入MCU;單片機(jī)根據(jù)行、場(chǎng)同步信號(hào)定時(shí)啟動(dòng)圖像信號(hào)接收、進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。③一場(chǎng)視頻信號(hào)的存放---單片機(jī)根據(jù)行場(chǎng)同步信號(hào)將接收到的數(shù)據(jù)放入一個(gè)二維數(shù)組D[x][y]。D）數(shù)字?jǐn)z像頭信號(hào)處理---數(shù)字?jǐn)z像頭直接將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量(將每一像素轉(zhuǎn)換成8位數(shù)字量),按一定的數(shù)據(jù)格式通過數(shù)據(jù)端口輸出。---同時(shí)輸出的還有行、場(chǎng)同步信號(hào)。---單片機(jī)根據(jù)行、場(chǎng)同步信號(hào)定時(shí)接收攝像頭傳送過來的數(shù)據(jù)，并將接收到的數(shù)據(jù)放入一個(gè)二維數(shù)組。等一場(chǎng)數(shù)據(jù)采集完就進(jìn)行分析處理。XS128OV7620HSVST0T1D7~D0PA電磁感應(yīng)原理3)電磁感應(yīng)路徑檢測(cè)信號(hào)采集電路電磁感應(yīng)陣列設(shè)計(jì)考慮LC的對(duì)數(shù)探測(cè)寬度探測(cè)高度

2.2智能車速度檢測(cè)A)轉(zhuǎn)速傳感器種類磁電感應(yīng)式、光電效應(yīng)式、霍爾效應(yīng)式、磁阻效應(yīng)式等。Freescale智能車較多采用光電編碼器測(cè)速。B）光電編碼器工作原理碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，紅外接收管會(huì)接收到斷續(xù)的紅外光。VCC+-uoMCU脈沖計(jì)數(shù)

輸

入

口光電管工作電路單片機(jī)將輸入的高低電平定期累加記錄----測(cè)轉(zhuǎn)速。C）編碼器成品直立車運(yùn)行狀態(tài)直立車使用D型車模。車模運(yùn)行時(shí)只允許動(dòng)力輪著地，車模直立行走。因此小車要進(jìn)行直立平衡控制。小車平衡控制結(jié)構(gòu)立平衡控

制平衡檢測(cè)MCU

2.3直立平衡檢測(cè)平衡檢測(cè)采用加速度計(jì)與陀螺儀。1）加速度計(jì)工作原理容式加速度計(jì)結(jié)構(gòu)加速度計(jì)不同擺放時(shí)的輸出量2）陀螺儀工作原理陀螺特性1、定軸性：當(dāng)陀螺轉(zhuǎn)子以極高速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，就產(chǎn)生了慣性，這慣性使得陀螺轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸保持在空間，指向一個(gè)固定的方向，同時(shí)反抗任何改變轉(zhuǎn)子軸向的力量，這種物理現(xiàn)象稱為陀螺儀的定軸性或慣性。2、逆動(dòng)性：在運(yùn)轉(zhuǎn)中的陀螺儀，如果外界施一作用或力矩在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸上，則旋轉(zhuǎn)軸并不沿施力方向運(yùn)動(dòng)，而是順著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)向前90度垂直施力方向運(yùn)動(dòng)，此現(xiàn)象即是逆動(dòng)性。速率陀螺儀。

用以直接測(cè)定運(yùn)載器角速率的二自由度陀螺裝置。把其外環(huán)固定在運(yùn)載器上并令內(nèi)環(huán)軸垂直于要測(cè)量角速率的軸。當(dāng)運(yùn)載器連同外環(huán)以角速度繞測(cè)量軸旋進(jìn)時(shí)，陀螺力矩將迫使內(nèi)環(huán)連同轉(zhuǎn)子一起相對(duì)運(yùn)載器旋進(jìn)。陀螺儀中有彈簧限制這個(gè)相對(duì)旋進(jìn)，而內(nèi)環(huán)的旋進(jìn)角正比于彈簧的變形量。由平衡時(shí)的內(nèi)環(huán)旋進(jìn)角即可求得陀螺力矩和運(yùn)載器的角速率。積分陀螺儀與速率陀螺儀的不同處只在于用線性阻尼器代替彈簧約束。當(dāng)運(yùn)載器作任意變速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，積分陀螺儀的輸出量是繞測(cè)量軸的轉(zhuǎn)角（即角速度的積分）。以上兩種陀螺儀在遠(yuǎn)距離測(cè)量系統(tǒng)或自動(dòng)控制、慣性導(dǎo)航平臺(tái)中使用較多。3）車模傾角測(cè)試原理斜放加速度計(jì)受力分析a

≥

gθ=kθ

Fz

=mg·sinθ≈mgθF

正比與ω

ωΑ=

k1θ

-

k2

ω3）直立平衡原理控制車輪加速度的控制算法：

Α=

k1θ

-

k2

ω

式中，θ為車模傾角；ω為角速度；k1、k2均為比例系數(shù)假期準(zhǔn)備工作1.查