學(xué)做智能車挑戰(zhàn)飛思卡爾之2硬(已修改)
2025-05-27 07:21 本頁(yè)面
【正文】 第 2章 智能汽車設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 硬件 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 第 2章 智能汽車設(shè)計(jì)基礎(chǔ) — 硬件 從外觀上看 ， 智能車系統(tǒng)主要表現(xiàn)為由一系列的硬件組成 ， 包括組成車體的底盤 、 輪胎 、 舵機(jī)裝置 、 馬達(dá)裝置 、 道路檢測(cè)裝置 、 測(cè)速裝置和控制電路板等 。 本章主要介紹智能車設(shè)計(jì)中使用到的傳感器 （ 包括光電式傳感器 、 圖像傳感器和測(cè)速傳感器等 ） 和控制電路板中的功能電路設(shè)計(jì) 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 傳感器系統(tǒng) 1 電路設(shè)計(jì) 2 思考題 3 第 2章 智能汽車設(shè)計(jì)基礎(chǔ) — 硬件 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 傳感器系統(tǒng) 在工程上，系統(tǒng)中各種物理量都必須轉(zhuǎn)換成一定規(guī)格的信號(hào)（電信號(hào)或氣壓信號(hào)）才能被檢測(cè)、采集和顯示。所謂傳感器，即是將被測(cè)量按照一定的物理或化學(xué)原理轉(zhuǎn)換成某種規(guī)定的輸出信號(hào)的裝置或器件。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 傳感器系統(tǒng) 通常，傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。敏感元件能夠隨著被測(cè)量的變化而引起某種易被測(cè)量的信號(hào)的變化，而轉(zhuǎn)換元件則將敏感元件感受或響應(yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)部分，具體的電量形式取決于敏感元件的原理。除此之外，由于轉(zhuǎn)換元件的輸出信號(hào)一般都很微弱，為方便傳輸、轉(zhuǎn)換、處理及顯示，通常有信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路、輔助電路等，將轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大或運(yùn)算調(diào)制。因此，傳感器的組成通常包括敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路和輔助電路，如圖 。隨著半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)的發(fā)展，傳感器的信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路與敏感元件、轉(zhuǎn)換元件等一起集成在同一芯片上，安裝在傳感器的殼體里 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 傳感器系統(tǒng) 圖 傳感器組成方框圖 圖 傳感器組成方框圖 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 傳感器系統(tǒng) 智能汽車設(shè)計(jì)中涉及到的傳感器主要有三種： 光電式傳感器 、 圖像傳感器 和 測(cè)速傳感器 。 1 光電式傳 感器 2 圖像傳感器 3 測(cè)速傳感器 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 光電式傳感器 光電式傳感器是利用光電器件把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。光電式傳感器工作時(shí)，先將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為光量的變化，然后通過光電器件再把光量的變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電量變化，從而實(shí)現(xiàn)非電量的測(cè)量。光電式傳感器的核心（敏感元件）是光電器件，光電器件的基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 光電式傳感器 光電式傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，可靠性較高，能實(shí)現(xiàn)參數(shù)的非接觸測(cè)量，因此廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化儀表中。光電式傳感器可用來(lái)測(cè)量光學(xué)量或測(cè)量已先行轉(zhuǎn)換為光學(xué)量的其他被測(cè)量，然后輸出一定形式的電信號(hào)。在測(cè)量光學(xué)量時(shí)，光電器件是作為敏感元件使用；而測(cè)量其他物理量時(shí)，它是作為轉(zhuǎn)換元件使用。光電式傳感器由光路及電路兩大部分組成，光路部分實(shí)現(xiàn)被測(cè)量信號(hào)對(duì)光量的控制和調(diào)制，電路部分完成從光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。圖 (a)所示為測(cè)量光量時(shí)的組成框圖，圖 (b)所示為測(cè)量其他物理量時(shí)的組成框圖。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 光電式傳感器 圖 光電式傳感器的基本組成 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 光電式傳感器 1． 光電管的結(jié)構(gòu)與工作原理 光電管有真空光電管和充氣光電管兩類 ， 兩者在結(jié)構(gòu)上比較相似 ， 均由一個(gè)陰極和一個(gè)陽(yáng)極構(gòu)成 ， 并且密封在一只真空玻璃管內(nèi) 。 陰極裝在玻璃管內(nèi)壁上 ， 其上涂有光電發(fā)射材料 。 陽(yáng)極通常用金屬絲彎曲成矩形或圓形 ，置于玻璃管的中央 。 當(dāng)光照在陰極上時(shí) ， 中央陽(yáng)極可收集從陰極上逸出的電子 ， 在外電場(chǎng)作用下形成電流 。 充氣光電管的靈敏度好 ， 但其穩(wěn)定性較差 、 惰性大 ， 容易受溫度影響 。 在智能車的光電式傳感器模塊設(shè)計(jì)中 ， 由于要求溫度影響小和靈敏度穩(wěn)定 ， 所以一般都采用真空式光電管 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 光電式傳感器 2． 主要性能 光電器件的性能主要由伏安特性 、 光照特性 、 光譜特性 、 響應(yīng)時(shí)間 、 峰值探測(cè)率和溫度特性來(lái)描述 。 其中 ，伏安特性 、 光照特性和光譜特性是選擇光電器件的主要指標(biāo) 。 （ 1）光電管的伏安特性 在一定的光照射下，對(duì)光電器件的陰極所加電壓與陽(yáng)極所產(chǎn)生電流之間的關(guān)系稱為光電管的伏安特性。它是應(yīng)用光電式傳感器參數(shù)的主要依據(jù) 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 光電式傳感器 （ 2）光電管的光照特性 當(dāng)光電管的陽(yáng)極和陰極之間所加電壓一定時(shí)，光通量與光電流之間的關(guān)系為光電管的光照特性。光照特性曲線的斜率（光電流與入射光光通量之比）稱為光電管的靈敏度。 （ 3）光電管的光譜特性 一般對(duì)于光電陰極材料不同的光電管，它們有不同的紅限頻率因此它們可用于不同的光譜范圍。除此之外，即使照射在陰極上的入射光的頻率高于紅限頻率，并且強(qiáng)度相同，隨著入射光頻率的不同，陰極發(fā)射的光電子的數(shù)量也不會(huì)相同，即同一光電管對(duì)于不同頻率的光的靈敏度不同，這就是光電管的光譜特性。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 圖像傳感器 圖像傳感器在智能車設(shè)計(jì)中非常常見 。 智能車路徑識(shí)別模塊中的攝像頭的重要組成部分就是圖像傳感器 。 圖像傳感器又稱為成像器件或攝像器件 ， 可實(shí)現(xiàn)可見光 、 紫外線 、X射線 、 近紅外光等的探測(cè) ， 是現(xiàn)代視覺信息獲取的一種基礎(chǔ)器件 。 因其能實(shí)現(xiàn)信息的獲取 、 轉(zhuǎn)換和視覺功能的擴(kuò)展（ 光譜拓寬 、 靈敏度范圍擴(kuò)大 ） ， 能給出直觀 、 真實(shí) 、 多層次 、 多內(nèi)容的可
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