光電組技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)告(編輯修改稿)
2024-08-29 23:44 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 量，將采集的每個(gè)像素點(diǎn)的電壓減去暗電壓就可以了，該方法已經(jīng)驗(yàn)證可行，讀者也可以實(shí)踐。曝光時(shí)間自適應(yīng)策略如果競(jìng)賽環(huán)境各個(gè)方向的光線均勻一致，我們可以在賽車(chē)出發(fā)前根據(jù)環(huán)境光線調(diào)節(jié)一個(gè)合理的曝光時(shí)間，以得到合理的輸出，這樣賽車(chē)就能采用一個(gè)固定的曝光時(shí)間跑完全程。但是這是最理想的情況，實(shí)際比賽環(huán)境遠(yuǎn)沒(méi)有假設(shè)的這么理想，實(shí)際比賽場(chǎng)館會(huì)有窗戶，賽道頂上也可能有燈，因此賽車(chē)的前進(jìn)方向正對(duì)窗戶和背對(duì)窗戶不能采用同一曝光參數(shù)，電燈下和里燈較遠(yuǎn)處也不能采用相同曝光參數(shù)。換句話說(shuō)要想賽車(chē)完整跑完全程需要適時(shí)地、動(dòng)態(tài)的調(diào)整曝光參數(shù)。以下就藍(lán)宙電子研究的曝光時(shí)間自適應(yīng)策略跟大家做一個(gè)介紹，策略示意圖如下： 線性 CCD 模塊的曝光時(shí)間，反饋是線性CCD 感應(yīng)到的曝光量。調(diào)節(jié)的目標(biāo)是設(shè)定曝光量?？刂破鞯墓ぷ髟硎菍⒃O(shè)定的曝光量減去實(shí)際曝光量，差值即為曝光量的偏差e，曝光量調(diào)節(jié)器用Kp 乘以e 再加上上次的曝光時(shí)間作為新的曝光時(shí)間進(jìn)行曝光，曝光時(shí)間調(diào)整后直接影響實(shí)際反饋的曝光量。如此反復(fù)進(jìn)行調(diào)節(jié)就能達(dá)到適應(yīng)環(huán)境光的目的。需要大家注意的是實(shí)際曝光量并不是某一個(gè)像素的曝光量，因?yàn)閱蝹€(gè)像素是無(wú)法反應(yīng)環(huán)境光強(qiáng)度的，實(shí)際曝光量應(yīng)該是一段時(shí)間和一定像素點(diǎn)強(qiáng)度的函數(shù)。藍(lán)宙電子的做法是取一次采集到的128個(gè)像素電壓的平均值作為曝光量當(dāng)量，設(shè)定的曝光量也就是設(shè)定的128像素點(diǎn)平均電壓。采用該策略后線性CCD采集到電壓值在正常的智能車(chē)運(yùn)行環(huán)境中都能保持在合理范圍內(nèi)。 加速度計(jì)和陀螺儀 加速度計(jì)加速度傳感器可以測(cè)量由地球引力作用或者物體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的加速度。競(jìng)賽規(guī)則規(guī)定如果車(chē)模使用加速度傳感器必須使用飛思卡爾公司產(chǎn)生的加速度傳感器。該系列的傳感器采用了半導(dǎo)體表面微機(jī)械加工和集成電路技術(shù)，傳感器體積小，重量輕。由于加速度使得機(jī)械懸臂與兩個(gè)電極之間的距離發(fā)生變化，從而改變了兩個(gè)電容的參數(shù)。通過(guò)集成的開(kāi)關(guān)電容放大電路量測(cè)電容參數(shù)的變化，形成了與加速度成正比的電壓輸出。MMA7260是一款三軸低g半導(dǎo)體加速度計(jì)，可以同時(shí)輸出三個(gè)方向上的加速度模擬信號(hào)。通過(guò)設(shè)置可以使得MMA7260各軸信號(hào)最大輸出靈敏度為800mV/g ，這個(gè)信號(hào)無(wú)需要在進(jìn)行放大，直接可以送到單片機(jī)進(jìn)行 AD轉(zhuǎn)換。圖26 MMA7260 三軸加速度傳感器只需要測(cè)量其中一個(gè)方向上的加速度值，就可以計(jì)算出車(chē)模傾角，比如使用Z 軸方向上的加速度信號(hào)。車(chē)模直立時(shí)，固定加速度器在 Z 軸水平方向，此時(shí)輸出信號(hào)為零偏電壓信號(hào)。當(dāng)車(chē)模發(fā)生傾斜時(shí)，重力加速度 g 便會(huì)在Z 軸方向形成加速度分量，從而引起該軸輸出電壓變化。變化的規(guī)律為：式中，g為重力加速度，θ為車(chē)模傾角；為加速度傳感器靈敏度系數(shù)系數(shù)。當(dāng)傾角θ比較小的時(shí)候，輸出電壓的變化可以近似與傾角成正比。似乎只需要加速度就可以獲得車(chē)模的傾角，再對(duì)此信號(hào)進(jìn)行微分便可以獲得傾角速度。但在實(shí)際車(chē)模運(yùn)行過(guò)程中，由于車(chē)模本身的擺動(dòng)所產(chǎn)生的加速度會(huì)產(chǎn)生很大的干擾信號(hào)，它疊加在上述測(cè)量信號(hào)上使得輸出信號(hào)無(wú)法準(zhǔn)確反映車(chē)模的傾角，車(chē)模運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的加速度使得輸出電壓在實(shí)際傾角電壓附近波動(dòng)，為了減少運(yùn)動(dòng)引起的干擾，加速度傳感器安裝的高度越低越好。 陀螺儀陀螺儀可以用來(lái)測(cè)量物體的旋轉(zhuǎn)角速度。競(jìng)賽允許選用村田公司出品的ENC03 系列的加速度傳感器。它利用了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的物體會(huì)受到科里奧利力的原理，在器件中利用壓電陶瓷做成振動(dòng)單元。當(dāng)旋轉(zhuǎn)器件時(shí)會(huì)改變振動(dòng)頻率從而反映出物體旋轉(zhuǎn)的角速度。圖27 陀螺儀官方參考電路在車(chē)模上安裝陀螺儀，可以測(cè)量車(chē)模傾斜角速度，將角速度信號(hào)進(jìn)行積分便可以得到車(chē)模的傾角。由于陀螺儀輸出的是車(chē)模的角速度，不會(huì)受到車(chē)體運(yùn)動(dòng)的影響，因此該信號(hào)中噪聲很小。車(chē)模的角度又是通過(guò)對(duì)角速度積分而得，這可進(jìn)一步平滑信號(hào)，從而使得角度信號(hào)更加穩(wěn)定。因此車(chē)模控制所需要的角度和角速度可以使用陀螺儀所得到的信號(hào)。 速度傳感器為了使得智能車(chē)能夠平穩(wěn)地沿賽道導(dǎo)引線運(yùn)行，需要比較精確地控制車(chē)速，使智能車(chē)在急轉(zhuǎn)彎時(shí)不會(huì)由于速度過(guò)快而沖出跑道。根據(jù)自動(dòng)控制原理可以知道閉環(huán)的系統(tǒng)一般比較穩(wěn)定，通過(guò)一定的方法實(shí)時(shí)測(cè)量
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