光電組技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)告(編輯修改稿)
2025-08-17 19:07 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，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運(yùn)行環(huán)境中都能保持在合理范 圍內(nèi)。 第 八 屆全國(guó)大學(xué)生智能汽車邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告 6 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)算出車模傾角，比如使用 Z 軸方向上的加速度信號(hào)。車模直立時(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： ?sinkgU ?? 第二章 系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì) 7 式中， g 為重力加速度，θ為車模傾角；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，?kgU??。 似乎只需要加速度就可以獲得車模的傾角，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)際車模運(yùn)行過(guò)程中，由于車模本身的擺動(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)確反映車模的傾角，車模運(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 在車模上安裝陀螺儀，可以測(cè)量車模傾斜角速度，將角速度信號(hào)進(jìn)行積分便可以得到車模的傾角。由于陀螺儀輸出的是車模的角速度，不會(huì)受到車體運(yùn)動(dòng)的影響，因此該信號(hào)中噪聲很小。車模的角度又是通過(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?？刂扑枰慕嵌群徒撬俣瓤?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速，使第 八 屆全國(guó)大學(xué)生智能汽車邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告 8 智能車在急轉(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)量智能車的速度，從而形成閉環(huán)控制，使得智能車更加準(zhǔn)確的運(yùn)行。一般可以采用以下幾種測(cè)速方法： 方案一：霍爾傳感器測(cè)速。在后輪的軸附近安裝一個(gè)霍爾傳感器，相對(duì)應(yīng)的再在軸上安裝多個(gè)小型永磁鐵，根據(jù)霍爾傳感器特點(diǎn)，用一個(gè)上拉電阻將其接至 5V，隨著后輪的轉(zhuǎn)動(dòng)就會(huì)形成多個(gè)脈沖信號(hào)。根據(jù)單位時(shí)間內(nèi) 的脈沖數(shù)量據(jù)可以測(cè)得當(dāng)前車速。 方案二：反射式光電管測(cè)速。在后輪的軸上安裝一個(gè)黑白相間的光碼盤，然后通過(guò)一側(cè)安裝的反射式光電管讀取光碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖。 方案三：投射式光電管測(cè)速。采用具有齒槽結(jié)構(gòu)的圓盤固定的后軸上，采用直射式紅外光傳感器讀取齒槽圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖。 方案三：光電編碼器測(cè)速。光電編碼器可以分為增量式光電編碼器和絕對(duì)式光電編碼器。增量式光電編碼器可以輸出正比于轉(zhuǎn)速的脈沖，記錄單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)就可以間接測(cè)取實(shí)時(shí)速度。 鑒于光電編碼器安裝簡(jiǎn)單，輸出信號(hào)比較規(guī)整，所以我們采用方案三。 速度傳感器用于感知車 模
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