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1、1,小车循迹及 传感器及其软硬件设计,张仁彦 信息与电气工程学院 2014.7,2014年山东省机器人大赛暑假培训,2,什么是小车循迹,3,循迹小车的系统功能结构,主控制器 (单片机、ARM和DSP等),电源电路 （5V、3.3V、6V和12V等）,舵机驱动 (转角控制),电机驱动 (速度控制),测速电路 (速度反馈),A/D转换电路 (传感器信号采集),轨迹检测传感器,直流(或步进)电机,舵机,通信模块 (传递系统信息),电池(5V7.2V12V24V),循迹小车,PC机 (上位机),4,轨迹表示,可见 黑色线条 不可见（不讲） 交流电信号,5,循迹检测传感器,黑色线条 光电法 红外传感器、
2、激光传感器 图像处理法 摄像头,6,主要内容,光电法循迹 图像法循迹,7,1. 光电法循迹,1.1 基本工作原理 1.2 电路设计 1.2.1 红外传感器 1.2.2 激光传感器 1.3 传感器的布局 1.4 软件设计,8,1.1 工作原理,红外光或激光，照射到 黑色物体 反射光能量少 浅色物体 反射光能量大,根据反射光的强弱 检测黑线,9,1.2 电路设计,1.2.1 红外传感器 1.2.2 激光传感器,10,1.2.1 红外传感器,红外对管 一体 红外发射管和接收管 分离,Tcrt5000：蓝色是发射，黑色是接收，发射端短的接地，接收端长的接地,11,使用要点 反射的红外光能被对应的红外接
3、收管接收 相邻管之间互不干扰 防止其它光源干扰，如：不能强光照射 选用工作电流：电流与光强间的线性度和使用寿命 注意测试有效检测距离,12,硬件电路设计,读高低电平 A/D转换,13,http:/ 激光传感器,发射管 调制管 接收管 对焦透镜,15,发射管和发射电路,发射管 调制管 下拉电阻调整方波信号频率 180KHZ,淘宝红树伟业,一般接LD，PD脚可以不用,16,注意事项 硬件 极性不能接反；尽量避免人体接触和带静电物体接触激光管，避免静电烧坏；但避免焊接过热和较长时间过热 解决办法： 释放人体静电 烙铁先通电，在焊接的时候拔掉电源 用胶固定 软件 激光传感器相互之间的干扰 解决办法：
4、分时发光的策略，使用74LS138作为分时控制器,17,接收管和接收电路,接收管 160KHZ-200KHZ，180KHZ左右的频率下接收能力最强 常态低、常态高 对焦透镜 对焦聚光 增强接收能力,18,http:/ 传感器的布局,http:/ 软件设计,1.3.1 软件流程图 1.3.2 典型控制策略,26,1.3.1 软件流程图,27,1.3.2 典型控制策略,北京科技大学第三届飞思卡尔智能车竞赛 加权法,激光传感器一字排布图,28,激光传感器在普通赛道上,传感器位置分布,激光传器在起点处,激光传感器在十字交叉线处,29,光电传感器路径识别算法,传感器重心取值分配图,30,31,弯道策略
5、入弯减速、出弯加速 入弯急减速、弯内提速、出弯加速,32,2. 图像法循迹,2.1 图像法工作原理 2.2 电路设计 2.3 软件设计,33,2.1 图像法工作原理,摄像头采集图像 图像处理的方法识别轨迹,34,2.2 电路设计,2.2.1 摄像头工作原理 2.2.2 图像信号的基本概念 2.2.3 摄像头分类 2.2.4 模拟摄像头电路设计 2.2.5 图像采集,35,2.2.1 摄像头工作原理,基本概念 像素、帧、行、场、电子扫描、同步和消隐 PAL制式,36,基本概念,像素 平面图像，根据人眼对细节分辨力有限的视觉持性，总可以看成是由许许多多的小单元组成。 在图像处理系统中，这些组成画面
6、的细小单元称为像素。 像素越小，单位面积上的像素数目就越多，由其构成的图像就越清晰。,电视原理与系统.http:/ 电视系统中把构成一幅图像的各像素传送一遍称为进行了一个帧处理，或称为传送了一帧，每帧图像由许多像素组成，帧是构成活动图象最小单元。,视觉暂留时间（约50 200ms）,电视原理与系统.http:/ 将组成一帧图象的像素，按顺序转换成电信号的过程称为扫描。电视系统中，扫描多是由电子枪进行的，通常称其为电子扫描。 行扫描 从左至右扫描 帧(或场)扫描 自上而下扫描 隔行扫描 每帧扫描行数不变，将每帧图像分为两场（奇场和偶场）传送。,电视原理与系统.http:/ 同频：扫描速度相同；
7、同相：每行、每幅的扫描起始时刻相同 即同频又同相才能实现同步扫描 保证图象既无水平方向扭曲现象，也无垂直方向翻滚现象。 同步脉冲 每当扫描完一行时加入一个行同步脉冲 每当扫描完一场时加入一个场同步脉冲。 消隐 在图像换行和换场时，电子枪回扫时不扫描,电视原理与系统.http:/ 由 “图像信号“和确保扫描同步的“复合同步信号“以及消除扫描逆程回扫线的“复合消隐信号“等辅助信号而构成的。,41,PAL制式,每秒25帧50场 分辨率 标清：720*576 场消隐区、行消隐区、场同步、行同步,42,2.2.2 图像信号的基本概念,亮度 人眼对光的明暗程度的感觉 对比度 最大亮度与最小亮度的比值 灰度
8、 灰度即亮度级差或称亮度层次,43,2.2.3 摄像头分类,数字摄像头 输出数字信号，如OV6620 模拟摄像头 输出模拟信号， PAL制式（NTSC 制式） CMOS CCD,44,数字摄像头,OV6620,45,CCD与CMOS比较,CCD 成像质量高 动态响应比较好，比较重 电压12V CMOS 质量轻 对电源电压的要求低，功耗比较低 成像质量差，分辨率低，噪声大 电压5V,VCC、GND、AV三跟线,46,小电视显示的CCD摄像头采集图像,47,48,山东大学智能车竞赛讲稿,2010,49,直线行驶时，与安装 位置无关，没有影响,因舵机在前轮，转 向时安装在前影响大,安装在后，转 向时
9、影响小,图象中心 偏移量大,图象中心 偏移量小,山东大学智能车竞赛讲稿,2010,50,山东大学智能车竞赛讲稿,2010,51,2.2.4 模拟摄像头电路设计,电源电路 5V、12V 视频分离电路,52,53,54,2.2.5 图像采集,利用同步信号向处理器发出中断请求，在中断中采集图像。 像素同步信号提示出现一个新的像素数据 行同步信号提示一行开始 场同步信号提示一场开始 数字摄像头 像素同步 读一个像素的灰度，存入数组 行同步 数组换行 场同步 开始接收一幅新图像,55,模拟摄像头 A/D转换获得像素值 像素的灰度，存入数组 行同步 开始新一行图像，A/D转换连续转换获得像素值 场同步 开始接收一幅新图像,56,采集图像结果,57,图像二值化结果,58,2.3 软件设计,2.3.1 软件流程图 2.3.2 控制策略,59,2.3.1 软件流程图,60,2.3.2 控制策略,北京科技大学第三届飞思卡尔智能车竞赛 加权法,61,62,谢 谢！,
