飞思卡尔智能车光电组入门概要

飞思卡尔智能车光电组技术报告一、智能车光电组概述智能车光电组是指智能车中的关键性能元件——光电传感器集合体。

它能对车辆运动状态、线路、红绿灯等信息进行感知，实现智能驾驶的基础。

智能车光电组主要包括红外线传感器、光耦传感器、光电限位传感器等。

这些传感器通过感知周围环境中的光电信息，将其转化为电信号，再与控制电路进行通信，完成车辆的控制和判断。

二、红外线传感器红外线传感器是智能车光电组中最常用的传感器之一，其主要作用是对赛道上各种异物或者障碍进行探测，从而实现自主避障。

红外线传感器有两种，一种是红外线避障传感器，主要检测前方是否有障碍物。

另一种是寻迹传感器，主要检测车辆行进轨迹及车轮边界。

这两种传感器都通过发射一束红外线，然后检测红外线反射信号的强弱，来判断当前道路状态。

智能车中多数采用两种红外线传感器的组合，一个用于永久性突出物体的检测和避障功能，一个用于寻迹，检测当前赛道行驶的状态。

这种组合方案在实际使用中既能够减小了智能车的体积，同时也能够同时满足避障和寻迹两种功能的需求。

三、光耦传感器光耦传感器主要是测量霍尔电压，电容电压，电阻电压等物理量，全局范围内掌握智能车行驶的状态，构成智能车控制系统的重要部分。

通过对各种物理量的感应，对智能车进行动态实时控制。

如针对车速问题，可以采用霍尔电压测量方法，对车辆运动状态进行简单的判断。

智能车中采用光电传感器和电路配合的方法，还可以实现车辆行驶过程中的速度随时控制和加速度调整。

四、光电限位传感器光电限位传感器是一种可以控制智能车极限运动状态的传感器。

传感器通过实时控制智能车运动状态，避免车辆因超出极限而出现事故。

光电限位传感器一般分为三种，分别是机械限位传感器、磁性限位传感器和光电限位传感器。

传感器固定在车架上，在车辆行驶过程中限定车辆的行驶限度，从而确保车辆的安全性。

五、结论智能车光电传感器组是智能车控制系统中的重要组成部分。

它通过对周围环境的感知和探测来确保车辆的安全和自主导航。

飞思卡尔智能车摄像头组新⼿指南（5）--让车跑起来篇舵机、电机控制策略让车跑起来彭岸辉控制器设置了快速的控制周期，在每个运算周期内，控制器即时地得到智能车车速以及传感器采样来的道路信号，经过控制算法的计算后，控制单元输出相应的前轮控制转⾓以及电机占空⽐的值，其输出值再经过函数映射关系转换为 PWM 脉宽信号传⾄前轮舵机以及驱动电机，从⽽实现⼀个周期的控制。

由于摄像头的信号是具有周期性的，可以直接采⽤摄像头采集⼀幅图像的周期作为控制周期。

舵机控制采⽤ PD 控制，控制跟随性较好，P可以及时对赛道的变化作出反应，当然舵机的 P 项值也是跟随赛道情况变化的，直道和较⼩的弯道时控制较弱，90 度弯道或 270 度⼤弯道控制量较强，D有预测道路类型的作⽤，也就是能使舵机提前打⾓。

电机控制采⽤ PID 控制，可以减⼩动态误差并且跟随性能较好。

当然也可以使⽤其他控制，很多⼈舵机采⽤P控制，电机采⽤PD或PI控制。

对⽐他们的优缺点⾃⼰选择适合⾃⼰⼩车的PID。

这⾥不进⾏深⼊讲解。

前⾯的⼯作完成后懂得基本的图像处理算法就差不多可以使⼩车跑起来了！要使⼩车跑起来其实不难的，很多初学者最希望的就是看⾃⼰的车跑起来，因为当初我也是这样的，很理解师弟师妹们此刻的想法！最基本的图像处理算法就是：图像中间往两边搜索⿊线注意：初学者在初学时不知道偏差是怎样计算的。

这⾥就提⼀下：偏差就是计算出的中线即图中赛道中的⿊线与摄像头所看到的中线即图中赛道中的竖直红线（例如采集到的图像是100列的，那么摄像头看到的中线就是50）做差得到的值就是偏差。

它表⽰车当前位置与期望位置的偏离程度。

再看个图吧：⽤两⾏来说明，其他的⼀样。

第⼀⾏左边坐标（0,1）右边坐标（0,99），得出的中线就是（0,50），那么50所在的那⼀列就是摄像头所看到的中线（就是图中竖直的红线）。

这⾥再提⼀下，很多⼈提出中线后发现上位机上或LCD上没显⽰出中线，其实显⽰出中线很简单的：根据RGB，⼀个像素点的像素值为255时显⽰出来的是⽩⾊，像素值为0时显⽰出来的是⿊⾊。

飞思卡尔智能车光电资料概述飞思卡尔智能车（Smart car）系列是一款基于飞思卡尔公司的光电传感技术的自动驾驶小车。

光电传感技术是利用光电元件将感受到的光信号转化为电信号，并通过处理电信号得到有用的信息。

飞思卡尔智能车光电资料提供了有关自动驾驶小车的光电传感器的详细信息，包括工作原理、技术规格和应用案例等。

工作原理飞思卡尔智能车光电传感器是通过感受周围的光线来实现环境感知和障碍物检测的。

光电传感器通常由发射器和接收器两部分组成，发射器将红外线或其他光束发射出去，接收器则接收到从目标物体反射回来的光线。

通过测量发射光束和接收光束之间的差异，可以判断目标物体的位置、形状和距离等。

光电传感器可以分为两种类型：距离传感器和线路传感器。

距离传感器主要用于测量目标物体与车辆之间的距离，常用于自动驾驶小车的防碰撞系统。

线路传感器主要用于检测车辆行驶的路径，常用于自动驾驶小车的导航系统。

技术规格飞思卡尔智能车光电传感器具有以下技术规格：•工作电压：3.3V•工作电流：10mA•输出信号：数字信号•工作距离：10cm - 100cm•发射角度：60度•接收灵敏度：高于5000Lux应用案例飞思卡尔智能车光电传感器广泛应用于自动驾驶小车的各个方面，包括但不限于以下应用案例：防碰撞系统飞思卡尔智能车光电传感器可以配备在车辆的前部，用于检测前方是否有障碍物。

当传感器检测到前方有障碍物时，会向控制系统发出警告信号，控制系统则会采取相应措施，如减速或避让，以防止碰撞事故的发生。

导航系统飞思卡尔智能车光电传感器可以配备在车辆的底部，用于检测车辆行驶路径。

传感器将红外线发射到地面上的线路上，通过接收反射回来的光线来确定车辆的行驶方向和位置。

导航系统可以根据传感器的信号来控制车辆的行驶轨迹，以实现自动驾驶。

环境感知系统飞思卡尔智能车光电传感器可以配备在车辆的四周，用于感知周围的环境。

传感器可以检测到周围物体的位置、形状和距离等信息，以帮助车辆做出相应的决策，如避让行人或停车等。

目录目录 (1前言 (3一、基于飞思卡尔芯片的智能循迹车 (11、智能循迹车简介 (12、摄像头组方案 (1(1CMOS模拟摄像头 (2(2CMOS数字摄像头 (33、光电组方案 (4(1红外传感器 (4(2激光传感器 (64、电磁组方案 (10(1工型电感传感器 (10(2色环电感传感器 (10(3硬件设计 (105、道路识别策略 (11(1摄像头信号采集 (12(2红外传感器信号采集 (13(3电磁传感器信号采集 (136、电机驱动 (147、速度检测 (168、调试策略 (17(1速度调试(以摄像头组为例子 (17(2综合调试 (18二、入门级别智能车方案——基于STC89C52单片机智能小车 (191、简介 (192、方案 (19(1基于红外传感器循迹方案 (19(2基于激光传感器循迹方案 (203、利用中断调制PWM占空比驱动直流电机 (23 (1直流电机的实物图片 (23(2直流电机的介绍 (23(3直流电机的驱动 (234、利于中断调制PWM占空比驱动舵机摇头 (24 1、舵机的原理及其应用 (24(1舵机的实物图片: (24(2舵机的介绍 (25(3舵机的工作原理 (255、数码管显示 (251、数码管原理 (256、LED流水灯控制 (27LED灯参考电路图 (277、液晶显示 (28(11602液晶显示 (28a主要技术参数 (28b信号接脚 (29c基本操作时序 (29d电路图接法 (29(212864液晶显示 (30a主要技术参数 (30b信号接脚 (30c基本操作时序 (30d电路图接法 (318、ADC0804 (319、DAC0832 (3210、I2C总线 (3411、矩阵控制 (3512、蜂鸣器控制 (36前言智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。

人工智能在机电一体化及自动控制领域日益得到重视,现阶段在机电一体化及自动化专业教学方式上,部分院校较重视实践而轻理论,部分院校较重视理论而轻实践,但有一个共同点就是:通过一些相关技能竞赛能够有效地提高学生的综合能力,在比赛过程中充分锻炼了参赛者理论知识和实操能力;如:飞思卡尔智能汽车竞赛,电子设计竞赛,机械创新设计竞赛,瑞萨竞赛等。

第三章电路设计方案3.1直流电机驱动电路的设计直流电机的控制一般由单片机的PWM信号来完成，驱动芯片采用飞思卡尔半导体公司的半桥式驱动器MC33886。

PWM频率采用了10K HZ,使用半桥：因为赛车过程中不时用倒车，所以只使用其中的半桥；并且将两个半桥并联，扩大芯片的驱动能力。

如图3.1所示。

图3.1 采用MC33886的直流电机驱动电路3.2液晶模块现场调试时，液晶显示的数值主要有如下几个：1）光电码盘的反馈值2）光电传感器检测到的模拟量的值，通过小板上的8个AD转换，可以显示八路光电传感器检测的值。

方便了在现场的调试。

3.2.1 GDM12864E简介点阵图形型液晶显示模块GDM12864E内嵌ST7920型中文字型点阵LCD控制／驱动器，通过对控制／驱动器写指令，可以显示数字、字母、汉字以及自定义图形。

控制／驱动器ST7920的ROM中包括8192个16×16点的中文字型，以及128个16×8点半宽的数字、字母字型；RAM中包括1个128×64点的软件绘图区域（GDRAM）和4个16×16点的软件造字区域（CGRAM）。

GDM12864E模块共有20个引脚。

1－VSS，系统地；2－VDD，系统电源（＋5V）；3－VO，显示对比度调节；4－RS，数据／指令寄存器选择信号；5－RW，读／写模块数据选择信号；6－E，使能信号端，上升沿（前沿）锁存选择信号，下降沿（后沿）读／写数据或命令：7～14为8位数据输入／输出总线；17－液晶复位控制脚；18－VEE，液晶模块升压输出用于对比度调节；15和19－A，LED背光的电源正极：16和20－K，LED背光的电源地。

其中串口模式下4－CS为液晶使能脚，一般接高电平即可，5－SID为串行数据口，6－SCLK为串行时钟口。

3.2.2 GDM12864E与MC9S12DG128的接口本设计采用了串口的通讯方式。

飞思卡尔主控制板的SPI口与液晶通讯，只需CLK和MOSI两根线即能完成对液晶的控制，非常方便。

灌水]飞思卡尔智能车摄像头基础知识准备摄像头, 飞思卡尔, 基础知识飞思卡尔智能车摄像头基础知识准备今年的车体硬件计划基本大体方案都已经有了，唯独没有很好的摄像头，摄像头要求动态响应很高的，参考上海大学与武汉大学的FIFO方案打算采用技术已经非常成熟的安防摄像头，考虑使用sony的专业摄像头处理DSP，下面是找到的一些资料CCD：CCD就相当与人的眼睛，它的主要工作就是把光影像转成电子信号。

CCD上有感光点，每一点就像一颗太阳能电池，被光照到后会产生电能，依照光的照度不同，会产生不同的电能。

V-Driver：CCD里头每一点被光照到产生电能,那如何取出来?就是靠这颗V-DRIVER,它会产生不同的脉波,把CCD每点的讯号“打”出来。

我们通常说是CCD的驱动。

CDS/AGC：CCD出来的讯号,在这颗晶片内做处理后，送进DSP（数字信号处理器）。

DSP：DSP是DigitalSignalProcessor的缩写，也就是数字信号处理器，主要针对算法运算而产生的一种MCU，不只是在摄像机设计中用到DSP，现在好多行业都用到DSP，特别是在算法方面，DSP的应用是相当广的，是比较流行的MCU。

从DS/AGC出来的模拟信号传送到DSP进行处理，顺便说一下，DSP是数字信号处理器，怎么能处理模拟信号呢？因为DSP内部有一个A/DConverter（模数转换器）把模拟转换成数字后再进行运算，在摄像机中主要是进行颜色，亮度，白平衡等运算。

运算后又把信号转换成模拟信号输出，也就是视频输出了。

T.G：控制整个处理过程快慢用的，一般都包含在DSP里的，就不多说了。

以上部分再加上镜头，就是整个摄像机了。

了解了摄像机结构后，现在来讲讲摄像机的方案，方案主要是针对DSP来说的，把DSP和CCD搭配起来就是我们所说的方案了，目前摄像机市场上应用比较多，占主流地位的是SONY和SHARP生产的DSP。

SONY主要有以下几种方案：（1）SS-1；CXD2163BRSONY公司推出这颗DSP之前已推出了CXD2163，当初把CXD2163这个方案叫做SS-1，用CXD2163做出来的机子一直有问题，所以不久就推出CXD2163BR，用来代替CXD2163，方案人们也一直叫做SS-1。

飞思卡尔智能车摄像头组入门指南摄像头摄像头的组成主要分为三部分：镜头、含传感器的处理芯片、外围电路板。

镜头主要就是一个凸透镜，透镜焦距越小越广角，同时桶形失真越严重；焦距越大，视角越窄，透镜越接近理想的“薄透镜”则可忽略桶形失真。

处理芯片将传感器上的电压信号按照已定义的协议输出。

外围电路主要提供电源、稳压、时钟等功能。

摄像头按照信号类型可分为模拟摄像头、数字摄像头两种。

由于单片机普通IO口只能读取数字信号，故对于模拟摄像头要设计模数转换（ATD）。

数字摄像头数据可以直接进单片机。

用模拟摄像头的缺点是要自己设计模数转换电路，同步信号分离电路。

优点是可以自行加入硬件二值化电路，即对某一个像素点只用1、0来表示黑、白。

摄像头按照传感器，可分为CCD、CMOS。

CCD成像质量好，贵。

CMOS 成像质量略差，便宜。

摄像头的选取从尽快实现，缩短开发时间的方面考虑，应购买数字摄像头。

典型的型号是OV7620（该型号是指处理芯片的型号）。

OV7620是CMOS数字摄像头，采用PAL制式，默认隔行扫描，默认YUV颜色空间输出（详见后文）。

长远考虑，应选取CCD模拟摄像头。

一来可以避免高速状态下的运动模糊，二来可以自行设计硬件二值化电路，FIFO电路等，大大降低CPU 运算压力。

摄像头信号协议介绍每秒超过24帧的连续图片即可形成动态的视频。

考虑到我国采用50Hz交流电，为了实现方便，摄像头被设计为每秒25帧，每帧耗时两个周期。

还是为了实现方便，每一帧图片被分为两半，每半帧耗时一个周期。

半帧的划分方式为：奇数行和偶数行各组成半帧。

即通常的电视机，每20ms奇数行的信息刷新一次，接下来20ms偶数行刷新一次，再20ms奇数行刷新一次……。

欧美采用60Hz交流电，摄像头每16.6ms刷新一次，被称为PAL制式。

摄像头拍摄的一帧画面被称为“一场”（field），一场又分为“奇场”和“偶场”，各称“半场”，合称“全场”。

像这样分奇偶场分别刷新的扫描方式被称作“隔行扫描”（interlace），某些摄像头支持“逐行扫描”（progressive），其意自见。

飞思卡尔智能车入门指南概述智能车巡线是一个半实时随动系统。

系统不断传感前方赛道的信息，根据赛道偏转情况计算前轮转向角度，再配合后轮的动力，达到巡线的目的。

如下图：该系统主要涉及知识领域有：单片机、传感器、电机、舵机、电路等，附带着涉及到一些调试手段知识。

以下就从这几方面简要介绍。

速度控制给电机加一个恒定的电压，电机最终会以某个恒定速度转动。

适当增加电压，电机速度会加快，最终稳定在一个更快的速度。

故调节电机所加电压即可调节电机转速。

由于单片机是数字电路，只能控制电压为“有”或“无”，于是我们让电压在“有”和“无”之间反复跳动，那么电压的有效值在电池电压到0之间可连续变化。

实际加载在电机上的电压是一个方波，方波的高电平时间长度比方波周期为占空比，占空比越高电压的有效值越高。

100%占空比相当于电池直接接在电机上，0%占空比相当于断路，0~100%相当于降压。

单片机普通输出口只能提供小电流的信号电，无法给电机提供功率，故使用MOS管。

用单片机的信号控制MOS管的通断，起到开关的作用。

开关串联在电池与电机之间，即可给电机提供功率。

单片机方波信号的频率一般在K的数量级（1000Hz）。

假设现在给电机50%占空比的方波，信号频率为1K，电机以某个恒定速度转动。

适当改变信号周期会发现电机转速略有变化。

信号频率很小（例如几十赫兹）或者很大（例如几兆赫兹）时，电机转速会较慢，在某个适中的值时速度达到最大值。

此时电机能量转化效率最高。

此时固定信号频率不变，改变信号占空比，电机转速和占空比基本成正比。

若以恒定占空比驱动电机，在负载发生变化时，电机速度也会发生变化。

若希望电机负载变化而电机仍能匀速转动，应采用闭环控制。

给电机安装速度传感器（例如：光电编码器），每隔固定的时间检测光电编码器旋转的圈数（例如：每10ms检测一次光电编码器在过去的10ms内旋转了多少圈），该圈数即可换算成速度。

当发现实际转速比目标转速慢时，适当增加占空比，反之适当减小占空比，则可实现在负载变化时电机转速基本不变。