《智能車大賽數(shù)據(jù)》PPT課件
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1、第 2章 智 能 汽 車 設(shè) 計 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 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 裝 置 、 馬 達 裝 置 、 道 路 檢 測 裝 置 、 測 速 裝 置 和控 制 電 路 板 等 。 本 章 主 要 介 紹 智 能 車 設(shè) 計 中 使 用到 的 傳 感 器 ( 包 括 光 電 式 傳 感 器 、 圖 像 傳 感 器 和測 速 傳 感 器 等 ) 和 控 制 電 路 板 中 的 功
2、能 電 路 設(shè) 計 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1 傳 感 器 系 統(tǒng)1 2.2 電 路 設(shè) 計2 思 考 題3第 2章 智 能 汽 車 設(shè) 計 基 礎(chǔ) 硬 件 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1 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 ( 電 信 號 或 氣 壓 信 號 ) 才 能 被 檢測 、 采 集 和 顯 示 。 所 謂 傳 感 器 , 即 是 將 被 測 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 的 裝 置 或 器 件 。 武漢科技大
3、學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1 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 量 的 變 化 而 引 起 某 種 易 被 測 量 的 信 號 的 變 化 ,而 轉(zhuǎn) 換 元 件 則 將 敏 感 元 件 感 受 或 響 應(yīng) 的 被 測 量 轉(zhuǎn) 換 成 適 于 傳輸 或 測 量 的 電 信 號 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 一 般 都 很 微 弱 ,為 方 便 傳 輸 、 轉(zhuǎn) 換 、 處 理 及 顯 示
4、 , 通 常 有 信 號 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 進 行 放 大 或 運 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 調(diào)理 轉(zhuǎn) 換 電 路 和 輔 助 電 路 , 如 圖 2.1所 示 。 隨 著 半 導(dǎo) 體 器 件 與集 成 技 術(shù) 的 發(fā) 展 , 傳 感 器 的 信 號 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
5、 2.1 傳 感 器 系 統(tǒng)圖 2.1 傳 感 器 組 成 方 框 圖 圖 2.1 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 2.1 傳 感 器 系 統(tǒng) 智 能 汽 車 設(shè) 計 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 速 傳 感 器 。1 2.1.1 光 電 式 傳 感 器 2 2.1.2 圖 像 傳 感 器 3 2.1.3 測 速 傳 感 器 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.1 光 電 式 傳 感 器 光 電 式 傳 感 器 是 利 用 光 電 器 件 把 光 信號 轉(zhuǎn) 換 成 電 信 號 的
6、 裝 置 。 光 電 式 傳 感 器 工作 時 , 先 將 被 測 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 現(xiàn) 非 電 量 的 測 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 2.1.1 光 電 式 傳 感 器光 電 式 傳 感 器 的 結(jié) 構(gòu) 簡 單 , 響 應(yīng) 速 度 快 , 可 靠性 較 高 , 能 實 現(xiàn) 參 數(shù) 的 非 接 觸 測 量 , 因 此
7、廣 泛 地 應(yīng)用 于 各 種 工 業(yè) 自 動 化 儀 表 中 。 光 電 式 傳 感 器 可 用 來測 量 光 學(xué) 量 或 測 量 已 先 行 轉(zhuǎn) 換 為 光 學(xué) 量 的 其 他 被 測量 , 然 后 輸 出 一 定 形 式 的 電 信 號 。 在 測 量 光 學(xué) 量 時 ,光 電 器 件 是 作 為 敏 感 元 件 使 用 ; 而 測 量 其 他 物 理 量時 , 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 現(xiàn) 被 測 量 信 號 對光 量 的 控 制 和 調(diào) 制 , 電 路 部 分 完 成 從 光
8、 信 號 到 電 信號 的 轉(zhuǎn) 換 。 圖 2.2(a)所 示 為 測 量 光 量 時 的 組 成 框 圖 ,圖 2.2(b)所 示 為 測 量 其 他 物 理 量 時 的 組 成 框 圖 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.1 光 電 式 傳 感 器 圖 2.2 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 2.1.1 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 陰 極 和 一 個 陽 極 構(gòu) 成
9、, 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 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 , 中 央 陽 極 可 收集 從 陰 極 上 逸 出 的 電 子 , 在 外 電 場 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 中 , 由于 要 求 溫
10、 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 2.1.1 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 間 、 峰 值 探 測 率 和 溫 度 特 性 來 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 光 電 器 件 的 陰 極 所 加 電
11、 壓 與 陽極 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 2.1.1 光 電 式 傳 感 器 ( 2) 光 電 管 的 光 照 特 性 當(dāng) 光 電 管 的 陽 極 和 陰 極 之 間 所 加 電 壓 一 定 時 , 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
12、光 譜 特 性 一 般 對 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 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 相 同 , 即 同 一 光 電 管 對 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 2.1.2 圖
13、 像 傳 感 器圖 像 傳 感 器 在 智 能 車 設(shè) 計 中 非 常 常 見 。 智 能 車 路 徑 識別 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 現(xiàn) 可 見 光 、 紫 外 線 、X射 線 、 近 紅 外 光 等 的 探 測 , 是 現(xiàn) 代 視 覺 信 息 獲 取 的 一 種 基礎(chǔ) 器 件 。 因 其 能 實 現(xiàn) 信 息 的 獲 取 、 轉(zhuǎn) 換 和 視 覺 功 能 的 擴 展( 光 譜 拓 寬 、 靈 敏 度 范 圍 擴 大 ) , 能 給 出 直 觀 、 真 實
14、、 多 層次 、 多 內(nèi) 容 的 可 視 圖 像 信 息 , 圖 像 傳 感 器 在 現(xiàn) 代 科 學(xué) 技 術(shù) 中得 到 越 來 越 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.2 圖 像 傳 感 器 1 CCD圖 像 傳 感 器 的 分 類 CCD圖 像 傳 感 器 從 結(jié) 構(gòu) 上 可 以 分 為 兩 類 : 一 類 是用 于 獲 取 線 圖 像 的 , 稱 為 線 陣 CCD; 另 一 類 是 用 于 獲取 面 圖 像 的 , 稱 為 面 陣 CCD。 ( 1) 線 陣 CCD圖 像 傳 感 器 對 于 線 陣 CCD, 它 可 以 直 接 接 收 一 維 光 信 息 ,
15、 而不 能 直 接 將 二 維 圖 像 轉(zhuǎn) 換 為 一 維 的 電 信 號 輸 出 , 為了 得 到 整 個 二 維 圖 像 的 輸 出 , 就 必 須 用 行 掃 描 的 方法 來 實 現(xiàn) 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.2 圖 像 傳 感 器 ( 2) 面 陣 CCD圖 像 傳 感 器 面 陣 CCD圖 像 傳 感 器 的 感 光 單 元 呈 二 維 矩 陣 排 列 ,能 檢 測 二 維 平 面 圖 像 。 由 于 傳 輸 與 讀 出 方 式 不 同 ,面 陣 圖 像 傳 感 器 有 許 多 類 型 , 常 見 的 傳 輸 方 式 有 行傳 輸 、 幀 傳 輸 和 行 間 傳
16、輸 三 種 。 2 CCD圖 像 傳 感 器 的 特 性 參 數(shù) CCD圖 像 器 件 的 性 能 參 數(shù) 包 括 靈 敏 度 、 分 辨 率 、信 噪 比 、 光 譜 響 應(yīng) 、 動 態(tài) 范 圍 和 暗 電 流 等 , CCD器 件性 能 的 優(yōu) 劣 可 由 上 述 參 數(shù) 來 衡 量 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.2 圖 像 傳 感 器 ( 1) 光 電 轉(zhuǎn) 換 特 性 CCD圖 像 傳 感 器 的 光 電 轉(zhuǎn) 換 特 性 如 圖 2.3所 示 。 圖 中 x軸 表 示 曝 光 量 , y軸 表 示 輸 出 信 號 幅 值 , QSAT表 示 飽 和 輸出 電 荷 , QDA
17、RK 表 示 暗 電 荷 輸 出 , ES表 示 飽 和 曝 光 量 。 圖 2.3 CCD光 電 轉(zhuǎn) 換 特 性 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.2 圖 像 傳 感 器 由 圖 2.3可 以 看 出 , 輸 出 電 荷 與 曝 光 量 之 間 有 一 個 線 性 工作 區(qū) 域 , 在 曝 光 量 不 飽 和 時 , 輸 出 電 荷 正 比 于 曝 光 量 ,當(dāng) 曝 光 量 達 到 飽 和 曝 光 量 后 , 輸 出 電 荷 達 到 飽 和 值 , 并不 隨 曝 光 量 的 增 加 而 增 加 。 曝 光 量 等 于 光 強 乘 以 積 分 時間 , 即 (2.1) 式 中 , 為 光
18、 強 ; 為 積 分 時 間 , 即 起 始 脈 沖 的 周 期 。 暗 電 荷輸 出 為 無 光 照 射 時 CCD的 輸 出 電 荷 。 一 只 良 好 的 CCD傳 感器 , 應(yīng) 具 有 低 的 暗 電 荷 輸 出 。 intE HT 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.2 圖 像 傳 感 器 ( 2) 靈 敏 度 和 靈 敏 度 不 均 勻 性 CCD圖 像 傳 感 器 的 靈 敏 度 或 稱 為 量 子 效 率 , 標(biāo) 志 著 器件 光 敏 區(qū) 的 光 電 轉(zhuǎn) 換 效 率 , 用 在 一 定 光 譜 范 圍 內(nèi) 單 位 曝光 量 下 器 件 輸 出 的 電 流 或 電 壓 表 示
19、 。 實 際 上 , 圖 2.3中CCD光 電 轉(zhuǎn) 換 特 性 曲 線 的 斜 率 就 是 器 件 的 靈 敏 度 , 即 (2.2) 理 想 情 況 下 , CCD器 件 受 均 勻 光 照 時 , 輸 出 信 號 幅 度完 全 一 樣 。 實 際 上 , 由 于 半 導(dǎo) 體 材 料 不 均 勻 和 工 藝 條 件因 素 影 響 , 在 均 勻 光 照 下 , CCD器 件 的 輸 出 幅 度 出 現(xiàn) 不 均勻 現(xiàn) 象 。 SAT s/S Q E 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.2 圖 像 傳 感 器 ( 3) 分 辨 率 分 辨 率 是 用 來 表 示 分 辨 圖 像 中 明 細(xì)
20、細(xì) 節(jié) 的 能 力 的 。 它通 常 有 兩 種 不 同 的 表 示 方 式 : 極 限 分 辨 率 。 一 黑 一 白 兩 個 線 條 稱 為 一 個 “ 線 對 ” ,透 過 對 應(yīng) 光 的 亮 度 為 一 明 一 暗 。 而 極 限 分 辨 率 是 指 人 眼能 夠 分 辨 的 最 細(xì) 線 條 數(shù) , 通 常 用 每 毫 米 線 對 數(shù) ( 1 P/mm)來 表 示 。 調(diào) 制 傳 遞 函 數(shù) 。 每 毫 米 長 度 上 所 包 含 的 線 對 數(shù) 稱 為 空間 頻 率 , 其 單 位 是 1 P/mm。 設(shè) 調(diào) 幅 波 信 號 的 最 大 值 為 最 小 值 為 , 平 均 值 為 ,
21、 振 幅 為 , 如 圖 2.4所 示 ,定 義 調(diào) 制 度 M 為 maxAminA 0A mA 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.2 圖 像 傳 感 器max minmax minA AM A A (2.4) 圖 2.4 調(diào) 制 度 的 定 義 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.2 圖 像 傳 感 器 調(diào) 幅 波 信 號 通 過 器 件 傳 遞 輸 出 后 , 通 常 調(diào) 制 度 受 到 的損 失 減 小 。 一 般 來 說 , 調(diào) 制 度 隨 空 間 頻 率 增 加 而 減 小 。為 了 客 觀 地 表 示 CCD傳 感 器 的 分 辨 率 , 一 般 采 用 調(diào) 制 傳 遞
22、函 數(shù) ( Modulation Transfer Function, MTF) 來 表 示 。MTF的 定 義 為 : 在 各 個 空 間 頻 率 下 , CCD器 件 的 輸 出 信 號的 調(diào) 制 度 與 輸 入 信 號 的 調(diào) 制 度 的 比 值 , 即 (2.5) 式 中 , 為 空 間 頻 率 。 outin ( )MTF( ) ( )M vv M vv 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.2 圖 像 傳 感 器 MTF能 夠 客 觀 地 反 映 CCD器 件 對 于 不 同 頻 率 的 目 標(biāo) 成 像的 清 晰 程 度 。 隨 著 空 間 頻 率 的 增 加 , MTF值 減
23、小 。 當(dāng) MTF減 小 到 某 一 值 時 , 圖 像 就 不 能 夠 清 晰 分 辨 , 該 值 對 應(yīng) 的空 間 頻 率 為 圖 像 傳 感 器 能 分 辨 的 最 高 空 間 頻 率 。 ( 4) CCD的 噪 聲 CCD的 噪 聲 源 可 歸 納 為 三 類 : 散 粒 噪 聲 、 暗 電 流 噪 聲和 轉(zhuǎn) 移 噪 聲 。 散 粒 噪 聲 光 注 入 光 敏 區(qū) 產(chǎn) 生 信 號 電 荷 的 過 程 可 以 看 成 是 獨 立 、均 勻 連 續(xù) 發(fā) 生 的 隨 機 過 程 。 單 位 時 間 內(nèi) 光 產(chǎn) 生 的 信 號 電荷 數(shù) 并 非 絕 對 不 變 , 而 是 在 一 個 平 均
24、值 上 作 微 小 波 動 ,這 一 微 小 波 動 的 起 伏 便 形 成 散 粒 噪 聲 , 又 稱 為 白 噪 聲 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.2 圖 像 傳 感 器 暗 電 流 噪 聲 暗 電 流 噪 聲 可 以 分 為 兩 部 分 : 其 一 是 耗 盡 層 熱 激 發(fā) 產(chǎn) 生的 , 可 用 泊 松 分 布 描 述 ; 其 二 是 復(fù) 合 產(chǎn) 生 中 心 非 均 勻 分 布 ,特 別 是 在 某 些 單 元 位 置 上 形 成 暗 電 流 尖 峰 。 由 于 器 件 工 作時 各 個 信 號 電 荷 包 的 積 分 地 點 不 同 , 讀 出 路 徑 也 不 同 ,
25、這些 尖 峰 對 各 個 電 荷 包 貢 獻 的 電 荷 量 不 等 , 于 是 形 成 很 大 的背 景 起 伏 , 這 就 是 常 稱 的 固 定 圖 像 噪 聲 的 起 因 。 轉(zhuǎn) 移 噪 聲 轉(zhuǎn) 移 噪 聲 產(chǎn) 生 的 主 要 原 因 有 : 轉(zhuǎn) 移 損 失 引 起 的 噪 聲 、 界面 態(tài) 俘 獲 引 起 的 噪 聲 和 體 態(tài) 俘 獲 引 起 的 噪 聲 。 輸 出 結(jié) 構(gòu) 采用 浮 置 柵 放 大 器 , 噪 聲 最 小 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.2 圖 像 傳 感 器 3 攝 像 頭 的 工 作 原 理 攝 像 頭 以 隔 行 掃 描 的 方 式 采 樣 圖
26、像 , 當(dāng) 掃 描 到 某 點 時 ,就 通 過 圖 像 傳 感 芯 片 將 該 點 處 圖 像 的 灰 度 轉(zhuǎn) 換 成 與 灰 度對 應(yīng) 的 電 壓 值 , 然 后 將 此 電 壓 值 通 過 視 頻 信 號 端 輸 出 。具 體 而 言 ( 參 見 圖 2.5) , 攝 像 頭 連 續(xù) 地 掃 描 圖 像 上 的 一行 , 就 輸 出 一 段 連 續(xù) 的 視 頻 信 號 , 該 電 壓 信 號 的 高 低 起伏 正 反 映 了 該 行 圖 像 的 灰 度 變 化 情 況 。 當(dāng) 掃 描 完 一 行 ,視 頻 信 號 端 就 輸 出 一 個 低 于 最 低 視 頻 信 號 電 壓 的 電 平
27、( 如 0.3 V) , 并 保 持 一 段 時 間 。 這 樣 相 當(dāng) 于 緊 接 著 每 行圖 像 對 應(yīng) 的 電 壓 信 號 之 后 會 有 一 個 電 壓 “ 凹 槽 ” , 此“ 凹 槽 ” 叫 做 行 同 步 脈 沖 , 它 是 掃 描 換 行 的 標(biāo) 志 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.2 圖 像 傳 感 器 然 后 掃 描 新 的 一 行 , 如 此 下 去 , 直 到 掃 描 完 該 場 的 信 號 ,接 著 會 出 現(xiàn) 一 段 場 消 隱 信 號 。 其 中 有 若 干 個 復(fù) 合 消 隱 脈沖 ( 簡 稱 消 隱 脈 沖 ) , 在 這 些 消 隱 脈 沖 中
28、 , 有 一 個 消 隱脈 沖 遠(yuǎn) 寬 于 其 他 的 消 隱 脈 沖 ( 即 該 消 隱 脈 沖 的 持 續(xù) 時 間遠(yuǎn) 長 于 其 他 的 消 隱 脈 沖 的 持 續(xù) 時 間 ) , 該 消 隱 脈 沖 又 稱為 場 同 步 脈 沖 , 標(biāo) 志 著 新 的 一 場 的 到 來 。 攝 像 頭 每 秒 掃描 25幀 圖 像 , 每 幀 又 分 奇 、 偶 兩 場 , 故 每 秒 掃 描 50場 圖像 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.2 圖 像 傳 感 器圖 2.5 攝 像 頭 視 頻 信 號 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.2 圖 像 傳 感 器通 常 , 攝 像 頭 產(chǎn)
29、品 說 明 上 會 給 出 有 效 像 素 和 分辨 率 , 但 通 常 不 會 具 體 介 紹 視 頻 信 號 行 的 持 續(xù) 時 間 、行 消 隱 脈 沖 的 持 續(xù) 時 間 等 參 數(shù) , 而 這 些 參 數(shù) 又 關(guān) 系到 圖 像 采 樣 的 時 序 控 制 。 因 此 需 要 設(shè) 計 軟 、 硬 件 方法 對 這 些 參 數(shù) 進 行 實 際 測 量 。 表 2.1給 出 了 常 見 的1/3 OmniVision CMOS攝 像 頭 的 時 序 參 數(shù) , 以 供 參考 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.2 圖 像 傳 感 器 表 2.1 常 見 的 1/3 OmniVisi
30、on CMOS攝 像 頭 的 時 序 參 數(shù) 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.3 測 速 傳 感 器 在 智 能 汽 車 設(shè) 計 中 , 測 速 傳 感 器 的 設(shè) 計 主 要 有 兩 種 方案 : 霍 爾 傳 感 器 和 光 電 式 脈 沖 編 碼 器 。 1 霍 爾 傳 感 器 霍 爾 傳 感 器 是 基 于 霍 爾 效 應(yīng) 原 理 , 將 電 流 、 磁 場 、 位移 、 壓 力 、 壓 差 轉(zhuǎn) 速 等 被 測 量 轉(zhuǎn) 換 成 電 動 勢 輸 出 的 一 種傳 感 器 。 雖 然 轉(zhuǎn) 換 率 低 、 溫 度 影 響 大 、 要 求 轉(zhuǎn) 換 精 度 較高 時 必 須 進 行 溫 度
31、 補 償 , 但 霍 爾 傳 感 器 具 有 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、體 積 小 、 堅 固 、 頻 率 響 應(yīng) 寬 ( 從 直 流 到 微 波 ) 、 動 態(tài) 范圍 ( 輸 出 電 動 勢 的 變 化 ) 大 、 無 觸 點 、 壽 命 長 、 可 靠 性高 , 以 及 易 于 微 型 化 和 集 成 電 路 化 等 優(yōu) 點 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.3 測 速 傳 感 器 ( 1) 霍 爾 效 應(yīng) 原 理 金 屬 或 半 導(dǎo) 體 薄 片 置 于 磁 場 中 , 當(dāng) 有 電 流 流 過 時 , 在垂 直 于 電 流 和 磁 場 的 方 向 上 將 產(chǎn) 生 電 動 勢 , 這 種
32、物 理 現(xiàn)象 稱 為 霍 爾 效 應(yīng) 。 如 圖 2.6所 示 , 假 設(shè) 薄 片 為 型 半 導(dǎo) 體 ,磁 場 方 向 垂 直 于 薄 片 , 磁 感 應(yīng) 強 度 為 。 在 薄 片 左 右 兩 端通 以 電 流 ( 稱 為 控 制 電 流 ) , 那 么 半 導(dǎo) 體 中 的 截 流 子( 電 子 ) 將 沿 著 與 電 流 的 相 反 方 向 運 動 。 由 于 外 磁 場 的作 用 , 使 電 子 受 到 磁 場 力 ( 洛 侖 茲 力 ) 作 用 而 發(fā) 生 偏 轉(zhuǎn) ,結(jié) 果 在 半 導(dǎo) 體 的 后 端 面 上 電 子 有 所 積 累 而 帶 負(fù) 電 , 前 端面 則 因 缺 少 電
33、子 而 帶 正 電 , 在 前 后 兩 個 端 面 之 間 形 成 電場 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.3 測 速 傳 感 器 圖 2.6 霍 爾 效 應(yīng) 原 理 圖 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.3 測 速 傳 感 器 這 時 , 在 半 導(dǎo) 體 前 后 兩 個 端 面 之 間 ( 即 垂 直 于 電 流 和磁 場 的 方 向 ) 建 立 的 電 場 稱 為 霍 爾 電 場 , 相 應(yīng) 的 電 勢 就稱 為 霍 爾 電 勢 。 利 用 霍 爾 效 應(yīng) 制 成 的 傳 感 元 件 稱 為 霍爾 傳 感 器 , 的 大 小 正 比 于 控 制 電 流 和 磁 感 應(yīng) 強
34、度 , 即 (2.6) 式 中 , 為 霍 爾 系 數(shù) , , 其 中 為 載 流 體 的 電 阻率 ; 為 載 流 子 的 遷 移 率 ; 為 靈 敏 度 , 。 若 磁 場 方 向 與 元 件 平 面 成 角 度 時 , 則 作 用 在 元 件 上 的 有效 磁 場 是 其 法 線 方 向 的 分 量 , 即 , 則 有 (2.7)HU HH HR IBU K IBd HU HR HR HK H H /K R d cosB H H cosU K lB 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.3 測 速 傳 感 器 由 式 (2.6)和 式 (2.7)可 以 看 出 , 霍 爾 電 勢 的
35、大 小正 比 于 控 制 電 流 和 磁 感 應(yīng) 強 度 , 靈 敏 度 表 示 在 單位 磁 感 應(yīng) 強 度 和 單 位 控 制 電 流 時 輸 出 霍 爾 電 勢 的 大 小 ,一 般 要 求 越 大 越 好 , 元 件 的 厚 度 d越 薄 , 就 越 大 , 所以 霍 爾 元 件 的 厚 度 都 很 薄 。 當(dāng) 載 流 電 流 材 料 和 幾 何 尺 寸確 定 后 , 霍 爾 電 勢 的 大 小 只 和 控 制 電 流 I和 磁 感 應(yīng) 強 度 B有 關(guān) , 因 此 霍 爾 式 傳 感 器 可 用 來 探 測 磁 場 和 電 流 , 由 此可 測 量 壓 力 、 振 動 等 。 HUI
36、 B HKHK 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.3 測 速 傳 感 器 ( 2) 霍 爾 元 件 的 基 本 結(jié) 構(gòu) 霍 爾 元 件 的 結(jié) 構(gòu) 很 簡 單 , 由 霍 爾 片 、 四 根 引 線 和 殼 體組 成 。 霍 爾 片 是 一 塊 矩 形 半 導(dǎo) 體 單 晶 薄 片 , 從 中 引 出 四根 引 線 , 其 中 兩 根 引 線 上 施 加 激 勵 電 壓 或 電 流 , 稱 為 激勵 電 極 ( 控 制 電 極 ) , 另 外 兩 根 引 線 稱 為 霍 爾 輸 出 引 線 ,又 稱 為 霍 爾 電 極 。 霍 爾 元 件 的 殼 體 是 用 非 導(dǎo) 磁 金 屬 、 陶瓷
37、或 環(huán) 氧 樹 脂 封 裝 的 。 ( 3) 霍 爾 式 轉(zhuǎn) 速 傳 感 器 的 結(jié) 構(gòu) 圖 2.7是 三 種 不 同 結(jié) 構(gòu) 的 霍 爾 式 轉(zhuǎn) 速 傳 感 器 。 轉(zhuǎn) 盤 的輸 入 軸 與 被 測 轉(zhuǎn) 軸 相 連 , 當(dāng) 被 測 轉(zhuǎn) 軸 轉(zhuǎn) 動 時 , 轉(zhuǎn) 盤 隨 之轉(zhuǎn) 動 , 固 定 在 轉(zhuǎn) 盤 附 近 的 霍 爾 傳 感 器 便 可 在 每 一 個 小 磁鐵 通 過 時 產(chǎn) 生 一 個 相 應(yīng) 的 脈 沖 , 檢 測 出 單 位 時 間 的 脈 沖數(shù) , 便 可 知 被 測 轉(zhuǎn) 速 。 根 據(jù) 磁 性 轉(zhuǎn) 盤 上 小 磁 鐵 數(shù) 目 多 少 ,就 可 以 確 定 傳 感 器 測 量 轉(zhuǎn)
38、 速 的 分 辨 率 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.3 測 速 傳 感 器圖 2.7 三 種 不 同 結(jié) 構(gòu) 的 霍 爾 式 轉(zhuǎn) 速 傳 感 器 圖 2.7 三 種 不 同 結(jié) 構(gòu) 的 霍 爾 式 轉(zhuǎn) 速 傳 感 器 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.3 測 速 傳 感 器 2 光 電 式 脈 沖 編 碼 器 光 電 式 脈 沖 編 碼 器 可 將 機 械 位 移 、 轉(zhuǎn) 角 或 速 度 變 化 轉(zhuǎn)換 成 電 脈 沖 輸 出 , 是 精 密 數(shù) 控 采 用 的 檢 測 傳 感 器 。 光 電編 碼 器 的 最 大 特 點 是 非 接 觸 式 , 此 外 還 具 有 精 度
39、高 、 響應(yīng) 快 、 可 靠 性 高 等 特 點 。 光 電 編 碼 器 采 用 光 電 方 法 , 將 轉(zhuǎn) 角 和 位 移 轉(zhuǎn) 換 為 各 種代 碼 形 式 的 數(shù) 字 脈 沖 , 如 圖 2.8所 示 光 電 式 脈 沖 編 碼 器 ,在 發(fā) 光 元 件 和 光 電 接 收 元 件 中 間 , 有 一 個 直 接 裝 在 旋 轉(zhuǎn)軸 上 的 具 有 相 當(dāng) 數(shù) 量 的 透 光 扇 形 區(qū) 的 編 碼 盤 , 在 光 源 經(jīng)光 學(xué) 系 統(tǒng) 形 成 一 束 平 行 光 投 在 透 光 和 不 透 光 區(qū) 的 碼 盤 上時 , 轉(zhuǎn) 動 碼 盤 , 在 碼 盤 的 另 一 側(cè) 就 形 成 光 脈 沖
40、 , 脈 沖 光照 射 在 光 電 元 件 上 就 產(chǎn) 生 與 之 對 應(yīng) 的 電 脈 沖 信 號 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.3 測 速 傳 感 器 圖 2.8 光 電 式 脈 沖 編 碼 器 結(jié) 構(gòu) 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.3 測 速 傳 感 器光 電 編 碼 器 的 精 度 和 分 辨 率 取 決 于 光 電 碼 盤 的精 度 和 分 辨 率 , 取 決 于 刻 線 數(shù) 。 目 前 , 已 能 生 產(chǎn) 徑向 線 寬 為 6.7 10-8 rad的 碼 盤 , 其 精 度 達 1 10-8,比 接 觸 式 的 碼 盤 編 碼 器 的 精 度 要 高 很 多
41、個 數(shù) 量 級 。如 進 一 步 采 用 光 學(xué) 分 解 技 術(shù) , 可 獲 得 更 多 位 的 光 電編 碼 器 。光 電 編 碼 器 按 其 結(jié) 構(gòu) 的 轉(zhuǎn) 動 方 式 可 分 為 直 線 型的 線 性 編 碼 器 和 轉(zhuǎn) 角 型 的 軸 角 編 碼 器 兩 種 類 型 , 按脈 沖 信 號 的 性 質(zhì) 可 分 為 有 增 量 式 和 絕 對 式 兩 種 類 型 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.3 測 速 傳 感 器增 量 式 編 碼 器 碼 盤 圖 案 和 光 脈 沖 信 號 均 勻 , 可將 任 意 位 置 為 基 準(zhǔn) 點 , 從 該 點 開 始 按 一 定 量 化 單 位
42、檢 測 。 該 方 案 無 確 定 的 對 應(yīng) 測 量 點 , 一 旦 停 電 則 失掉 當(dāng) 前 位 置 , 且 速 度 不 可 超 越 計 數(shù) 器 極 限 相 應(yīng) 速 度 ,此 外 由 于 噪 聲 影 響 可 能 造 成 計 數(shù) 積 累 誤 差 。 該 方 案的 優(yōu) 點 是 其 零 點 可 任 意 預(yù) 置 , 且 測 量 速 度 僅 受 計 數(shù)器 容 量 限 制 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.3 測 速 傳 感 器絕 對 式 編 碼 器 的 碼 盤 圖 案 不 均 勻 , 編 碼 器 的 碼盤 與 碼 道 位 數(shù) 相 等 , 在 相 應(yīng) 位 置 可 輸 出 對 應(yīng) 的 數(shù) 字碼
43、 。 其 優(yōu) 點 是 坐 標(biāo) 固 定 , 與 測 量 以 前 狀 態(tài) 無 關(guān) , 抗干 擾 能 力 強 , 無 累 積 誤 差 , 具 有 斷 電 位 置 保 持 , 不讀 數(shù) 時 移 動 速 度 可 超 越 極 限 相 應(yīng) 速 度 , 不 需 方 向 判別 和 可 逆 計 數(shù) , 信 號 并 行 傳 送 等 ; 其 缺 點 是 結(jié) 構(gòu) 復(fù)雜 、 價 格 高 。 要 想 提 高 光 電 編 碼 器 的 分 辨 率 , 需 要提 高 碼 道 數(shù) 目 或 者 使 用 減 速 齒 輪 機 構(gòu) 組 成 雙 碼 盤 機構(gòu) , 將 任 意 位 置 取 作 零 位 時 需 進 行 一 定 的 運 算 。 武
44、漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.2 電 路 設(shè) 計 1 2.2.1 電 源 系 統(tǒng) 2 2.2.2 電 機 驅(qū) 動 電 路 3 2.2.3 傳 感 器 接 口 電 路 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.2.1 電 源 系 統(tǒng) 在 智 能 車 設(shè) 計 中 , 電 源 關(guān) 系 到 整 個 電 路 設(shè) 計 的 穩(wěn) 定性 和 可 靠 性 , 是 電 路 設(shè) 計 中 非 常 關(guān) 鍵 的 一 個 環(huán) 節(jié) 。 本 節(jié)將 介 紹 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 的 基 本 原 理 和 三 端 固 定 式 正 壓 集 成穩(wěn) 壓 器 的 典 型 電 路 設(shè) 計 。 1 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 的 基 本 原 理 直
45、流 穩(wěn) 壓 電 源 電 路 一 般 由 電 源 變 壓 器 、 整 流 濾 波 器 電路 及 穩(wěn) 壓 電 路 組 成 , 如 圖 2.9所 示 。 圖 2.9 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 電 路 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.2.1 電 源 系 統(tǒng) 電 源 變 壓 器 的 作 用 是 將 220 V的 交 流 電 壓 變 成 整 流 電路 所 需 要 低 壓 的 交 流 電 壓 。 整 流 電 路 的 作 用 是 將 交 流 電壓 變 換 成 脈 動 的 直 流 電 壓 , 它 主 要 有 半 波 整 流 和 全 波 整流 等 方 式 , 通 常 由 整 流 二 極 管 構(gòu) 成 的 整 流
46、橋 堆 來 執(zhí) 行 。常 見 的 整 流 二 極 管 有 1N4007和 1N5148等 , 橋 堆 有 RS210等 。濾 波 電 路 的 作 用 是 將 脈 動 直 流 中 的 紋 波 濾 除 獲 得 紋 波 小的 直 流 , 常 見 的 有 濾 波 、 濾 波 、 型 濾 波 等 電 路 , 常 選用 的 是 濾 波 電 路 。 其 中 各 參 量 的 關(guān) 系 為 (2.8) 式 中 , 為 變 壓 器 的 變 比 。 i 1U nU2 (1.1U 11.2)U 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.2.1 電 源 系 統(tǒng) 每 只 二 極 管 或 橋 堆 所 承 受 的 最 大 反 向 電
47、 壓 為 (2.9) 對 于 橋 式 整 流 電 路 , 每 只 二 極 管 的 平 均 電 流 為 (2.10) 濾 波 電 路 中 , 的 選 擇 應(yīng) 適 應(yīng) 下 式 , 即 放 電 時 間 常 數(shù) 應(yīng) 滿 足 (2.11) 式 中 , 為 輸 入 交 流 信 號 的 周 期 ; 為 整 流 濾 波 電 路 的 等 效 負(fù)載 電 阻 。 穩(wěn) 壓 電 路 的 作 用 是 將 濾 波 電 路 輸 出 電 壓 進 行 穩(wěn) 壓 , 輸出 較 穩(wěn) 定 的 電 壓 。 常 見 的 穩(wěn) 壓 電 路 有 三 端 穩(wěn) 壓 器 、 串 聯(lián)式 穩(wěn) 壓 電 路 等 。 RM 12U U 1D (A V ) R 0
48、.4512 UI I R (3 5) / 2RC T 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.2.1 電 源 系 統(tǒng)2 三 端 固 定 式 正 壓 穩(wěn) 壓 器國 內(nèi) 外 各 廠 家 生 產(chǎn) 的 三 端 ( 電 壓 輸 入 端 、 電 壓 輸 出 端和 公 共 接 地 端 ) 固 定 式 正 壓 穩(wěn) 壓 器 均 命 名 為 78系 列 , 該 系 列穩(wěn) 壓 器 有 過 流 、 過 熱 和 調(diào) 整 管 安 全 工 作 區(qū) 保 護 , 以 防 過 載 而損 壞 。 其 中 78后 面 的 數(shù) 字 代 表 穩(wěn) 壓 器 輸 出 的 正 電 壓 數(shù) 值 ( 一般 有 5 V, 6 V, 8 V, 9 V, 1
49、0 V, 12 V, 15 V, 18 V和 24 V共 9種 輸 出 電 壓 ) , 各 廠 家 用 78和 電 壓 數(shù) 字 之 間 的 字 母 來 表示 。 插 入 L表 示 100 mA, M表 示 500 mA, 如 不 插 入 字 母 則 表 示1.5 A。 此 外 , 78(L, M)XX的 后 面 往 往 還 附 有 表 示 輸 出 電 壓容 差 和 封 裝 外 殼 類 型 的 字 母 。 常 見 的 封 裝 形 式 有 TO-3金 屬 和TO-220的 塑 料 封 裝 , 金 屬 封 裝 形 式 的 穩(wěn) 壓 器 的 輸 出 電 流 可 以達 到 5 A。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與
50、工程學(xué)院 2.2.1 電 源 系 統(tǒng)78系 列 三 端 固 定 式 穩(wěn) 壓 器 的 基 本 應(yīng) 用 電 路 如 圖 2.10所示 , 只 要 把 正 輸 入 電 壓 加 到 MC7805的 輸 入 端 , MC7805的 公 共端 接 地 , 其 輸 出 端 便 能 輸 出 芯 片 標(biāo) 稱 正 電 壓 。 在 實 際 應(yīng) 用 電路 中 , 芯 片 輸 入 端 和 輸 出 端 與 地 之 間 除 分 別 接 大 容 量 濾 波 電容 外 , 通 常 還 需 在 芯 片 引 出 根 部 接 小 容 量 ( 0.1 10 F)電 容 , 到 地 。 用 于 抑 制 芯 片 自 激 振 蕩 , 用 于
51、 壓 窄 芯 片 的 高 頻帶 寬 , 減 小 高 頻 噪 聲 。 和 的 具 體 取 值 應(yīng) 隨 芯 片 輸 出 電 壓 的 高低 及 應(yīng) 用 電 路 的 方 式 不 同 而 異 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.2.1 電 源 系 統(tǒng) 圖 2.10 78系 列 三 端 穩(wěn) 壓 器 基 本 應(yīng) 用 電 路 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.2.2 電 機 驅(qū) 動 電 路 在 智 能 車 競 賽 中 , 智 能 車 的 速 度 較 快 , 通 常 達 到 2 m/s以 上 , 因 此 對 電 機 驅(qū) 動 電 流 的 要 求 較 高 , 電 機 驅(qū) 動 電路 必 不 可 少 。 圖 2.
52、11是 一 個 典 型 實 用 的 簡 單 直 流 電 機 調(diào)速 驅(qū) 動 電 路 , 功 率 管 的 選 擇 由 電 機 的 功 率 決 定 , 其 標(biāo) 稱電 流 是 電 機 正 常 工 作 時 電 流 的 3 5倍 ( 電 機 啟 動 的 時 候存 在 較 大 的 浪 涌 電 流 ) 。 PWM信 號 的 占 空 比 決 定 電 機 的 轉(zhuǎn)速 , 故 電 機 的 調(diào) 速 可 通 過 改 變 PWM信 號 的 占 空 比 實 現(xiàn) 。 直 流 電 動 機 正 、 反 轉(zhuǎn) 控 制 在 很 多 場 合 會 碰 到 。 下 面 將介 紹 用 功 率 管 驅(qū) 動 直 流 電 機 正 、 反 轉(zhuǎn) 的 常
53、用 兩 種 方 法 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.2.2 電 機 驅(qū) 動 電 路 圖 2.11 直 流 電 機 調(diào) 速 驅(qū) 動 電 路 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.2.2 電 機 驅(qū) 動 電 路 圖 2.12 功 率 管 驅(qū) 動 直 流 電 機 正 、 反 轉(zhuǎn) 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.2.2 電 機 驅(qū) 動 電 路如 圖 2.12所 示 電 路 中 電 機 的 轉(zhuǎn) 動 方 向 由 I/O1和 I/O2的 電 平 來 決 定 。 當(dāng) I/O1和 I/O2為 00時 ,VT1, VT2導(dǎo) 通 , VT3, VT4截 止 , 加 在 電 機 兩 端 上的 電 壓 差 為
54、 0 V, 電 機 不 轉(zhuǎn) 。 當(dāng) I/O1和 I/O2為 01時 , VT1, VT4導(dǎo) 通 , VT2, VT3截 止 ; 當(dāng) I/O1和I/O2為 10時 , VT1, VT4截 止 , VT2, VT3導(dǎo) 通 。 這兩 種 情 況 流 經(jīng) 電 機 上 的 電 流 方 向 互 為 相 反 , 電 機轉(zhuǎn) 動 方 向 也 相 反 。 當(dāng) I/O1和 I/O2為 11時 , VT1, VT2截 止 , VT3, VT4導(dǎo) 通 , 加 在 電 機 兩 端 上 的 電 壓差 為 0 V, 電 機 不 轉(zhuǎn) 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.2.2 電 機 驅(qū) 動 電 路當(dāng) I/O1和 I/O2
55、懸 空 時 , +5 V經(jīng) R1, TLP521的 內(nèi) 部 發(fā)光 二 極 管 、 LED1, R4, VT3形 成 零 點 幾 毫 安 的 電 流 , 使VT3一 定 程 度 地 導(dǎo) 通 , 該 電 流 使 光 耦 TLP521輸 出 端 微 弱 導(dǎo)通 , 從 而 拉 低 VT1基 極 點 的 電 位 , 使 VT1一 定 程 度 地 導(dǎo) 通 ;同 理 , VT2和 VT4也 一 定 程 度 地 導(dǎo) 通 , 從 而 +V電 源 經(jīng) 過 VT1, VT3和 VT2, VT4短 路 到 地 , 會 損 壞 功 率 管 , 故 I/O1和 I/O2不 允 許 懸 空 。 R1和 R8阻 值 的 選
56、擇 原 則 是 , 使 流 經(jīng) 發(fā) 光 二極 管 的 電 流 為 10 15 mA; R3, R4, R5, R6的 選 擇 原 則 是 ,能 夠 為 功 率 管 提 供 足 夠 的 驅(qū) 動 電 流 ; 功 率 管 的 選 擇 由 電 機的 工 作 電 壓 和 工 作 電 流 決 定 , 因 電 機 啟 動 瞬 間 存 在 浪 涌 電流 , 故 功 率 管 的 電 流 限 額 應(yīng) 是 電 機 正 常 工 作 電 流 的 4 5倍 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.2.3 傳 感 器 接 口 電 路除 了 要 正 確 選 擇 傳 感 器 的 類 型 外 , 還 要 設(shè) 計 最 佳 的 接口
57、 電 路 。 所 謂 接 口 電 路 , 就 是 要 把 傳 感 器 與 后 續(xù) 的 有 關(guān) 電路 聯(lián) 系 起 來 的 電 路 。 接 口 電 路 的 設(shè) 計 需 要 考 慮 兩 個 問 題 :一 個 是 傳 感 器 的 輸 出 與 計 算 機 的 輸 入 匹 配 問 題 ; 另 一 個 是選 擇 器 件 的 問 題 。 一 般 傳 感 器 的 輸 出 信 號 有 三 種 形 式 : 數(shù)字 開 關(guān) 量 、 數(shù) 字 脈 沖 和 模 擬 信 號 。( 1) 數(shù) 字 開 關(guān) 量 信 號 分 為 電 壓 輸 出 型 和 觸 點 型 。 如果 傳 感 器 的 輸 出 電 壓 信 號 為 0 V或 2 V
58、, 可 以 直 接 和 控 制 裝置 相 連 接 , 但 是 由 于 這 種 信 號 有 抖 動 , 所 以 在 與 計 算 機 連接 時 要 采 用 消 除 抖 動 電 路 。( 2) 數(shù) 字 脈 沖 電 路 用 計 數(shù) 器 計 數(shù) 后 送 入 計 算 機 , 通過 對 脈 沖 的 計 數(shù) 來 達 到 對 信 息 的 采 集 。 一 般 計 算 機 要 對 計數(shù) 器 擁 有 清 零 的 功 能 , 以 便 計 數(shù) 器 重 新 計 數(shù) 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.2.3 傳 感 器 接 口 電 路( 3) 模 擬 信 號 比 較 復(fù) 雜 , 由 于 模 擬 信 號 不 能 直 接
59、與控 制 器 相 連 接 , 所 以 首 先 要 通 過 適 當(dāng) 的 A/D轉(zhuǎn) 換 器 變 為 合適 的 輸 入 電 壓 , 必 要 時 還 要 在 A/D前 面 對 信 號 進 行 放 大 、分 壓 等 , 一 般 稱 為 信 號 的 預(yù) 處 理 。 預(yù) 處 理 后 的 信 號 經(jīng) 過A/D轉(zhuǎn) 換 器 后 和 控 制 器 直 接 連 接 , 完 成 接 口 電 路 的 設(shè) 計 。器 件 的 選 擇 , 要 兼 顧 成 本 和 技 術(shù) 指 標(biāo) 進 行 綜 合 考 慮 。傳 感 器 信 號 要 有 比 較 好 的 降 噪 電 路 , 一 般 減 少 噪 聲 的 方 法是 : 傳 感 器 與 預(yù)
60、處 理 放 大 電 路 的 接 線 要 盡 量 短 ; 傳 感 器 信號 接 線 要 采 用 屏 蔽 線 , 外 皮 接 地 ; 放 大 電 路 的 輸 入 和 輸 出之 間 盡 量 遠(yuǎn) ; 放 大 電 路 的 增 益 不 要 太 大 , 以 免 產(chǎn) 生 振 蕩 ;放 大 電 路 要 遠(yuǎn) 離 傳 感 器 , 以 免 產(chǎn) 生 電 場 和 磁 場 的 干 擾 等 。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 思 考 題 1 請 簡 述 光 電 式 傳 感 器 的 基 本 原 理 。 2 圖 像 傳 感 器 分 為 哪 幾 類 ? 請 簡 述 攝 像 頭 的 工作 原 理 。 3 請 說 出 制 作 測 速 傳 感 器 的 幾 種 方 案 , 并 對 各種 方 案 的 優(yōu) 缺 點 進 行 比 較 。 4 利 用 78系 列 芯 片 設(shè) 計 一 個 直 流 穩(wěn) 壓 電 路 , 要求 : 輸 入 12 V, 輸 出 5 V。 5 利 用 MC33886設(shè) 計 一 個 直 流 電 機 驅(qū) 動 電 路 , 能控 制 電 機 正 、 反 轉(zhuǎn) 。
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