智能車大賽數(shù)據(jù)

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1、 第 2章 智 能 汽 車 設(shè) 計(jì) 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(pán) 、 輪 胎 、 舵機(jī) 裝 置 、 馬 達(dá) 裝 置 、 道 路 檢 測(cè) 裝 置 、 測(cè) 速 裝 置 和控 制 電 路 板 等 。 本 章 主 要 介 紹 智 能 車 設(shè) 計(jì) 中 使 用到 的 傳 感 器 （ 包 括 光 電 式 傳 感 器 、 圖 像 傳 感 器 和測(cè) 速 傳 感 器 等 ） 和 控 制 電 路 板 中 的 功 能 電 路 設(shè) 計(jì) 。 2.1 傳 感 器 系 統(tǒng)1 2.2 電 路 設(shè) 計(jì)2 思

2、 考 題3第 2章 智 能 汽 車 設(shè) 計(jì) 基 礎(chǔ) 硬 件 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(hào) （ 電 信 號(hào) 或 氣 壓 信 號(hào) ） 才 能 被 檢測(cè) 、 采 集 和 顯 示 。 所 謂 傳 感 器 ， 即 是 將 被 測(cè) 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(hào) 的 裝 置 或 器 件 。 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(cè) 量 的 變 化

3、而 引 起 某 種 易 被 測(cè) 量 的 信 號(hào) 的 變 化 ，而 轉(zhuǎn) 換 元 件 則 將 敏 感 元 件 感 受 或 響 應(yīng) 的 被 測(cè) 量 轉(zhuǎn) 換 成 適 于 傳輸 或 測(cè) 量 的 電 信 號(hào) 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(hào) 一 般 都 很 微 弱 ，為 方 便 傳 輸 、 轉(zhuǎn) 換 、 處 理 及 顯 示 ， 通 常 有 信 號(hào) 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(hào) 進(jìn) 行 放 大 或 運(yùn) 算 調(diào) 制 。因 此 ， 傳 感

4、器 的 組 成 通 常 包 括 敏 感 元 件 、 轉(zhuǎn) 換 元 件 、 信 號(hào) 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(hào) 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 。 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 2.1 傳 感 器 系 統(tǒng) 智 能 汽 車 設(shè) 計(jì) 中 涉 及 到 的 傳 感 器 主 要 有

5、 三 種 ： 光 電 式 傳 感器 、 圖 像 傳 感 器 和 測(cè) 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(cè) 速 傳 感 器 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(hào) 轉(zhuǎn) 換 成 電 信 號(hào) 的 裝 置 。 光 電 式 傳 感 器 工作 時(shí) ， 先 將 被 測(cè) 量 轉(zhuǎn) 換 為 光 量 的 變 化 ， 然后 通 過(guò) 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(shí) 現(xiàn) 非 電 量 的 測(cè) 量 。光 電 式 傳 感 器

6、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) 。 2.1.1 光 電 式 傳 感 器光 電 式 傳 感 器 的 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 響 應(yīng) 速 度 快 ， 可 靠性 較 高 ， 能 實(shí) 現(xiàn) 參 數(shù) 的 非 接 觸 測(cè) 量 ， 因 此 廣 泛 地 應(yīng)用 于 各 種 工 業(yè) 自 動(dòng) 化 儀 表 中 。 光 電 式 傳 感 器 可 用 來(lái)測(cè) 量 光 學(xué) 量 或 測(cè) 量 已 先 行 轉(zhuǎn) 換 為 光 學(xué) 量 的 其 他 被 測(cè)量 ， 然 后 輸 出 一 定 形 式 的 電 信 號(hào) 。 在 測(cè) 量 光 學(xué) 量 時(shí) ，光 電 器 件 是 作 為 敏

7、 感 元 件 使 用 ； 而 測(cè) 量 其 他 物 理 量時(shí) ， 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(shí) 現(xiàn) 被 測(cè) 量 信 號(hào) 對(duì)光 量 的 控 制 和 調(diào) 制 ， 電 路 部 分 完 成 從 光 信 號(hào) 到 電 信號(hào) 的 轉(zhuǎn) 換 。 圖 2.2(a)所 示 為 測(cè) 量 光 量 時(shí) 的 組 成 框 圖 ，圖 2.2(b)所 示 為 測(cè) 量 其 他 物 理 量 時(shí) 的 組 成 框 圖 。 2.1.1 光 電 式 傳 感 器 圖 2.2 光 電 式 傳 感 器 的 基 本 組 成 2.1.1 光 電

8、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(gè) 陰 極 和 一 個(gè) 陽(yáng) 極 構(gòu) 成 ， 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(yáng) 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(shí) ， 中 央 陽(yáng) 極 可 收集 從 陰 極 上 逸 出 的 電 子 ， 在 外 電 場(chǎng) 作 用

9、 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(jì) 中 ， 由于 要 求 溫 度 影 響 小 和 靈 敏 度 穩(wěn) 定 ， 所 以 一 般 都 采 用 真 空式 光 電 管 。 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(shí) 間 、 峰 值 探 測(cè) 率 和 溫 度 特 性 來(lái) 描 述 。 其 中 ， 伏 安特 性 、 光 照 特

10、 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(duì) 光 電 器 件 的 陰 極 所 加 電 壓 與 陽(yáng)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) 。 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(yáng) 極 和 陰 極 之 間 所 加 電 壓 一 定 時(shí) ， 光 通 量與 光 電 流 之 間 的 關(guān) 系 為 光 電 管 的 光 照

11、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 光 譜 特 性 一 般 對(duì) 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(qiáng) 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(huì) 相 同 ， 即 同 一

12、 光 電 管 對(duì) 于 不 同 頻 率 的 光 的靈 敏 度 不 同 ， 這 就 是 光 電 管 的 光 譜 特 性 。 2.1.2 圖 像 傳 感 器圖 像 傳 感 器 在 智 能 車 設(shè) 計(jì) 中 非 常 常 見(jiàn) 。 智 能 車 路 徑 識(shí)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(shí) 現(xiàn) 可 見(jiàn) 光 、 紫 外 線 、X射 線 、 近 紅 外 光 等 的 探 測(cè) ， 是 現(xiàn) 代 視 覺(jué) 信 息 獲 取 的 一 種 基礎(chǔ) 器 件 。 因 其 能 實(shí) 現(xiàn) 信 息 的 獲 取

13、、 轉(zhuǎn) 換 和 視 覺(jué) 功 能 的 擴(kuò) 展（ 光 譜 拓 寬 、 靈 敏 度 范 圍 擴(kuò) 大 ） ， 能 給 出 直 觀 、 真 實(shí) 、 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(lái) 越 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 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

14、CCD圖 像 傳 感 器 對(duì) 于 線 陣 CCD， 它 可 以 直 接 接 收 一 維 光 信 息 ， 而不 能 直 接 將 二 維 圖 像 轉(zhuǎn) 換 為 一 維 的 電 信 號(hào) 輸 出 ， 為了 得 到 整 個(gè) 二 維 圖 像 的 輸 出 ， 就 必 須 用 行 掃 描 的 方法 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 。 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(cè) 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

15、見(jiàn) 的 傳 輸 方 式 有 行傳 輸 、 幀 傳 輸 和 行 間 傳 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(dòng) 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(lái) 衡 量 。 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(hào) 幅 值 ， QSAT表

16、 示 飽 和 輸出 電 荷 ， QDARK 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 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(gè) 線 性 工作 區(qū) 域 ， 在 曝 光 量 不 飽 和 時(shí) ， 輸 出 電 荷 正 比 于 曝 光 量 ，當(dāng) 曝 光 量 達(dá) 到 飽 和 曝 光 量 后 ， 輸 出 電 荷 達(dá) 到 飽 和 值 ， 并不 隨 曝 光 量 的 增 加 而 增 加 。 曝 光 量 等 于 光 強(qiáng) 乘 以 積 分 時(shí)間 ， 即 (2.1) 式 中 ，

17、為 光 強(qiáng) ； 為 積 分 時(shí) 間 ， 即 起 始 脈 沖 的 周 期 。 暗 電 荷輸 出 為 無(wú) 光 照 射 時(shí) 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 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 。 實(shí) 際 上 ， 圖

18、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(shí) ， 輸 出 信 號(hào) 幅 度完 全 一 樣 。 實(shí) 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 2.1.2 圖 像 傳 感 器 （ 3） 分 辨 率 分 辨 率 是 用 來(lái) 表 示 分 辨 圖 像 中 明 細(xì) 細(xì) 節(jié) 的 能 力 的 。 它通 常 有 兩 種 不 同

19、的 表 示 方 式 ： 極 限 分 辨 率 。 一 黑 一 白 兩 個(gè) 線 條 稱 為 一 個(gè) “ 線 對(duì) ” ，透 過(guò) 對(duì) 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(duì) 數(shù) （ 1 P/mm）來(lái) 表 示 。 調(diào) 制 傳 遞 函 數(shù) 。 每 毫 米 長(zhǎng) 度 上 所 包 含 的 線 對(duì) 數(shù) 稱 為 空間 頻 率 ， 其 單 位 是 1 P/mm。 設(shè) 調(diào) 幅 波 信 號(hào) 的 最 大 值 為 最 小 值 為 ， 平 均 值 為 ， 振 幅 為 ， 如 圖 2.4所 示 ，定 義 調(diào) 制

20、度 M 為 maxAminA 0A mA 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 2.1.2 圖 像 傳 感 器 調(diào) 幅 波 信 號(hào) 通 過(guò) 器 件 傳 遞 輸 出 后 ， 通 常 調(diào) 制 度 受 到 的損 失 減 小 。 一 般 來(lái) 說(shuō) ， 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 遞函 數(shù) （ Modulation Transfer Function, MTF） 來(lái) 表 示 。MTF的 定 義 為 ：

21、在 各 個(gè) 空 間 頻 率 下 ， CCD器 件 的 輸 出 信 號(hào)的 調(diào) 制 度 與 輸 入 信 號(hào) 的 調(diào) 制 度 的 比 值 ， 即 (2.5) 式 中 ， 為 空 間 頻 率 。 outin ( )MTF( ) ( )M vv M vv 2.1.2 圖 像 傳 感 器 MTF能 夠 客 觀 地 反 映 CCD器 件 對(duì) 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 小 。 當(dāng) MTF減 小 到 某 一 值 時(shí) ， 圖 像 就 不 能 夠 清 晰 分 辨 ， 該 值 對(duì) 應(yīng) 的空 間 頻 率 為 圖 像 傳 感 器 能

22、 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(hào) 電 荷 的 過(guò) 程 可 以 看 成 是 獨(dú) 立 、均 勻 連 續(xù) 發(fā) 生 的 隨 機(jī) 過(guò) 程 。 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 光 產(chǎn) 生 的 信 號(hào) 電荷 數(shù) 并 非 絕 對(duì) 不 變 ， 而 是 在 一 個(gè) 平 均 值 上 作 微 小 波 動(dòng) ，這 一 微 小 波 動(dòng) 的 起 伏 便 形 成 散 粒 噪 聲 ， 又 稱 為 白 噪 聲 。 2.1.2 圖 像 傳 感

23、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(shí) 各 個(gè) 信 號(hào) 電 荷 包 的 積 分 地 點(diǎn) 不 同 ， 讀 出 路 徑 也 不 同 ， 這些 尖 峰 對(duì) 各 個(gè) 電 荷 包 貢 獻(xiàn) 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)

24、 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 。 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 像 ， 當(dāng) 掃 描 到 某 點(diǎn) 時(shí) ，就 通 過(guò) 圖 像 傳 感 芯 片 將 該 點(diǎn) 處 圖 像 的 灰 度 轉(zhuǎn) 換 成 與 灰 度對(duì) 應(yīng) 的 電 壓 值 ， 然 后 將 此 電 壓 值 通 過(guò) 視 頻 信 號(hào) 端 輸

25、 出 。具 體 而 言 （ 參 見(jiàn) 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(hào) ， 該 電 壓 信 號(hào) 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(hào) 端 就 輸 出 一 個(gè) 低 于 最 低 視 頻 信 號(hào) 電 壓 的 電 平（ 如 0.3 V） ， 并 保 持 一 段 時(shí) 間 。 這 樣 相 當(dāng) 于 緊 接 著 每 行圖 像 對(duì) 應(yīng) 的 電 壓 信 號(hào) 之 后 會(huì) 有 一 個(gè) 電 壓 “ 凹 槽 ” ， 此“ 凹 槽 ” 叫 做 行 同

26、步 脈 沖 ， 它 是 掃 描 換 行 的 標(biāo) 志 。 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(chǎng) 的 信 號(hào) ，接 著 會(huì) 出 現(xiàn) 一 段 場(chǎng) 消 隱 信 號(hào) 。 其 中 有 若 干 個(gè) 復(fù) 合 消 隱 脈沖 （ 簡(jiǎn) 稱 消 隱 脈 沖 ） ， 在 這 些 消 隱 脈 沖 中 ， 有 一 個(gè) 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(shí) 間遠(yuǎn) 長(zhǎng) 于 其 他 的 消 隱 脈 沖 的 持 續(xù) 時(shí) 間 ） ， 該 消 隱 脈 沖 又 稱為 場(chǎng) 同 步 脈 沖 ， 標(biāo) 志 著

27、 新 的 一 場(chǎng) 的 到 來(lái) 。 攝 像 頭 每 秒 掃描 25幀 圖 像 ， 每 幀 又 分 奇 、 偶 兩 場(chǎng) ， 故 每 秒 掃 描 50場(chǎng) 圖像 。 2.1.2 圖 像 傳 感 器圖 2.5 攝 像 頭 視 頻 信 號(hào) 2.1.2 圖 像 傳 感 器通 常 ， 攝 像 頭 產(chǎn) 品 說(shuō) 明 上 會(huì) 給 出 有 效 像 素 和 分辨 率 ， 但 通 常 不 會(huì) 具 體 介 紹 視 頻 信 號(hào) 行 的 持 續(xù) 時(shí) 間 、行 消 隱 脈 沖 的 持 續(xù) 時(shí) 間 等 參 數(shù) ， 而 這 些 參 數(shù) 又 關(guān) 系到 圖 像 采 樣 的 時(shí) 序 控 制 。 因 此 需 要 設(shè) 計(jì) 軟 、 硬 件 方法

28、 對(duì) 這 些 參 數(shù) 進(jìn) 行 實(shí) 際 測(cè) 量 。 表 2.1給 出 了 常 見(jiàn) 的1/3 OmniVision CMOS攝 像 頭 的 時(shí) 序 參 數(shù) ， 以 供 參考 。 2.1.2 圖 像 傳 感 器 表 2.1 常 見(jiàn) 的 1/3 OmniVision CMOS攝 像 頭 的 時(shí) 序 參 數(shù) 2.1.3 測(cè) 速 傳 感 器 在 智 能 汽 車 設(shè) 計(jì) 中 ， 測(cè) 速 傳 感 器 的 設(shè) 計(jì) 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(chǎng) 、

29、 位移 、 壓 力 、 壓 差 轉(zhuǎn) 速 等 被 測(cè) 量 轉(zhuǎn) 換 成 電 動(dòng) 勢(shì) 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(shí) 必 須 進(jìn) 行 溫 度 補(bǔ) 償 ， 但 霍 爾 傳 感 器 具 有 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、體 積 小 、 堅(jiān) 固 、 頻 率 響 應(yīng) 寬 （ 從 直 流 到 微 波 ） 、 動(dòng) 態(tài) 范圍 （ 輸 出 電 動(dòng) 勢(shì) 的 變 化 ） 大 、 無(wú) 觸 點(diǎn) 、 壽 命 長(zhǎng) 、 可 靠 性高 ， 以 及 易 于 微 型 化 和 集 成 電 路 化 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 2.1.3 測(cè) 速 傳 感 器 （ 1） 霍 爾

30、效 應(yīng) 原 理 金 屬 或 半 導(dǎo) 體 薄 片 置 于 磁 場(chǎng) 中 ， 當(dāng) 有 電 流 流 過(guò) 時(shí) ， 在垂 直 于 電 流 和 磁 場(chǎng) 的 方 向 上 將 產(chǎn) 生 電 動(dòng) 勢(shì) ， 這 種 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(chǎng) 方 向 垂 直 于 薄 片 ， 磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 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(yùn) 動(dòng) 。 由 于 外 磁 場(chǎng) 的作 用 ， 使 電 子 受

31、 到 磁 場(chǎng) 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 子 而 帶 正 電 ， 在 前 后 兩 個(gè) 端 面 之 間 形 成 電場(chǎng) 。 2.1.3 測(cè) 速 傳 感 器 圖 2.6 霍 爾 效 應(yīng) 原 理 圖 2.1.3 測(cè) 速 傳 感 器 這 時(shí) ， 在 半 導(dǎo) 體 前 后 兩 個(gè) 端 面 之 間 （ 即 垂 直 于 電 流 和磁 場(chǎng) 的 方 向 ） 建 立 的 電 場(chǎng) 稱 為 霍 爾 電 場(chǎng) ， 相 應(yīng) 的 電 勢(shì) 就稱 為 霍 爾 電 勢(shì) 。 利 用 霍 爾

32、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(qiáng) 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(chǎng) 方 向 與 元 件 平 面 成 角 度 時(shí) ， 則 作 用 在 元 件 上 的 有效 磁 場(chǎng) 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 2.1.3 測(cè)

33、 速 傳 感 器 由 式 (2.6)和 式 (2.7)可 以 看 出 ， 霍 爾 電 勢(shì) 的 大 小正 比 于 控 制 電 流 和 磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 度 ， 靈 敏 度 表 示 在 單位 磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 度 和 單 位 控 制 電 流 時(shí) 輸 出 霍 爾 電 勢(shì) 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(shì) 的 大 小 只 和 控 制 電 流 I和 磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 度 B有 關(guān) ， 因 此 霍 爾 式 傳 感 器 可

34、 用 來(lái) 探 測(cè) 磁 場(chǎng) 和 電 流 ， 由 此可 測(cè) 量 壓 力 、 振 動(dòng) 等 。 HUI B HKHK 2.1.3 測(cè) 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(jiǎn) 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(lì) 電 壓 或 電 流 ， 稱 為 激勵(lì) 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

35、爾 元 件 的 殼 體 是 用 非 導(dǎo) 磁 金 屬 、 陶瓷 或 環(huán) 氧 樹(shù) 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(pán) 的輸 入 軸 與 被 測(cè) 轉(zhuǎn) 軸 相 連 ， 當(dāng) 被 測(cè) 轉(zhuǎn) 軸 轉(zhuǎn) 動(dòng) 時(shí) ， 轉(zhuǎn) 盤(pán) 隨 之轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 固 定 在 轉(zhuǎn) 盤(pán) 附 近 的 霍 爾 傳 感 器 便 可 在 每 一 個(gè) 小 磁鐵 通 過(guò) 時(shí) 產(chǎn) 生 一 個(gè) 相 應(yīng) 的 脈 沖 ， 檢 測(cè) 出 單 位 時(shí) 間 的 脈 沖數(shù) ， 便 可 知 被 測(cè) 轉(zhuǎn) 速 。 根 據(jù) 磁 性 轉(zhuǎn) 盤(pán) 上 小 磁 鐵

36、 數(shù) 目 多 少 ，就 可 以 確 定 傳 感 器 測(cè) 量 轉(zhuǎn) 速 的 分 辨 率 。 2.1.3 測(cè) 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 2.1.3 測(cè) 速 傳 感 器 2 光 電 式 脈 沖 編 碼 器 光 電 式 脈 沖 編 碼 器 可 將 機(jī) 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(cè) 傳 感 器 。 光 電編 碼 器 的 最 大 特 點(diǎn) 是 非 接 觸 式 ， 此 外 還 具 有 精 度 高

37、 、 響應(yīng) 快 、 可 靠 性 高 等 特 點(diǎn) 。 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(gè) 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(pán) ， 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(pán) 上時(shí) ， 轉(zhuǎn) 動(dòng) 碼 盤(pán) ， 在 碼 盤(pán) 的 另 一 側(cè) 就 形 成 光 脈 沖

38、， 脈 沖 光照 射 在 光 電 元 件 上 就 產(chǎn) 生 與 之 對(duì) 應(yīng) 的 電 脈 沖 信 號(hào) 。 2.1.3 測(cè) 速 傳 感 器 圖 2.8 光 電 式 脈 沖 編 碼 器 結(jié) 構(gòu) 2.1.3 測(cè) 速 傳 感 器光 電 編 碼 器 的 精 度 和 分 辨 率 取 決 于 光 電 碼 盤(pán) 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(pán) ， 其 精 度 達(dá) 1 10-8，比 接 觸 式 的 碼 盤(pán) 編 碼 器 的 精 度 要 高 很 多 個(gè) 數(shù) 量 級(jí) 。如 進(jìn) 一 步 采 用 光 學(xué) 分 解 技 術(shù)

39、， 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(dòng) 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(hào) 的 性 質(zhì) 可 分 為 有 增 量 式 和 絕 對(duì) 式 兩 種 類 型 。 2.1.3 測(cè) 速 傳 感 器增 量 式 編 碼 器 碼 盤(pán) 圖 案 和 光 脈 沖 信 號(hào) 均 勻 ， 可將 任 意 位 置 為 基 準(zhǔn) 點(diǎn) ， 從 該 點(diǎn) 開(kāi) 始 按 一 定 量 化 單 位檢 測(cè) 。 該 方 案 無(wú) 確 定 的 對(duì) 應(yīng) 測(cè) 量 點(diǎn) ， 一 旦 停 電 則 失掉 當(dāng) 前

40、位 置 ， 且 速 度 不 可 超 越 計(jì) 數(shù) 器 極 限 相 應(yīng) 速 度 ，此 外 由 于 噪 聲 影 響 可 能 造 成 計(jì) 數(shù) 積 累 誤 差 。 該 方 案的 優(yōu) 點(diǎn) 是 其 零 點(diǎn) 可 任 意 預(yù) 置 ， 且 測(cè) 量 速 度 僅 受 計(jì) 數(shù)器 容 量 限 制 。 2.1.3 測(cè) 速 傳 感 器絕 對(duì) 式 編 碼 器 的 碼 盤(pán) 圖 案 不 均 勻 ， 編 碼 器 的 碼盤(pán) 與 碼 道 位 數(shù) 相 等 ， 在 相 應(yīng) 位 置 可 輸 出 對(duì) 應(yīng) 的 數(shù) 字碼 。 其 優(yōu) 點(diǎn) 是 坐 標(biāo) 固 定 ， 與 測(cè) 量 以 前 狀 態(tài) 無(wú) 關(guān) ， 抗干 擾 能 力 強(qiáng) ， 無(wú) 累 積 誤 差 ，

41、 具 有 斷 電 位 置 保 持 ， 不讀 數(shù) 時(shí) 移 動(dòng) 速 度 可 超 越 極 限 相 應(yīng) 速 度 ， 不 需 方 向 判別 和 可 逆 計(jì) 數(shù) ， 信 號(hào) 并 行 傳 送 等 ； 其 缺 點(diǎn) 是 結(jié) 構(gòu) 復(fù)雜 、 價(jià) 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(jī) 構(gòu) 組 成 雙 碼 盤(pán) 機(jī)構(gòu) ， 將 任 意 位 置 取 作 零 位 時(shí) 需 進(jìn) 行 一 定 的 運(yùn) 算 。 2.2 電 路 設(shè) 計(jì) 1 2.2.1 電 源 系 統(tǒng) 2 2.2.2 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 電 路 3 2.2.3 傳 感 器 接 口

42、電 路 2.2.1 電 源 系 統(tǒng) 在 智 能 車 設(shè) 計(jì) 中 ， 電 源 關(guān) 系 到 整 個(gè) 電 路 設(shè) 計(jì) 的 穩(wěn) 定性 和 可 靠 性 ， 是 電 路 設(shè) 計(jì) 中 非 常 關(guān) 鍵 的 一 個(gè) 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(jì) 。 1 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 的 基 本 原 理 直 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 2

43、.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(dòng) 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 橋 堆 來(lái) 執(zhí) 行 。常 見(jiàn) 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(dòng) 直 流 中 的 紋 波 濾 除 獲 得 紋 波 小的 直 流

44、 ， 常 見(jiàn) 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 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 壓 為 (2.9) 對(duì) 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(shí) 間 常 數(shù) 應(yīng) 滿 足 (2.11) 式 中 ， 為 輸 入 交

45、流 信 號(hào) 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(jìn) 行 穩(wěn) 壓 ， 輸出 較 穩(wěn) 定 的 電 壓 。 常 見(jiàn) 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 0.4512 UI I R (3 5) / 2RC T 2.2.1 電 源 系 統(tǒng)2 三 端 固 定 式 正 壓 穩(wěn) 壓 器國(guó) 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

46、 穩(wěn) 壓 器 均 命 名 為 78系 列 ， 該 系 列穩(wěn) 壓 器 有 過(guò) 流 、 過(guò) 熱 和 調(diào) 整 管 安 全 工 作 區(qū) 保 護(hù) ， 以 防 過(guò) 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, 10 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(lái) 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

47、, 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(jiàn) 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(dá) 到 5 A。 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(shí) 際 應(yīng)

48、 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 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 。 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 2.2.2 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 電 路 在

49、 智 能 車 競(jìng) 賽 中 ， 智 能 車 的 速 度 較 快 ， 通 常 達(dá) 到 2 m/s以 上 ， 因 此 對(duì) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 電 流 的 要 求 較 高 ， 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 電路 必 不 可 少 。 圖 2.11是 一 個(gè) 典 型 實(shí) 用 的 簡(jiǎn) 單 直 流 電 機(jī) 調(diào)速 驅(qū) 動(dòng) 電 路 ， 功 率 管 的 選 擇 由 電 機(jī) 的 功 率 決 定 ， 其 標(biāo) 稱電 流 是 電 機(jī) 正 常 工 作 時(shí) 電 流 的 3 5倍 （ 電 機(jī) 啟 動(dòng) 的 時(shí) 候存 在 較 大 的 浪 涌 電 流 ） 。 PWM信 號(hào) 的 占 空 比 決 定 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn)速 ， 故 電 機(jī) 的 調(diào) 速 可 通 過(guò)

50、 改 變 PWM信 號(hào) 的 占 空 比 實(shí) 現(xiàn) 。 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 正 、 反 轉(zhuǎn) 控 制 在 很 多 場(chǎng) 合 會(huì) 碰 到 。 下 面 將介 紹 用 功 率 管 驅(qū) 動(dòng) 直 流 電 機(jī) 正 、 反 轉(zhuǎn) 的 常 用 兩 種 方 法 。 2.2.2 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 電 路 圖 2.11 直 流 電 機(jī) 調(diào) 速 驅(qū) 動(dòng) 電 路 2.2.2 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 電 路 圖 2.12 功 率 管 驅(qū) 動(dòng) 直 流 電 機(jī) 正 、 反 轉(zhuǎn) 2.2.2 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 電 路如 圖 2.12所 示 電 路 中 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 方 向 由 I/O1和 I/O2的 電 平 來(lái) 決 定 。 當(dāng) I/O1和 I/

51、O2為 00時(shí) ，VT1， VT2導(dǎo) 通 ， VT3, VT4截 止 ， 加 在 電 機(jī) 兩 端 上的 電 壓 差 為 0 V， 電 機(jī) 不 轉(zhuǎn) 。 當(dāng) I/O1和 I/O2為 01時(shí) ， VT1, VT4導(dǎo) 通 ， VT2, VT3截 止 ； 當(dāng) I/O1和I/O2為 10時(shí) ， VT1, VT4截 止 ， VT2, VT3導(dǎo) 通 。 這兩 種 情 況 流 經(jīng) 電 機(jī) 上 的 電 流 方 向 互 為 相 反 ， 電 機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng) 方 向 也 相 反 。 當(dāng) I/O1和 I/O2為 11時(shí) ， VT1, VT2截 止 ， VT3, VT4導(dǎo) 通 ， 加 在 電 機(jī) 兩 端 上 的 電 壓差 為 0

52、 V， 電 機(jī) 不 轉(zhuǎn) 。 2.2.2 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 電 路當(dāng) I/O1和 I/O2懸 空 時(shí) ， +5 V經(jīng) R1, TLP521的 內(nèi) 部 發(fā)光 二 極 管 、 LED1, R4, VT3形 成 零 點(diǎn) 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(diǎn) 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(guò) VT1, VT3和 VT2, VT4短 路 到 地 ， 會(huì) 損 壞 功 率

53、 管 ， 故 I/O1和 I/O2不 允 許 懸 空 。 R1和 R8阻 值 的 選 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(dòng) 電 流 ； 功 率 管 的 選 擇 由 電 機(jī)的 工 作 電 壓 和 工 作 電 流 決 定 ， 因 電 機(jī) 啟 動(dòng) 瞬 間 存 在 浪 涌 電流 ， 故 功 率 管 的 電 流 限 額 應(yīng) 是 電 機(jī) 正 常 工 作 電 流 的 4 5倍 。 2.2.3 傳 感 器 接 口 電 路除 了 要 正 確 選 擇 傳 感 器

54、 的 類 型 外 ， 還 要 設(shè) 計(jì) 最 佳 的 接口 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(lái) 的 電 路 。 接 口 電 路 的 設(shè) 計(jì) 需 要 考 慮 兩 個(gè) 問(wèn) 題 ：一 個(gè) 是 傳 感 器 的 輸 出 與 計(jì) 算 機(jī) 的 輸 入 匹 配 問(wèn) 題 ； 另 一 個(gè) 是選 擇 器 件 的 問(wèn) 題 。 一 般 傳 感 器 的 輸 出 信 號(hào) 有 三 種 形 式 ： 數(shù)字 開(kāi) 關(guān) 量 、 數(shù) 字 脈 沖 和 模 擬 信 號(hào) 。（ 1） 數(shù) 字 開(kāi) 關(guān) 量 信 號(hào) 分 為 電 壓 輸 出 型 和 觸 點(diǎn) 型 。 如果 傳 感

55、 器 的 輸 出 電 壓 信 號(hào) 為 0 V或 2 V， 可 以 直 接 和 控 制 裝置 相 連 接 ， 但 是 由 于 這 種 信 號(hào) 有 抖 動(dòng) ， 所 以 在 與 計(jì) 算 機(jī) 連接 時(shí) 要 采 用 消 除 抖 動(dòng) 電 路 。（ 2） 數(shù) 字 脈 沖 電 路 用 計(jì) 數(shù) 器 計(jì) 數(shù) 后 送 入 計(jì) 算 機(jī) ， 通過(guò) 對(duì) 脈 沖 的 計(jì) 數(shù) 來(lái) 達(dá) 到 對(duì) 信 息 的 采 集 。 一 般 計(jì) 算 機(jī) 要 對(duì) 計(jì)數(shù) 器 擁 有 清 零 的 功 能 ， 以 便 計(jì) 數(shù) 器 重 新 計(jì) 數(shù) 。 2.2.3 傳 感 器 接 口 電 路（ 3） 模 擬 信 號(hào) 比 較 復(fù) 雜 ， 由 于 模 擬 信

56、 號(hào) 不 能 直 接 與控 制 器 相 連 接 ， 所 以 首 先 要 通 過(guò) 適 當(dāng) 的 A/D轉(zhuǎn) 換 器 變 為 合適 的 輸 入 電 壓 ， 必 要 時(shí) 還 要 在 A/D前 面 對(duì) 信 號(hào) 進(jìn) 行 放 大 、分 壓 等 ， 一 般 稱 為 信 號(hào) 的 預(yù) 處 理 。 預(yù) 處 理 后 的 信 號(hào) 經(jīng) 過(guò)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(jì) 。器 件 的 選 擇 ， 要 兼 顧 成 本 和 技 術(shù) 指 標(biāo) 進(jìn) 行 綜 合 考 慮 。傳 感 器 信 號(hào) 要 有 比 較 好 的 降 噪 電 路 ， 一 般 減 少 噪 聲 的 方 法是 ：

57、 傳 感 器 與 預(yù) 處 理 放 大 電 路 的 接 線 要 盡 量 短 ； 傳 感 器 信號(hào) 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(chǎng) 和 磁 場(chǎng) 的 干 擾 等 。 思 考 題 1 請(qǐng) 簡(jiǎn) 述 光 電 式 傳 感 器 的 基 本 原 理 。 2 圖 像 傳 感 器 分 為 哪 幾 類 ？ 請(qǐng) 簡(jiǎn) 述 攝 像 頭 的 工作 原 理 。 3 請(qǐng) 說(shuō) 出 制 作 測(cè) 速 傳 感 器 的 幾 種 方 案 ， 并 對(duì) 各種 方 案 的 優(yōu) 缺 點(diǎn) 進(jìn) 行 比 較 。 4 利 用 78系 列 芯 片 設(shè) 計(jì) 一 個(gè) 直 流 穩(wěn) 壓 電 路 ， 要求 ： 輸 入 12 V， 輸 出 5 V。 5 利 用 MC33886設(shè) 計(jì) 一 個(gè) 直 流 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 電 路 ， 能控 制 電 機(jī) 正 、 反 轉(zhuǎn) 。