光电组武汉科技大学首安一队技术报告 - 图文 下载本文

图3.8 TSL1401内部的模块图

图中可以看到上面提到的像素电路、开关逻辑控制和位移寄存器电路。 从图中我们还可以看到一个 Gain Trim,该模块对传感器输出的电压进行增益调整,因此从 AO 引脚输出的电压无需再接其他运放,直接接入单片机的AD输入引脚即可。每个像素的值可以在CLK的下降沿时从AO采集。

根据TSL1401技术文档的提供的数据,该器件的最大曝光时间为100ms,即无论你实际曝光多长时间,只要超过100ms,其图像效果和100ms是一样的。那么如何选择合适的曝光时间,就成了需要面对的问题。

即使是相同的物体,在不同的光线环境下得到的图像是不一样的。从理论上讲,在光线较暗的环境中,应该增加曝光时间,以换取亮度合适的图像;在光线较强的环境中,应该减少曝光时间,以防止图像出现饱和现象。

但是对于采集变化较快的图像,例如在智能车的应用中,应该避免增加曝光时间。原因有两个:

一、增加曝光时间意味着图像采集周期变长,不利于系统的控制。说白了就是采集周期变长,系统控制的反应能力就变弱;

二、增加曝光时间会使图像变模糊,不利于图像处理。这个道理也和相机一样,相机的快门越快,越适合捕捉高速运动的图像,反之则捕捉的图像很模糊! 当然如果你用来采集变化较慢的图像,或者是静止的图像,则没有曝光时间长短的问题。

针对像素输出值AO的采集,如图3.8所示,使用时需要在SI持续高电平20ns后产生第1个CLK信号,并在每个CLK信号的下降沿时采集AO引脚的输出的电压值。在采集了128个像素后,还必须生成第 129 个 CLK 以结束本次采集。在第129 个CLK之后到下一个SI信号之间的时间就是下次采集的曝光时间(这里说的曝光时间是忽略了第 19 到 129 个 CLK 之间的时间)。

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第九届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告

图3.9 像素输出值AO的采集

3.2.2 陀螺仪和加速度计

由于平衡车的特殊性,车身在循迹前进的过程中,必须保持车身的平衡。根

据最基本保持车身平衡的基本原理, 我们需要知道车身当前的角度和角速度。因此在保持车身平衡方面,我们确定以加速度计作为角度传感器,陀螺仪作为角速度传感器。大赛规定了陀螺仪和加速度计的选用范围。在经过对几个型号的加速度计和陀螺仪的对比之后,我们决定选用 MMA7361 加速度计和 L3G4200 陀螺仪。

图 3.10 加速度计 MMA7361

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图 3.11 陀螺仪 L3G4200

陀螺仪有严重的温度漂移,对陀螺仪的积分并不能得到当前车身的准确的角度。也就无法控制车身的平衡,因此为了得到当前的车身角度,必须使用加速度计。我们使用的是MMA7361,MMA7361具有工作电压第(2.2~3.6V),灵敏度高(800mv/g)的特点。MMA7361是三轴加速度计。其三个输出信号与对应的轴的加速度成比例。陀螺仪的输出不需要接放大电路,唯一的外围器件就是低通滤波电路,由于输出后没有负载,仅作为ADC的信号,这里采用官方的(1K,0.1uF)的无源低通滤波。 3.2.3 编码器

为了使用闭环控制,我们在汽车模型上附加了编码器。和其他元件相比,选用编码器可以使电路更加完善,信号更加精确。编码器功耗低,重量轻,抗冲击抗震动,精度高,寿命长,非常实用。编码器内部无上拉电阻,因此编码器接口出需要设计上拉电阻。同时为了保证波形的稳定,主控板上使用了74125隔离。由于我们购买的编码器自身具有正交解码功能,因此这里无需使用任何外 围计数辅助器件,只需要将接口连接到单片机上相应的接口即可。

3.3 OLED液晶显示屏,键盘,拨码

在调试过程之中,我们需要实时的了解与掌握一些车的运行状态,比如说传

感器的状态,电池的电量,PID参数等,调试时用OLED液晶显示屏将这些参数显示出来,让我们实时的监测车的状态,从而做出判断,这样很大程度的方便了对车的调试。

由于平时要进行大量参数的调试,反复下载程序调试效率很低,且OLED屏

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可以显示调试时需要观察的变量数据。同时,因为竞赛规则,不允许现场更改程序,人机交互设备就很重要了。 该显示模块具有以下特征: ①该 OLED 液晶显示屏为 0.96 寸,分辨率为 128×64,模块支持 3.3v、5v 供电。

②SPI 操作,只需四根信号线就可以对其进行操作,节省 MCU 管脚。 ③高亮度,低功耗,有很好的显示效果,体积小,质量轻。 ④固态结构,没有液体物质,因此抗震性能更好,不怕摔。 ⑤几乎没有可视角度的问题,即使在很大的视角下观看,画面仍然不失真。 ⑥响应时间是 LCD 的千分之一,显示动态画面不会有拖影的现象,低温特性好 发光效率更高,能耗比 LCD 要低。

同时有时候需要对参数作修改处理,如果每修改一个数据就下载一次程序的话,就会浪费时间,为方便的调节参数,我们增加了6个按键,方便参数的修改。而对于比赛是考虑到一些程序,例如平时用的保护程序,还有一些不同整体的策略我们加一个四位拨码进行操作,同样它也起到一个人机交互的作用。按键和拨码的原理图如图3.12所示。

图3.12 按键,拨码原理图

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