摄像头整体方案

摄像头组设计方案

本参考方案假设维持车模直立、运行的动力都来自于车模的两个后车轮。后轮转动由两个直流电机驱动。因此从控制角度车模作为一个控制对象，它的控制输入量是两个电极的转动速度。车模运动控制任务可以分解成以下三个基本控制任务：

1）控制车模平衡（优先级最高）：通过控制两个电机正反向运动保持车模直立平衡状态；

2）通过调节车模的倾角来实现车模速度控制，实际上最后还是演变成通过控制电机的转速来实现车轮速度的控制。

3）控制车模方向：通过控制两个电机之间的转动差速实现车模转向控制。

一、车模直立控制

车模平衡控制是通过负反馈来实现的，因为车模有两个轮子着地，车体只会在轮子滚动的方向上发生倾斜。控制轮子转动，抵消在一个维度上倾斜的趋势便可以保持车体平衡了。

那么车轮如何运行，才能够最终保持车体平衡稳定？

可以通过建立车模的运动学和动力学数学模型，设计反馈控制来保证车模的平衡。

由物理分析过程总结控制车模直立稳定的条件如下：

单轴陀螺仪 ENC-03三轴加速度 MMA7361模块

MC9S12XS128

OV7620摄像头模块

200线欧姆龙旋转编码器2个

电机驱动模块 4个BTN7971 串口调试

拨码开关

两个RS380电机

（1）能够精确测量车模倾角θ的大小和角速度'θ的大小；

（2）可以控制车轮的加速度。

二、车模速度控制

车模运行速度和加速度是通过控制车轮速度实现的，车轮通过车模两个后轮电机经由减速齿轮箱驱动，因此通过控制电机转速可以实现对车轮的运动控制。电机的运动控制有三个作用：

（1）通过电机加速度控制实现车模平衡稳定。

（2）通过电机速度控制，实现车模恒速运行和静止。虽然本届比赛规则中没有要求车模速度恒定，也没有要求车模在比赛之前和冲过终点之后保持静止状态。通过速度控制，可以提高车模稳定性。在将来的比赛中，如果规则增加了静止要求，或者需要通过桥梁等障碍物时，速度控制将会发挥作用。

（3）通过电机差速控制，可以实现车模方向控制。

三、车模的角度和角速度测量

通过测量车模的倾角和倾角速度控制车模车轮的加速度来消除车模的倾角。因此，车模倾角以及倾角速度的测量成为控制车模直立的关键。测量车模倾角和倾角速度可以通过安装在车模上的加速度传感器和陀螺仪实现

单轴陀螺仪ENC-03三轴加速度MMA7361模块

陀螺仪可以用来测量物体的旋转角速度。竞赛允许选用村田公司出品的ENC-03系列的加速度传感器。它利用了旋转坐标系中的物体会受到科里奥利力的原理，在器件中利用压电陶瓷做成振动单元。当旋转器件时会改变振动频率从而反映出物体旋转的角速度。

三轴加速传感器采用了飞思卡尔公司生产的性价比高微型电容式加速度传感器MMA7361芯片。其采用了信号调整，单级低通滤波器和温度补偿技术，并且提供了2个灵敏度量程选择接口和休眠模式接口

ENC-03角速度传感器

在车模上安装陀螺仪，可以测量车模倾斜角速度，将角速度信号进行积分便可以得到车模的倾角。采用重力加速度计和陀螺仪通过角度互补融合方式获取车模倾角和角速度，通过两个比例常数加权后，控制电机驱动电压，使得车模产生相应的加速度，维持车模的直立。

最终确定车模的倾角如图

OV7620摄像头模块

CMOS摄像头体积小，耗电量小，图像稳定性较高。OV7620是一种COMS图像传感器，它被广泛应用于网络摄像头，摄像手机等产品。它是COMS彩色/黑白图像传感器。它支持连续和隔行两种扫描方式，VGA/QVGA两种图像格式；最高像素为664*492，帧速率为30fp8，数据格式包括YUV,YCRCB,RGB三种，能够够满足一般图像采集系统的要求。

电机测速模块

为了获得稳定且高精度的测速，可以采用光电编码器，其可以通过光电转换将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量的形式输出。分为单路输出和双路输出两种，单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组A/B相位差为90°的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断方向。可以选用欧姆龙200线双相E6A2-CW3E。

电机驱动模块

由于电机电流较大，而且需要很好地控制，比较现在市场上的半桥芯片，我们选择比较好点的BTN7971，本芯片耐流量大，可以很好的实现对直流电机的控制。BTN7971 是大电流电机驱动半桥，最大电流能够到达7A 驱动电流，使用PWM 调制输入频率最高25KHz，带有片内过流，过温保护和电流保护，能够提供正反转，制动电机驱动的方式。

电源模块

摄像头模块、陀螺仪需要5V电源，电机模块需要7V电源，加速度计需要3.3V电源，

电源如下：

元器件购买清单器件名称个数E型车模1个

200线欧姆龙旋转编码器E6A2-CW3E2个

MC9S12XS128MAL 112脚核心板1个

OV7620摄像头模块1个

BTN79714个

陀螺仪ENC-03三轴加速度MMA7361模

1个

块

LM2940 4个

AMS1117-3.3 4个