第一课循迹智能车

模拟摄像头 VS 模拟摄像头
数字摄像头输出数字信号，主 流芯片OV系列
模拟摄像头输出模拟线号， PAL制式
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– 分时发光的策略，使用74LS138作为分时控制器
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接收管和接收电路
• 接收管
– 160KHZ-200KHZ，180KHZ左右的频率下接收 能力最强
– 常态低、常态高
• 对焦透镜
– 对焦聚光 – 增强接收能力
OUT
+5V
LED C1 1 04
R1 R2 1 .5 K
4 .7 K
+5V
接收管
3 2 1
模拟摄像头 VS 模拟摄像头
数字摄像头输出数字信号，主 流芯片OV系列
模拟摄像头输出模拟线号， PAL制式
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精品课件！
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精品课件！
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• 摄像头比较
CCD VS CMOS
CCD成像质量高，动态响应比 较好，比较重，电压12V
CMOS质量轻，对电源电压的 要求低，功耗比较低，成像质 量差，分辨率低，噪声大
• 北京科技大学第三届飞思卡尔智能车竞赛
– 加权法
激光传感器一字排布图 27
• 传感器位置分布
激光传器在起点处
激光传感器在普通赛道上
激光传感器在十字交叉线处 28
• 光电传感器路径识别算法
传感器重心取值分配图
（1）、将每个传感器进行加权处理，给相应各个传感器的权重值，如图所
示。
（2）、当传感器检测到黑线时相应的传感器返回所在的权重值，并计算所
有传感器的平均加权值，即偏离程度。计算公式为:
Sen_QuanZhong[i]Sen_Flag[i ]
Sen_Jiaqua n
Sen_Flag[i ]
式(4 .1)
式中，Sen_Flag[i]为对应传感器的状态值，Sen_QuanZhong[i]为对应传感
器的权重值，Sen_Jiaquan 为传感器的加权平均值。
Q1 8 05 0
一般接LD，PD脚可以不用
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• 注意事项
– 硬件
• 极性不能接反；尽量避免人体接触和带静电物体接触激光管，避免静 电烧坏；但避免焊接过热和较长时间过热
• 解决办法：
– 释放人体静电 – 烙铁先通电，在焊接的时候拔掉电源
• 用胶固定
– 软件
• 激光传感器相互之间的干扰 • 解决办法：
• 弯道策略
– 入弯减速、出弯加速 – 入弯急减速、弯内提速、出弯加速
2. 电磁法循迹
• 2.1 工作原理 • 2.2 硬件设计 • 2.3 软件设计
– 策略同光电(不再介绍)
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2.1 工作原理
• 漆包线同20kHz交流电流 • 电感电路进行选频
– 感应电压大小，对应于电感与电信号间的距离
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PC机 (上位机)
2
轨迹表示
• 可见
– 黑色线条
• 不可见
– 交流电信号
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循迹检测传感器
• 黑色线条
– 光电法
• 红外传感器、激光传感器
– 图像处理法
• 摄像头
• 交流电信号
– 电磁法：电感
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主要内容
1. 光电法循迹 2. 电磁法循迹 3. 图像法循迹
处理起来比较相似
5
光电法和电磁法循迹
7.25 下午
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18
http://item.taobao.com/item.htm?id=9552390311&_u=n2i1c7920d6
1.3 传感器的布局
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http://www.rfidinfo.com.cn/tech/n1523_1.html
20
21
清华大学“摇头”22车
……… ………
极限前瞻
• 1.2.1 红外传感器 • 1.2.2 激光传感器
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1.2.1 红外传感器
• 红外对管
– 一体
• 红外发射管和接收管
– 分离
Tcrt5000：蓝色 是发射，黑色是 接收，发射端短 的接地，接收端 长的接地
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• 使用要点
– 反射的红外光能被对应的红外接收管接收 – 相邻管之间互不干扰 – 防止其它光源干扰，如：不能强光照射 – 选用工作电流：电流与光强间的线性度和使用寿命 – 注意测试有效检测距离
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24
1.3 软件设计
• 1.3.1 软件流程图 • 1.3.2 典型控制策略
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1.3.1 软件流程图
开始
系统初始化 点亮红外发射管
读取红外接收管信号
判断车道类型 （如直道、小弯和大弯等）
计算舵机转角 PWM舵机转角控制
计算电机转速 PWM电机转速控制
速度PID 测速 26
1.3.2 典型控制策略
Factor
式 4 .2)
式中，TurnAngle 为舵机应转的角度，PWMMiddle 为车轮摆正是舵机
PWM 脉宽应赋的 PWMDTYx 的值，Sen_Jiaquan 为由传感器状态求得的
偏离程度，PWMHalf 为舵机由中心摆到车轮允许的最大值 PWMDTYx
的变化值，Factor 为影响比例ห้องสมุดไป่ตู้数。
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• 硬件电路设计
•读高低电平 •A/D转换
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1.2.2 激光传感器
• 发射管 • 调制管 • 接收管 • 对焦透镜
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发射管和发射电路
• 发射管
• 调制管
– 下拉电淘阻宝调红整树方伟波业信号频率
• 180KHZ
T1
3 2 1
调制管
+5V R1 22
R2 22
F1
+5V
R3 发射管
1 20
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2.1 工作原理
• 摄像头采集图像 • 图像处理的方法识别轨迹
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2.2 电路设计
• 2.2.1 摄像头工作原理 • 2.2.2 摄像头分类 • 2.2.2 电路设计 • 2.2.3 图像采集
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2.2.1 摄像头工作原理
PAL制式信号：
每秒25帧50场，每帧625行，场消隐区、行消隐区、场同步、行同步
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1. 光电法循迹
• 1.1 基本工作原理 • 1.2 电路设计
– 1.2.1 红外传感器 – 1.2.2 激光传感器
• 1.3 传感器的布局 • 1.4 软件设计
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1.1 工作原理
• 红外光或激光，照射到
– 黑色物体
• 反射光能量少
– 浅色物体
• 反射光能量大
根据反射光的强弱 检测黑线
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1.2 电路设计
（3）、建立偏离程度和舵机转动角度所对应的 PWM 脉宽关系的模型，
拟合二者的函数关系曲线。
认为舵机转动的角度是和 PWM 脉宽成线性的正比关系，因此以一
次函数来唯一确定 PWM 脉宽与舵机转动角度之间的关系。
建立的一次函数方程为：
Sen_Jiaqua nPWMHalf
TurnAngle PWMMiddle
什么是小车循迹
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循迹小车的系统功能结构
主控制器 (单片机、ARM和DSP等)
通信模块 (传递系统信息)
A/D转换电路 电机驱动 测速电路 舵机驱动 (传感器信号采集) (速度控制) (速度反馈) (转角控制)
轨迹检测传感器
直流(或步进)电机
舵机
电源电路 （5V、3.3V、6V和12V等）
循迹小车 电池(5V~7.2V~12V)
摄像头工作原理
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2.2.2 摄像头分类
• 数字摄像头
– OV6620
• 模拟摄像头
– CMOS – CCD
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摄像头采集模块
摄像头分类：
CCD VS CMOS
CCD成像质量高，动态响应 比较好，比较重，电压12V
CMOS质量轻，对电源电压 的要求低，功耗比较低，成 像质量差，分辨率低，噪声 大
2.2 硬件设计
• 带通滤波器
线圈中感应电动势的大小正比于 电流的变化率，反比于线圈中心 到导线的距离
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倍压检波电路可以获得正比于交流电压信号峰峰值的直流信号。
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谢谢！
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摄像头法循迹
7.26 上午
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2. 图像法循迹
• 2.1 工作原理 • 2.2 电路设计 • 2.3 软件设计