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標題: 飛思卡爾智能循跡小車新手入門教程(電路與原理的超詳細講解) [打印本頁]

作者: iholdon 時間: 2018-6-2 19:03
標題: 飛思卡爾智能循跡小車新手入門教程(電路與原理的超詳細講解)
這是關于飛思卡爾循跡智能車入門的基礎資料，寫得非常通俗易懂，及其詳細，因此分享給大家.

一、  基于飛思卡爾芯片的智能循跡車
1、智能循跡車簡介
運用 Freescale S12單片機控制模型車自動沿著黑白（電磁組是檢測賽道通有交流信號的導線來實現尋跡）賽道完成比賽。主要包括智能車的組裝、機械機構的調整、系統設計方案和程序控制策略的選定、硬件電路和軟件控制的設計等幾部分。
傳感器類型簡介：用攝像頭，光電傳感器（如紅外、激光）、電磁傳感器采集跑道信號，把信號傳送到MC9S12XS128主芯片進行處理，通過程序處理，分辨出賽道的黑線變化情況，控制轉速和轉向，使小車實現自動尋跡，在此基礎上，再提高小車速度，對小車行駛路徑進行優化。本比賽涵蓋了電工與電子技術、編控制程、傳感技術（如速度傳感、光傳感等）、信號處理、模式識別、制圖、計算機、機械、電子通訊等多門學科。

2、攝像頭組方案
圖像傳感器根據感光原理可以分為CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器。根據信號輸出形式又可以分為模擬信號輸出與數字信號輸出。下面分別就圖像傳感器的兩種類型進行簡單的討論。
方案一：CCD攝像頭
CCD攝像頭尋跡方案的優點是圖像質量高，動態性能好，可以更遠更早地感知賽道的變化，分辨率高，識別路徑參數多；缺點是數據量大，需要較大的存儲空間，數據處理時間比較長，信號處理比較復雜，另外CCD工作電壓為12V，需用斬波升壓電路或DC-DC升壓得到12V電源。且體積大，能耗高無法和外圍信號處理電路集成。但是因其成像質量較CMOS好的原因，攝像頭豐富的信息量為小車的最佳控制提供了保證。
方案二：CMOS攝像頭
CMOS的缺點是圖像質量較CCD差，動態性能不如CCD。但CMOS的優點是體積小，像素陣列可以和信號處理器集成在一起，由于集成了內部信號處理器，所以可以設置參數，故CMOS芯片一般可以直接同步輸出數字信號和時序信號。
CMOS圖像傳感器的圖像質量雖然較CCD的差，像素較低，但是對于智能車控制已經完全足夠了。CMOS傳感器相較于CCD有著以下的優點：
1、CMOS圖像傳感器功耗小，一般只需5V電壓即可工作，甚至有3.3V型號，同時，CMOS傳感器的電源與系統大多數芯片和控制電路相兼容，相較與CCD需要12V的電壓需求相比，無需額外升壓電路，簡化了電路，提高了可靠性。
2、CMOS數字圖像傳感器由于體積小，所以可以將感光陣列與信號處理電路集成在一起。比如AD，時序信號分離電路等。這樣最大的優點就是CMOS攝像頭可以直接輸出并行數字信號與時序信號，無需額外AD轉換和專門的時序分離電路。由于集成了信號轉換電路，CMOS攝像頭還可以通過I2C/SCCB總線進行參數設置，如調整亮度，對比度等等。且集成后的攝像頭相比于CCD對整車的重心影響較小。

（1）CMOS 模擬攝像頭
模擬攝像頭以型號OV5116為例，攝像頭具體資料如下所述：
1) 需要穩定的5V電壓供電，和系統板上的供電電源兼容。
2) NTSC制式60Hz，每秒30幀，一幀兩場，最高像素為320×240，有240行，一行有320個點。
3) 視野和可視距離：根據測試的結果，f=3.6MM時視野應該有90度左右，f越大視場越小�？梢暰嚯x需要調節安裝角度和高度。
4) 集成 LM1881，直接輸出 VS 場同步信號、HS 行同步信號，省去了外加同步信號分離電路，方便實用。
如果用 S12 單片機的 A/D 轉換，數據量大，而且需要大大提高 MC9S12XS128單片機的 A/D 采樣頻率，這樣會就需要 MC9S12XS128 超頻使用，造單片機負荷嚴重和系統不穩定。

因此可以選擇不進行 A/D 轉換，而是采用直接的圖像數據硬件二值化，這樣做，一是可以大大減輕單片機負荷，提高系統穩定性；二是采用 S12 的輸入捕捉功能，捕捉行中斷信號，再用 I/0 口采集已經二值化的圖像數據，這樣可以使采集到的有用信息更多更精確。并且適當的調節攝像頭的安裝角度，可以做到提高

使用紅外傳感器的缺點：由于紅外接收管接受的光線是 940nm 的紅外光，而周圍環境中也存在著同樣波長的光線，因此，紅外傳感器比較容易受周圍環境的干擾，另外紅外傳感器發出的光線為不可見光，需要借助手機、數碼相機或者專門的眼鏡才能看到光線，這也給調試帶來了一定的麻煩，而且紅外傳感器前瞻不遠，一般在 20-45cm 之間，這也是越來越多高校學生淘汰紅外傳感器而使用激光傳感器的重要原因之一，但是無論如何，紅外傳感器作為一種入門的傳感器，其容易操作，價格低廉等優勢是無可比擬的。

發射部分，經過調制管，便輸出 180khz 的頻率，經過三極管 8050 放大之后驅動發射管，使發射管以 180KHZ 的頻率， 20%-30%的占空比發射出 650nm 的光線，照射到賽道后，黑線和白板反射回來的信號有區別，接收管接收到不同的反射信號，輸出高和低電平，由單片機識別，從而達到識別路徑的功能。（常態低電平的接收管，黑線對應輸出的是高電平 0.1v，白板輸出的是高電平 4.9v）

調制管的作用是制出 180khz 的頻率，我們同樣可以使用單片機代替，用 PWM調制同樣頻率，同樣占空比的信號來驅動發射管。另外使用三極管驅動的信號一般情況下能夠驅動 1-2 個發射管，發射管的額定電壓一般是在 3v，額定電流是20mA左右。使用三極管放大后發射管兩端的電壓正常范圍是在1.1-1.4v左右（這里是因為經過了調制，所以用數字電表測出來的電壓也就在這個范圍內，如果用示波器測波形，你會發現，最高電平已經到達 3v 左右了）。接下來我們看看電路中的接收部分，在這里要提醒大家注意的是，接收管為什么要上拉 4.7k 左右的電阻呢？這是因為，如果不接上拉電阻，會引起邏輯混亂。就是說如果不接這個上拉電阻，會出現無論照到黑的還是白的，接收管內部沒有上拉功能，所以總是輸出一個電平。上拉電阻旁邊的指示燈，起指示作用，讓我們比較直觀看到接收管接收回來的信號明顯的變化；另外，接收管的電源兩端必須接瓷片電容 104，學過高頻電路的同學都應該知道，這個電容是必須的，陶瓷小電容在高頻電路中也是經常使用到的。
看完了三極管放大，下面我們來看看另外一種激光接法，接收管的接法相同，在發射電路驅動上，采用的是使用反相器 74LS04 來驅動放大調制管調制后的信號，下面是電路圖：

圖3.12 反相器放大的激光線路圖

原理是差不多的，然而這種電路的接法有一個好處，就是可以使用一個調制管來驅動多個發射管。只要把調制管的信號輸入到反相器的六個輸入端即可，而且驅動力超強，光點亮度比三極管驅動的要強很多，這是提高大前瞻的保障。一個反相器可以接多個發射管，而一個調制管可以接到多個反相器，其他原理相同，這里就不多說了。
看到這里相信大家對激光基本上就有了一個認識了，在這個基礎上，再多多嘗試就能夠駕馭激光了。

掌握了激光之后，有些同學可能會想將一個激光接收管當多個接收管使用，這該怎么做呢，可以使用分時發射，一個接收管對應多個發射管，不同時間段接收到不同發射管發出的光線，就可以將一個接收管當做多個接收管使用，說到分時發射，可以使用三極管做開關作用，或者使用場效應管起開關作用，也可以使用譯碼器（比如 74LS138），至于使用哪種比較好，是見仁見智，只要你自己用的習慣就可以了。
4、電磁組方案
（1）工型電感傳感器
工字型電感能夠較好、較靈敏地反應當前的各種交流信息，另外它還能通過不同的傾角獲得較好的前瞻。缺點是：質量較大，影響小車的轉彎性能。
（2）色環電感傳感器
色環電感的體積較小，適合做多排傳感器方案。缺點是：相同的條件下感應回來的電流較小。
（3）硬件設計
1)放大電路。如果你想要自己的傳感器在你想要的高度上，水平平移時能有著較好的線性變化，那么你必須選擇一個適合自己傳感器的放大電路，即調整放大倍數，使傳感器在相應高度上水平移動時的反饋信號是線性變化的。根據官方網上提供的放大電路，我們設計了以下的電路：

有人選用運放芯片做自己的放大電路的， LM386 是一種不錯的選擇，具體的電路可根據自己的需求進行自主設計。
2）傳感器排布。要想自己的傳感器有著更多的道路信息，就要在傳感器排布上下一定的功夫，個人覺得兩排傳感器采集的道路信息是足夠控制整部車的。第一排為 5 個電感，伸長長度為 40cm,其中水平電感為色環，主要用于反饋道路水平信息，豎直的為工字型電感，主要用于直道進入彎道和檢測十字交叉，如圖所示：

而第二排只需要兩個水平擺放的工字型電感就已經足夠：當第一排丟失信號時采用第二排就行小車的控制。（此方案僅供參考）另外說明：如果智能車第一排電感有前瞻的話，那么車的支架長度就不必加到 80cm甚至更大。其實，電磁想做前瞻的話，不能單單靠加長支架的長度，還得采用工字型電感及45度的電感擺放，這樣40cm的車就可以做到60cm的前瞻，同時加上第二三排的電感的應用及運用攝像頭多行多列的思想，就可以進行舵機轉角的微調，并且能完全做到小 S 直沖，大 S 當做小 S 處理，速度就可以達到光電組甚至攝像頭組的速度。

完整的pdf格式文檔51黑下載地址（共41頁）：

飛思卡爾智能車新手入門解決方案.pdf (1.91 MB, 下載次數: 594)

作者: 1980786831 時間: 2018-6-19 10:53
感謝分享，我去試試

作者: elevener 時間: 2018-7-7 20:53
黑幣不夠，看不了完整的

作者: Jun默默淡定 時間: 2018-7-11 19:57
樓主這本書拿來講飛思卡爾不太合適，做做尋跡避障或者說遙控的還行，飛思卡爾的話建議看《“飛思卡爾”杯智能汽車設計與實例教程》比較合適飛卡新手看

作者: 每一天abc 時間: 2018-10-15 11:18
可以分享嗎

作者: 更多更透氣 時間: 2018-10-28 11:11
很有用

作者: marcate 時間: 2018-11-13 16:43
感覺飛思卡爾用51單片機的時候不多吧
更多的應該是32
但這本書真的挺好

作者: Jun默默淡定 時間: 2018-11-13 18:10
這書嚴重過時了，零幾年的時候還適用，現在早就過時了

作者: lwh999995 時間: 2018-12-8 18:20
總的來說還是不錯的

作者: 雨墨丶 時間: 2018-12-12 21:47
求資料

作者: junlin625 時間: 2019-3-5 18:58
感謝大佬！

作者: ShawnArris 時間: 2019-4-6 17:13
感謝大佬，正在學習這方面的知識

作者: xrt5555 時間: 2019-6-8 15:12
感謝，正好在學習這方面的知識，苦于找不到資料

作者: firefox007 時間: 2019-6-11 11:24
黑幣不夠，看不了完整的

作者: 鵬1234567 時間: 2019-11-26 09:50
謝謝，了解了很多

作者: #塵風 時間: 2019-11-27 19:30
希望有智能循跡小車的程序，最好是用攝像頭跑的，謝謝哦

作者: #塵風 時間: 2019-11-27 19:40
贊贊贊�。�

作者: #塵風 時間: 2019-11-27 19:41

elevener 發表于 2018-7-7 20:53
黑幣不夠，看不了完整的

我也是，剛新手報道

作者: 星~辰 時間: 2019-12-30 11:15
謝謝樓主分享

作者: zhanhe 時間: 2020-4-16 16:16
感謝分享

作者: 下一個夏天 時間: 2021-4-6 20:52
可以可以，點贊，收益頗多

歡迎光臨 (http://m.zg4o1577.cn/bbs/)