飞思卡尔智能循迹小车新手入门教程(电路与原理的超详细讲解) -

标题: 飞思卡尔智能循迹小车新手入门教程(电路与原理的超详细讲解) [打印本页]

作者: iholdon 时间: 2018-6-2 19:03
标题: 飞思卡尔智能循迹小车新手入门教程(电路与原理的超详细讲解)
这是关于飞思卡尔循迹智能车入门的基础资料，写得非常通俗易懂，及其详细，因此分享给大家.

一、  基于飞思卡尔芯片的智能循迹车
1、智能循迹车简介
运用 Freescale S12单片机控制模型车自动沿着黑白（电磁组是检测赛道通有交流信号的导线来实现寻迹）赛道完成比赛。主要包括智能车的组装、机械机构的调整、系统设计方案和程序控制策略的选定、硬件电路和软件控制的设计等几部分。
传感器类型简介：用摄像头，光电传感器（如红外、激光）、电磁传感器采集跑道信号，把信号传送到MC9S12XS128主芯片进行处理，通过程序处理，分辨出赛道的黑线变化情况，控制转速和转向，使小车实现自动寻迹，在此基础上，再提高小车速度，对小车行驶路径进行优化。本比赛涵盖了电工与电子技术、编控制程、传感技术（如速度传感、光传感等）、信号处理、模式识别、制图、计算机、机械、电子通讯等多门学科。

2、摄像头组方案
图像传感器根据感光原理可以分为CCD图像传感器和CMOS图像传感器。根据信号输出形式又可以分为模拟信号输出与数字信号输出。下面分别就图像传感器的两种类型进行简单的讨论。
方案一：CCD摄像头
CCD摄像头寻迹方案的优点是图像质量高，动态性能好，可以更远更早地感知赛道的变化，分辨率高，识别路径参数多；缺点是数据量大，需要较大的存储空间，数据处理时间比较长，信号处理比较复杂，另外CCD工作电压为12V，需用斩波升压电路或DC-DC升压得到12V电源。且体积大，能耗高无法和外围信号处理电路集成。但是因其成像质量较CMOS好的原因，摄像头丰富的信息量为小车的最佳控制提供了保证。
方案二：CMOS摄像头
CMOS的缺点是图像质量较CCD差，动态性能不如CCD。但CMOS的优点是体积小，像素阵列可以和信号处理器集成在一起，由于集成了内部信号处理器，所以可以设置参数，故CMOS芯片一般可以直接同步输出数字信号和时序信号。
CMOS图像传感器的图像质量虽然较CCD的差，像素较低，但是对于智能车控制已经完全足够了。CMOS传感器相较于CCD有着以下的优点：
1、CMOS图像传感器功耗小，一般只需5V电压即可工作，甚至有3.3V型号，同时，CMOS传感器的电源与系统大多数芯片和控制电路相兼容，相较与CCD需要12V的电压需求相比，无需额外升压电路，简化了电路，提高了可靠性。
2、CMOS数字图像传感器由于体积小，所以可以将感光阵列与信号处理电路集成在一起。比如AD，时序信号分离电路等。这样最大的优点就是CMOS摄像头可以直接输出并行数字信号与时序信号，无需额外AD转换和专门的时序分离电路。由于集成了信号转换电路，CMOS摄像头还可以通过I2C/SCCB总线进行参数设置，如调整亮度，对比度等等。且集成后的摄像头相比于CCD对整车的重心影响较小。

（1）CMOS 模拟摄像头
模拟摄像头以型号OV5116为例，摄像头具体资料如下所述：
1) 需要稳定的5V电压供电，和系统板上的供电电源兼容。
2) NTSC制式60Hz，每秒30帧，一帧两场，最高像素为320×240，有240行，一行有320个点。
3) 视野和可视距离：根据测试的结果，f=3.6MM时视野应该有90度左右，f越大视场越小。可视距离需要调节安装角度和高度。
4) 集成 LM1881，直接输出 VS 场同步信号、HS 行同步信号，省去了外加同步信号分离电路，方便实用。
如果用 S12 单片机的 A/D 转换，数据量大，而且需要大大提高 MC9S12XS128单片机的 A/D 采样频率，这样会就需要 MC9S12XS128 超频使用，造单片机负荷严重和系统不稳定。

因此可以选择不进行 A/D 转换，而是采用直接的图像数据硬件二值化，这样做，一是可以大大减轻单片机负荷，提高系统稳定性；二是采用 S12 的输入捕捉功能，捕捉行中断信号，再用 I/0 口采集已经二值化的图像数据，这样可以使采集到的有用信息更多更精确。并且适当的调节摄像头的安装角度，可以做到提高

使用红外传感器的缺点：由于红外接收管接受的光线是 940nm 的红外光，而周围环境中也存在着同样波长的光线，因此，红外传感器比较容易受周围环境的干扰，另外红外传感器发出的光线为不可见光，需要借助手机、数码相机或者专门的眼镜才能看到光线，这也给调试带来了一定的麻烦，而且红外传感器前瞻不远，一般在 20-45cm 之间，这也是越来越多高校学生淘汰红外传感器而使用激光传感器的重要原因之一，但是无论如何，红外传感器作为一种入门的传感器，其容易操作，价格低廉等优势是无可比拟的。

发射部分，经过调制管，便输出 180khz 的频率，经过三极管 8050 放大之后驱动发射管，使发射管以 180KHZ 的频率， 20%-30%的占空比发射出 650nm 的光线，照射到赛道后，黑线和白板反射回来的信号有区别，接收管接收到不同的反射信号，输出高和低电平，由单片机识别，从而达到识别路径的功能。（常态低电平的接收管，黑线对应输出的是高电平 0.1v，白板输出的是高电平 4.9v）

调制管的作用是制出 180khz 的频率，我们同样可以使用单片机代替，用 PWM调制同样频率，同样占空比的信号来驱动发射管。另外使用三极管驱动的信号一般情况下能够驱动 1-2 个发射管，发射管的额定电压一般是在 3v，额定电流是20mA左右。使用三极管放大后发射管两端的电压正常范围是在1.1-1.4v左右（这里是因为经过了调制，所以用数字电表测出来的电压也就在这个范围内，如果用示波器测波形，你会发现，最高电平已经到达 3v 左右了）。接下来我们看看电路中的接收部分，在这里要提醒大家注意的是，接收管为什么要上拉 4.7k 左右的电阻呢？这是因为，如果不接上拉电阻，会引起逻辑混乱。就是说如果不接这个上拉电阻，会出现无论照到黑的还是白的，接收管内部没有上拉功能，所以总是输出一个电平。上拉电阻旁边的指示灯，起指示作用，让我们比较直观看到接收管接收回来的信号明显的变化；另外，接收管的电源两端必须接瓷片电容 104，学过高频电路的同学都应该知道，这个电容是必须的，陶瓷小电容在高频电路中也是经常使用到的。
看完了三极管放大，下面我们来看看另外一种激光接法，接收管的接法相同，在发射电路驱动上，采用的是使用反相器 74LS04 来驱动放大调制管调制后的信号，下面是电路图：

图3.12 反相器放大的激光线路图

原理是差不多的，然而这种电路的接法有一个好处，就是可以使用一个调制管来驱动多个发射管。只要把调制管的信号输入到反相器的六个输入端即可，而且驱动力超强，光点亮度比三极管驱动的要强很多，这是提高大前瞻的保障。一个反相器可以接多个发射管，而一个调制管可以接到多个反相器，其他原理相同，这里就不多说了。
看到这里相信大家对激光基本上就有了一个认识了，在这个基础上，再多多尝试就能够驾驭激光了。

掌握了激光之后，有些同学可能会想将一个激光接收管当多个接收管使用，这该怎么做呢，可以使用分时发射，一个接收管对应多个发射管，不同时间段接收到不同发射管发出的光线，就可以将一个接收管当做多个接收管使用，说到分时发射，可以使用三极管做开关作用，或者使用场效应管起开关作用，也可以使用译码器（比如 74LS138），至于使用哪种比较好，是见仁见智，只要你自己用的习惯就可以了。
4、电磁组方案
（1）工型电感传感器
工字型电感能够较好、较灵敏地反应当前的各种交流信息，另外它还能通过不同的倾角获得较好的前瞻。缺点是：质量较大，影响小车的转弯性能。
（2）色环电感传感器
色环电感的体积较小，适合做多排传感器方案。缺点是：相同的条件下感应回来的电流较小。
（3）硬件设计
1)放大电路。如果你想要自己的传感器在你想要的高度上，水平平移时能有着较好的线性变化，那么你必须选择一个适合自己传感器的放大电路，即调整放大倍数，使传感器在相应高度上水平移动时的反馈信号是线性变化的。根据官方网上提供的放大电路，我们设计了以下的电路：

有人选用运放芯片做自己的放大电路的， LM386 是一种不错的选择，具体的电路可根据自己的需求进行自主设计。
2）传感器排布。要想自己的传感器有着更多的道路信息，就要在传感器排布上下一定的功夫，个人觉得两排传感器采集的道路信息是足够控制整部车的。第一排为 5 个电感，伸长长度为 40cm,其中水平电感为色环，主要用于反馈道路水平信息，竖直的为工字型电感，主要用于直道进入弯道和检测十字交叉，如图所示：

而第二排只需要两个水平摆放的工字型电感就已经足够：当第一排丢失信号时采用第二排就行小车的控制。（此方案仅供参考）另外说明：如果智能车第一排电感有前瞻的话，那么车的支架长度就不必加到 80cm甚至更大。其实，电磁想做前瞻的话，不能单单靠加长支架的长度，还得采用工字型电感及45度的电感摆放，这样40cm的车就可以做到60cm的前瞻，同时加上第二三排的电感的应用及运用摄像头多行多列的思想，就可以进行舵机转角的微调，并且能完全做到小 S 直冲，大 S 当做小 S 处理，速度就可以达到光电组甚至摄像头组的速度。

完整的pdf格式文档51黑下载地址（共41页）：

飞思卡尔智能车新手入门解决方案.pdf (1.91 MB, 下载次数: 594)

作者: 1980786831 时间: 2018-6-19 10:53
感谢分享，我去试试

作者: elevener 时间: 2018-7-7 20:53
黑币不够，看不了完整的

作者: Jun默默淡定 时间: 2018-7-11 19:57
楼主这本书拿来讲飞思卡尔不太合适，做做寻迹避障或者说遥控的还行，飞思卡尔的话建议看《“飞思卡尔”杯智能汽车设计与实例教程》比较合适飞卡新手看

作者: 每一天abc 时间: 2018-10-15 11:18
可以分享吗

作者: 更多更透气 时间: 2018-10-28 11:11
很有用

作者: marcate 时间: 2018-11-13 16:43
感觉飞思卡尔用51单片机的时候不多吧
更多的应该是32
但这本书真的挺好

作者: Jun默默淡定 时间: 2018-11-13 18:10
这书严重过时了，零几年的时候还适用，现在早就过时了

作者: lwh999995 时间: 2018-12-8 18:20
总的来说还是不错的

作者: 雨墨丶 时间: 2018-12-12 21:47
求资料

作者: junlin625 时间: 2019-3-5 18:58
感谢大佬！

作者: ShawnArris 时间: 2019-4-6 17:13
感谢大佬，正在学习这方面的知识

作者: xrt5555 时间: 2019-6-8 15:12
感谢，正好在学习这方面的知识，苦于找不到资料

作者: firefox007 时间: 2019-6-11 11:24
黑币不够，看不了完整的

作者: 鹏1234567 时间: 2019-11-26 09:50
谢谢，了解了很多

作者: #尘风 时间: 2019-11-27 19:30
希望有智能循迹小车的程序，最好是用摄像头跑的，谢谢哦

作者: #尘风 时间: 2019-11-27 19:40
赞赞赞！！

作者: #尘风 时间: 2019-11-27 19:41

elevener 发表于 2018-7-7 20:53
黑币不够，看不了完整的

我也是，刚新手报道

作者: 星~辰 时间: 2019-12-30 11:15
谢谢楼主分享

作者: zhanhe 时间: 2020-4-16 16:16
感谢分享

作者: 下一个夏天 时间: 2021-4-6 20:52
可以可以，点赞，收益颇多

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