自动化概论PPT

2.3.3
传感器接口电路
除了要正确选择传感器的类型外，还要设计最 佳的接口电路。所谓接口电路，就是要把传感器与 佳的接口电路。所谓接口电路，就是要把传感器与 后续的有关电路联系起来的电路。接口电路的设计 后续的有关电路联系起来的电路。接口电路的设计 需要考虑两个问题：一个是传感器的输出与计算机 需要考虑两个问题：一个是传感器的输出与计算机 的输入匹配问题；另一个是选择器件的问题。一般 的输入匹配问题；另一个是选择器件的问题。一般 传感器的输出信号有三种形式：数字开关量、数字 传感器的输出信号有三种形式：数字开关量、数字 脉冲和模拟信号。 脉冲和模拟信号。 （1）数字开关量信号分为电压输出型和触点 ）数字开关量信号分为电压输出型和触点 型。如果传感器的输出电压信号为0 V或2 V，可以 。如果传感器的输出电压信号为0 V或 V，可以 直接和控制装置相连接，但是由于这种信号有抖动， 所以在与计算机连接时要采用消除抖动电路。 （2）数字脉冲电路用计数器计数后送入计算 机，通过对脉冲的计数来达到对信息的采集。一般
2.2.1 光电式传感器
图2.2 光电式传感器的基本组成
2.2.2 图像传感器 。智能车 图像传感器在智能车设计中非常常见。 图像传感器在智能车设计中非常常见
路径识别模块中的摄像头的重要组成部分就是图像 传感器。 图像传感器又称为成像器件或摄像器件， 传感器 。 图像传感器又称为成像器件或摄像器件 ， 可实现可见光、紫外线、 射线、近红外光等的探测， 可实现可见光、紫外线、X射线、近红外光等的探测， 是现代视觉信息获取的一种基础器件。 是现代视觉信息获取的一种基础器件 。 因其能实现 信息的获取、 转换和视觉功能的扩展（ 光谱拓宽、 信息的获取 、 转换和视觉功能的扩展 （ 光谱拓宽 、 灵敏度范围扩大） 能给出直观 、 真实、 多层次 、 灵敏度范围扩大 ） ， 能给出直观、 真实 、 多层次、 多内容的可视图像信息， 多内容的可视图像信息 ， 图像传感器在现代科学技 术中得到越来越广泛的应用。 术中得到越来越广泛的应用。
2.2 传感器系统
在工程上，系统中各种物理量都必须 在工程上，系统中各种物理量都必须 转换成一定规格的信号（电信号或气压信 号）才能被检测、采集和显示。所谓传感 号）才能被检测、采集和显示。所谓传感 器，即是将被测量按照一定的物理或化学 原理转换成某种规定的输出信号的装置或 器件。
2.2 传感器系统
2.2 传感器系统
Байду номын сангаас
图2.1 传感器组成方框图
图2.1 传感器组成方框图
2.2 传感器系统
智能汽车设计中涉及到的传感器主要有三种：。
1 光电式传感器 2 图像传感器 3 测速传感器
2.2.1 光电式传感器
光电式传感器是利用光电器件把 光信号转换成电信号的装置。光电式 光信号转换成电信号的装置。光电式 传感器工作时，先将被测量转换为光 量的变化，然后通过光电器件再把光 量的变化转换为相应的电量变化，从 而实现非电量的测量。光电式传感器 的核心（敏感元件）是光电器件，光 核心（敏感元件）是光电器件，光 电器件的基础是光电效应。 电器件的基础是光电效应。
2.3.2
电机驱动电路
2.3.2
电机驱动电路
2.3.2
电机驱动电路
如图2.12所示电路中电机的转动方向由 如图2.12所示电路中电机的转动方向由 I/O1和I/O2的电平来决定。当I/O1和I/O2为 I/O1和I/O2的电平来决定。当I/O1和I/O2为 00时，VT1，VT2导通，VT3, VT4截止，加在 00时，VT1，VT2导通，VT3, VT4截止，加在 电机两端上的电压差为0 V，电机不转。当 电机两端上的电压差为0 V，电机不转。当 I/O1和I/O2为01时，VT1, VT4导通，VT2, I/O1和I/O2为01时，VT1, VT4导通，VT2, VT3截止；当I/O1和I/O2为10时，VT1, VT3截止；当I/O1和I/O2为10时，VT1, VT4 截止，VT2, VT3导通。这两种情况流经电机 截止，VT2, VT3导通。这两种情况流经电机 上的电流方向互为相反，电机转动方向也相 反。当I/O1和I/O2为11时，VT1, VT2截止， 反。当I/O1和I/O2为11时，VT1, VT2截止， VT3, VT4导通，加在电机两端上的电压差为 VT4导通，加在电机两端上的电压差为 0 V，电机不转。 V，电机不转。
全国大学生“飞思卡尔” 全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是 在规定的模型汽车平台上， 在规定的模型汽车平台上，使用飞思卡尔半导体 公司的8 16位微控制器作为核心控制模块 位微控制器作为核心控制模块， 公司的8位、16位微控制器作为核心控制模块， 通过增加道路传感器、 通过增加道路传感器、电机驱动电路以及编写相 应软件，制作一个能够自主识别道路的模型汽车， 应软件，制作一个能够自主识别道路的模型汽车， 按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。 按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。 因而该竞赛是涵盖了控制、模式识别、传感技术、 因而该竞赛是涵盖了控制、模式识别、传感技术、 电子、电气、计算机、机械等多个学科的比赛。 电子、电气、计算机、机械等多个学科的比赛。
图2.3 CCD光电转换特性 光电转换特性
2.2.2 图像传感器
图
摄像头视频信号
2.2.3
1．霍尔传感器
测速传感器
在智能汽车设计中，测速传感器的设计主要 有两种方案：霍尔传感器和光电式脉冲编码器。 有两种方案：霍尔传感器和光电式脉冲编码器。
霍尔传感器是基于霍尔效应原理，将电流、 磁场、位移、压力、压差转速等被测量转换成电 动势输出的一种传感器。虽然转换率低、温度影 动势输出的一种传感器。虽然转换率低、温度影 响大、要求转换精度较高时必须进行温度补偿， 但霍尔传感器具有结构简单、体积小、坚固、频 率响应宽（从直流到微波）、动态范围（输出电 动势的变化）大、无触点、寿命长、可靠性高， 以及易于微型化和集成电路化等优点。
2.2.3
测速传感器
图2.6 霍尔效应原理图
2.2.3
测速传感器
图2.7 三种不同结构的霍尔式转速传感器
2.2.3
测速传感器
2．光电式脉冲编码器 光电式脉冲编码器可将机械位移、 光电式脉冲编码器可将机械位移、转角或速 度变化转换成电脉冲输出，是精密数控采用的检 度变化转换成电脉冲输出，是精密数控采用的检 测传感器。光电编码器的最大特点是非接触式， 测传感器。光电编码器的最大特点是非接触式， 此外还具有精度高、响应快、可靠性高等特点。 此外还具有精度高、响应快、可靠性高等特点。 光电编码器采用光电方法，将转角和位移转 换为各种代码形式的数字脉冲。
2.2.2 图像传感器
（1）光电转换特性 CCD图像传感器的光 CCD图像传感器的光 电转换特性如图2.3所示。 电转换特性如图2.3所示。 图中x轴表示曝光量，y轴 轴表示曝光量，y 表示输出信号幅值，Q 表示输出信号幅值，QSAT 表示饱和输出电荷， QDARK表示暗电荷输出， ES表示饱和曝光量。
通常，传感器由敏感元件和转换元件组成。敏 通常，传感器由敏感元件和转换元件组成。敏 感元件能够随着被测量的变化而引起某种易被测量 的信号的变化，而转换元件则将敏感元件感受或响 应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分， 具体的电量形式取决于敏感元件的原理。除此之外， 具体的电量形式取决于敏感元件的原理。除此之外， 由于转换元件的输出信号一般都很微弱，为方便传 输、转换、处理及显示，通常有信号调理转换电路、 输、转换、处理及显示，通常有信号调理转换电路、 辅助电路等，将转换元件输出的电信号进行放大或 辅助电路等，将转换元件输出的电信号进行放大或 运算调制。因此，传感器的组成通常包括敏感元件、 运算调制。因此，传感器的组成通常包括敏感元件、 转换元件、信号调理转换电路和辅助电路。
飞思卡尔
freescale
• 组员：封扬 李惠飞 马家文 组员：
飞思卡尔
1 飞思卡尔起源及发展 2 智能车主要部件
3
智能车制作主要过程
一、飞思卡尔起源及发展
“飞思卡尔杯”智能车大赛起源于韩国，是韩 国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体 公司资助下举办的以HCSl2单片机为核心的大 公司资助下举办的以HCSl2单片机为核心的大 学生课外科技竞赛。组委会提供一个标准的汽 车模型、直流电机和可充电式电池，参赛队伍 要制作一个能够自主识别路径的智能车，在专 门设计的跑道上自动识别道路行驶，谁最快跑 完全程而没有冲出跑道并且技术报告评分较高， 谁就是获胜者。其设计内容涵盖了控制、模式 识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、 机械、能源等多个学科的知识，对学生的知识 融合和实践动手能力的培养，具有良好的推动 作用。 作用。
二、智能车主要部件
1 基本硬件
2
传感器系统
3 电路设计
2.1 智能车设计基 础—硬件
从外观上看， 从外观上看 ， 智能车系统主要表现为 由一系列的硬件组成， 包括组成车体的 底 由一系列的硬件组成 ， 包括组成车体的底 盘 、 轮胎、 舵机装置、 马达装置、 道路检 轮胎 、 舵机装置 、 马达装置 、 测装置、测速装置和控制电路板等 测装置、测速装置和控制电路板等。
2.3.2 电机驱动电路
在智能车竞赛中，智能车的速度较快，通常 达到2 m/s以上，因此对电机驱动电流的要求较高， 达到2 m/s以上，因此对电机驱动电流的要求较高， 电机驱动电路必不可少。图2.11是一个典型实用 电机驱动电路必不可少。图2.11是一个典型实用 的简单直流电机调速驱动电路，功率管的选择由 电机的功率决定，其标称电流是电机正常工作时 电流的3 电流的3～5倍（电机启动的时候存在较大的浪涌 电流）。PWM信号的占空比决定电机的转速，故电 电流）。PWM信号的占空比决定电机的转速，故电 机的调速可通过改变PWM信号的占空比实现。 机的调速可通过改变PWM信号的占空比实现。 直流电动机正、反转控制在很多场合会碰到。 下面将介绍用功率管驱动直流电机正、反转的常 用两种方法。