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1、第2章智能汽車設(shè)計基礎(chǔ)--硬件第2章智能汽車設(shè)計基礎(chǔ)—硬件從外觀上看，智能車系統(tǒng)主要表現(xiàn)為由一系列的硬件組成，包括組成車體的底盤、輪胎、舵機裝置、馬達裝置、道路檢測裝置、測速裝置和控制電路板等。本章主要介紹智能車設(shè)計中使用到的傳感器（包括光電式傳感器、圖像傳感器和測速傳感器等）和控制電路板中的功能電路設(shè)計。2.1傳感器系統(tǒng)12.2電路設(shè)計2思考題3第2章智能汽車設(shè)計基礎(chǔ)—硬件2.1傳感器系統(tǒng)在工程上，系統(tǒng)中各種物理量都必須轉(zhuǎn)換成一定規(guī)格的信號（電信號或氣壓信號）才能被檢測、采集和顯示。所謂傳感器，即是將被測量按照一定的物理或化學(xué)原理轉(zhuǎn)換成某種規(guī)定的輸出信號的裝置或器件。2.1傳感
2、器系統(tǒng)通常，傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。敏感元件能夠隨著被測量的變化而引起某種易被測量的信號的變化，而轉(zhuǎn)換元件則將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號部分，具體的電量形式取決于敏感元件的原理。除此之外，由于轉(zhuǎn)換元件的輸出信號一般都很微弱，為方便傳輸、轉(zhuǎn)換、處理及顯示，通常有信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路、輔助電路等，將轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號進行放大或運算調(diào)制。因此，傳感器的組成通常包括敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路和輔助電路，如圖2.1所示。隨著半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)的發(fā)展，傳感器的信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路與敏感元件、轉(zhuǎn)換元件等一起集成在同一芯片上，安裝在傳感器的殼體里。2.1
3、傳感器系統(tǒng)圖2.1傳感器組成方框圖圖2.1傳感器組成方框圖2.1傳感器系統(tǒng)智能汽車設(shè)計中涉及到的傳感器主要有三種：光電式傳感器、圖像傳感器和測速傳感器。12.1.1光電式傳感器22.1.2圖像傳感器32.1.3測速傳感器2.1.1光電式傳感器光電式傳感器是利用光電器件把光信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。光電式傳感器工作時，先將被測量轉(zhuǎn)換為光量的變化，然后通過光電器件再把光量的變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電量變化，從而實現(xiàn)非電量的測量。光電式傳感器的核心（敏感元件）是光電器件，光電器件的基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。2.1.1光電式傳感器光電式傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度快，可靠性較高，能實現(xiàn)參數(shù)的非接觸測量，因此廣
4、泛地應(yīng)用于各種工業(yè)自動化儀表中。光電式傳感器可用來測量光學(xué)量或測量已先行轉(zhuǎn)換為光學(xué)量的其他被測量，然后輸出一定形式的電信號。在測量光學(xué)量時，光電器件是作為敏感元件使用；而測量其他物理量時，它是作為轉(zhuǎn)換元件使用。光電式傳感器由光路及電路兩大部分組成，光路部分實現(xiàn)被測量信號對光量的控制和調(diào)制，電路部分完成從光信號到電信號的轉(zhuǎn)換。圖2.2(a)所示為測量光量時的組成框圖，圖2.2(b)所示為測量其他物理量時的組成框圖。2.1.1光電式傳感器圖2.2光電式傳感器的基本組成2.1.1光電式傳感器1．光電管的結(jié)構(gòu)與工作原理光電管有真空光電管和充氣光電管兩類，兩者在結(jié)構(gòu)上比較相似，均由一個陰極
5、和一個陽極構(gòu)成，并且密封在一只真空玻璃管內(nèi)。陰極裝在玻璃管內(nèi)壁上，其上涂有光電發(fā)射材料。陽極通常用金屬絲彎曲成矩形或圓形，置于玻璃管的中央。當(dāng)光照在陰極上時，中央陽極可收集從陰極上逸出的電子，在外電場作用下形成電流。充氣光電管的靈敏度好，但其穩(wěn)定性較差、惰性大，容易受溫度影響。在智能車的光電式傳感器模塊設(shè)計中，由于要求溫度影響小和靈敏度穩(wěn)定，所以一般都采用真空式光電管。2.1.1光電式傳感器2．主要性能光電器件的性能主要由伏安特性、光照特性、光譜特性、響應(yīng)時間、峰值探測率和溫度特性來描述。其中，伏安特性、光照特性和光譜特性是選擇光電器件的主要指標。（1）光電管的伏安特性在一定的光
6、照射下，對光電器件的陰極所加電壓與陽極所產(chǎn)生電流之間的關(guān)系稱為光電管的伏安特性。它是應(yīng)用光電式傳感器參數(shù)的主要依據(jù)。2.1.1光電式傳感器（2）光電管的光照特性當(dāng)光電管的陽極和陰極之間所加電壓一定時，光通量與光電流之間的關(guān)系為光電管的光照特性。光照特性曲線的斜率（光電流與入射光光通量之比）稱為光電管的靈敏度。（3）光電管的光譜特性一般對于光電陰極材料不同的光電管，它們有不同的紅限頻率因此它們可用于不同的光譜范圍。除此之外，即使照射在陰極上的入射光的頻率高于紅限頻率，并且強度相同，隨著入射光頻率的不同，陰極發(fā)射的光電子的數(shù)量也不會相同，即同一光電管對于不同頻率的光的靈敏度不同，這就
7、是光電管的光譜特性。2.1.2圖像傳感器圖像傳感器在智能車設(shè)計中非常常見。智能車路徑識別模塊中的攝像頭的重要組成部分就是圖像傳感器。圖像傳感器又稱為成像器件或攝像器件，可實現(xiàn)可見光、紫外線、X射線、近紅外光等的探測，是現(xiàn)代視覺信息獲取的一種基礎(chǔ)器件。因其能實現(xiàn)信息的獲取、轉(zhuǎn)換和視覺功能的擴展（光譜拓寬、靈敏度范圍擴大），能給出直觀、真實、多層次、多內(nèi)容的可視圖像信息，圖像傳感器在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。2.1.2圖像傳感器1．CCD圖像傳感器的分類CCD圖像傳感器從結(jié)
