機器視覺(jué)電子電路設計圖集錦 —電路圖天天讀（82）

　　TOP1 信號燈的線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)器電路設計攻略

　　電路說(shuō)明：本應用筆記介紹了一款線(xiàn)性L(fǎng)ED 驅動(dòng)方案，用于驅動(dòng)6串LED 信號燈，每串包含4只串聯(lián)LED。每串LED 負載具有獨立的陽(yáng)極接點(diǎn)，陰極連接在一起。該電路采用汽車(chē)電池供電，　最低電壓為10V，最高電壓為28V，能夠為每串LED 提供350mA 電流。由于使用共陰極架構，檢流電阻必須放置在LED 串的陽(yáng)極端。LED 驅動(dòng)器（MAX16836）電流檢測輸入端的最大共模電壓限制在4V，因此，檢流電阻兩端的電壓必須經(jīng)過(guò)電平轉換，以地為參考，以符合驅動(dòng)器的要求。一對 PNP 晶體管把LED 檢流電阻的電壓轉換成以GND 為參考的電壓，送入MAX16836電流檢測引腳。下式提供了R1、R2、R3和R4 （電路圖中U1部分）的計算。

　　圖1. 驅動(dòng)器設計原理圖

　　當LED 串的電壓處于最小值（7.6V），而輸入電壓處于最大值（28V）時(shí)，LED 驅動(dòng)電路功耗最大，大于7W。僅通過(guò)電路板散熱很難耗散如此大的熱量，所以，在高輸入電壓情況下，必須使用低占空比（低至25%）的調光信號驅動(dòng) UNIVERSAL DIM 輸入，以降低驅動(dòng)器的功耗。

　　解讀NCV70522汽車(chē)自適應前照燈系統電路

　　由于機械結構的限制，自適應前照燈系統（AFS）應用中，步進(jìn)電機有時(shí)可能會(huì )堵轉。一旦電機堵轉，電子控制單元（ECU）將失去前照燈位置的跟蹤信息并作出不恰當的反應，滋生極嚴重的安全問(wèn)題，所以AFS 應用中堵轉檢測是必不可少的。通?？梢酝ㄟ^(guò)電機的反電動(dòng)勢（BEMF）來(lái)判斷電機堵轉與否。BEMF 因電機速度、負載及供電電壓的不同而變化。傳統的步進(jìn)電機驅動(dòng)芯片無(wú)BEMF 輸出，但包含內置堵轉檢測算法?？蛻?hù)僅可以在寄存器里設定固定的堵轉認定臨界值，這表示在真實(shí)道路條件下所有設定值都必須在工作之前“離線(xiàn)”預設，而不能適配真實(shí)工作條件。NCV70522微步步進(jìn)電機驅動(dòng)器透過(guò)SLA 引腳提供BEMF 輸出，這表示它能實(shí)時(shí)進(jìn)行停轉檢測計算，并根據不同條件來(lái)調節檢測等級。

　　NCV70522是一款微步步進(jìn)電機驅動(dòng)器，用于雙極型步進(jìn)電機。這芯片通過(guò)I/O 引腳及SPI 接口連接至外部微控制器。NCV70522輸出電流有多種選擇。它根據“NXT”輸入引腳上的脈沖信號以及方向寄存器［DIRCTRL］或“DIR”輸入引腳的狀態(tài)來(lái)轉動(dòng)下一個(gè)微步。這器件提供從滿(mǎn)步到32微步的細分、由SPI 寄存器SM［2:0］來(lái)選擇的7種步進(jìn)模式。NCV70522包含SLA 的輸出，可以用于堵轉檢測算法及根據電機的BEMF 來(lái)調節轉矩和速度計算。典型應用電路圖如圖所示。

　　當系統上電時(shí)候，微控制器就會(huì )初始化，NCV70522復位。這些動(dòng)作完成時(shí)，線(xiàn)圈電流及步進(jìn)模式將被設定。然后電機驅動(dòng)器將啟用。NXT 脈沖將被發(fā)送實(shí)現轉動(dòng)電機。電機轉速等于NXT 脈沖頻率乘以步進(jìn)細分模式的值。

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　　TOP2 解讀兩種機器視覺(jué)系統電路設計方案

　　機器人行走電路由驅動(dòng)電路和直流電機的正反轉電路兩個(gè)單元構成。電路通過(guò)運用555構成的多諧振蕩電路，同步計數器74LS196，七段譯碼器 74LS248，雙JK觸發(fā)器等基本單元電路，通過(guò)上述基本電路的級聯(lián)組合，構成機器人行走電路。電路有效地實(shí)現機器人的行走與后退，通過(guò)調節阻值的大小而控制行走的時(shí)間，時(shí)間在數碼顯示管顯示。利用三極管的導通和截止控制機器人的行走方向，從而滿(mǎn)足設計電路的要求。

　　電路原理系統框圖

　　方案一 電路圖

　　555構成多諧振蕩電路產(chǎn)生方波信號，74LS196構成十進(jìn)制計數器，74LS248控制七段共陰極數碼管顯示電路顯示，計數器計數滿(mǎn)產(chǎn)生觸發(fā)信號觸發(fā)雙JK觸發(fā)器，雙JK觸發(fā)器在觸發(fā)信號的作用下輸出發(fā)生高低電平跳變，觸發(fā)器發(fā)生信號驅動(dòng)直流電機兩端壓差發(fā)生正負跳變，直流電機正反轉，實(shí)現機器人的前進(jìn)和后退。電路中各個(gè)開(kāi)關(guān)控制電機的轉動(dòng)及轉動(dòng)方向和時(shí)間。

　　方案二 電路圖

　　74LS123構成的定時(shí)器產(chǎn)生矩形波信號，用74HC161和與非門(mén)74HC03構成加十進(jìn)制計數器，74LS248控制七段共陰極數碼管顯示電路顯示，計數器計數滿(mǎn)產(chǎn)生觸發(fā)信號觸發(fā)雙JK觸發(fā)器，雙JK觸發(fā)器在觸發(fā)信號的作用下輸出發(fā)生高低電平跳變，通過(guò)直流電機驅動(dòng)電路改變電機兩端電壓方向，進(jìn)而改變電機轉向。電路中開(kāi)關(guān)也可是電機制動(dòng)，正反轉。

　　機器人行走電路工作原理

　　555構成的多諧振蕩電路產(chǎn)生方波信號接到74LS196時(shí)鐘端觸發(fā)74LS196加計數器計數，并通過(guò)74LS248驅動(dòng)七段共陰極數碼管顯示計數。加計數器計數滿(mǎn)十，通過(guò)74HC20與非門(mén)產(chǎn)生下降沿信號驅動(dòng)雙JK觸發(fā)器使JK觸發(fā)器構成的T‘觸發(fā)器輸出取非，從而驅動(dòng)三極管構成的開(kāi)關(guān)電路，通過(guò)各個(gè)三極管的導通與截止來(lái)實(shí)現直流電機兩端的壓差的正負跳變，驅動(dòng)直流電動(dòng)機的正反轉，實(shí)現小車(chē)的前進(jìn)與后退。其中，通過(guò)調節四個(gè)單刀五擲開(kāi)關(guān)可以改變多諧電路輸出方波周期，來(lái)調節小車(chē)的前進(jìn)與后退的時(shí)間。多諧振蕩電路產(chǎn)生方波信號接入到74196時(shí)鐘端，驅動(dòng)74196進(jìn)行加計數。圖中 74196接成了10進(jìn)制加計數器，計數滿(mǎn)十時(shí)通過(guò)74HC20與非門(mén)接入到清零端進(jìn)行清零。由于計數到10時(shí)，便會(huì )立刻清零，不會(huì )在數碼管上顯示，所以此時(shí)信號很弱，不可以作為觸發(fā)信號驅動(dòng)JK觸發(fā)器，JK觸發(fā)器觸發(fā)信號是計數到9時(shí)，通過(guò)74HC20輸出下降沿信號觸發(fā)。數碼顯示電路通過(guò)，74LS248驅動(dòng)的七段共陰極數碼管進(jìn)行顯示。

　　MSP430F2274單片機設計的倒車(chē)雷達系統電路

　　隨著(zhù)人們對汽車(chē)輔助駕駛系統智能化要求的提高和汽車(chē)電子系統的網(wǎng)絡(luò )化發(fā)展，新型的倒車(chē)雷達應能夠連續測距并顯示障礙物距離，并具有通信功能，能夠把數據發(fā)送到汽車(chē)總線(xiàn)上去。以往的倒車(chē)雷達設計使用的元器件較多，功能也較簡(jiǎn)單。本文介紹的基于新型高性能超低功耗單片機MSP430F2274的倒車(chē)雷達可以彌補以往產(chǎn)品的不足。

　　系統采用超聲波測距原理。超聲波測距儀器一般由發(fā)射器、接收器和信號處理器三部分組成。工作時(shí)，超聲波發(fā)射器發(fā)出超聲波脈沖，超聲波接收器接收遇到障礙物反射回來(lái)的反射波，準確測量超聲波從發(fā)射到遇到障礙物反射返回的時(shí)間，根據超聲波的傳播速度，可以計算出障礙物距離。作為一種非接觸式的檢測方式，超聲波具有空氣傳播衰減小、反射能力和穿透性強的特點(diǎn)。超聲波測距具有在近距離范圍內有不受光線(xiàn)和雨雪霧的影響、結構簡(jiǎn)單、制作方便和成本低等優(yōu)點(diǎn)。高性能的單片機結合超聲波測距，可以實(shí)現功能強大、使用方便的倒車(chē)雷達。TI 公司的16位單片機MSP430F2274功耗極低，片上資源豐富，同時(shí)利用JTAG 接口技術(shù)，可以對片上閃存方便的編程，便于軟件的升級，非常適合作為倒車(chē)雷達系統的微控制器。

　　TOP3 MSP430F2274單片機設計的倒車(chē)雷達系統電路

　　系統的主控電路圖如圖2所示。本系統中選用的MSP430F2274片內有32Kb 閃存和1Kb RAM，因此無(wú)須外擴存儲器。外接的32.768kHz 晶振作為CPU 關(guān)閉狀態(tài)Basic-TImer 的時(shí)鐘源，同時(shí)也作為系統的車(chē)載時(shí)鐘使用。超聲波發(fā)送模塊電路如圖3所示，由超聲波產(chǎn)生和發(fā)射兩部分組成。超聲波的產(chǎn)生方法有兩種：硬件發(fā)生法和軟件發(fā)生法。常用的硬件發(fā)生法常采用如下方案：超聲波由CD4011構成的振蕩器振蕩產(chǎn)生，經(jīng)升壓變換推動(dòng)超聲波換能器而發(fā)射出去，振蕩器的起振和停振由單片機來(lái)控制。本設計采用軟件發(fā)生法，因為通過(guò)軟件發(fā)生法既可以減少硬件的復雜程度，降低系統的成本，又具有靈活性強、容易實(shí)現、穩定性好的優(yōu)點(diǎn)。本系統利用 MSP430F2274單片機的定時(shí)器功能來(lái)產(chǎn)生穩定的PWM（40Hz）脈沖波，并通過(guò)I/O 端口P2.3輸出到超聲波發(fā)射部分。在超聲波發(fā)射電路中CD4049一共包括了6個(gè)非門(mén)，圖3中線(xiàn)路僅使用了3個(gè)，為了防止干擾或被靜電擊穿導致整個(gè) CD4049損壞，把沒(méi)有使用的那一側的3個(gè)非門(mén)串起來(lái)做接地處理。當控制端輸出一系列固定頻率脈沖時(shí)，在壓電陶瓷型超聲波發(fā)射換能器UCM-40-T 上就固定頻率的加正電壓和反電壓，發(fā)出大功率的超聲波，所得到的波形比其他方式效果更理想。

　　超聲波接收電路如圖4所示。這是本系統設計和調試的一個(gè)難點(diǎn)。壓電陶瓷型超聲波接收器UCM-40-R 接收反射的超聲波轉換為40kHz 毫伏級的電壓信號，需要經(jīng)過(guò)放大、處理、才能用于觸發(fā)單片機中斷。一方面傳感器輸出信號微弱，由于反射條件不同，需要放大倍數的范圍大約是 100～5000，另一方面傳感器輸出阻抗較大，需要高輸入阻抗的多級放大電路，而高輸入阻抗容易接收干擾信號。通常采用兩種方案：一是采用運算放大器組成多級選頻放大電路；二是采用專(zhuān)用的集成前置放大器。第一種方案容易產(chǎn)生自激振蕩，要使接收電路達到很好靈敏度和抗干擾效果，電路的調試是較困難的。本系統采用專(zhuān)用的集成電路前置放大器CX20106，它由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分器、整型電路組成。其中前置放大器具有自動(dòng)增益控制功能，可以保證在超聲波傳感器接收較遠反射信號輸出微弱電壓時(shí)放大器有較高的增益，在近距離輸入信號強時(shí)放大器不會(huì )過(guò)載。調節芯片引腳5的外接電阻 R3，將它的濾波器的中心頻率設置在40kHz，達到了很好的效果。當接收到與濾波器中心頻率相符的信號時(shí)，其輸出引腳7輸出一個(gè)低電平，而輸出引腳7直接接到MSP430F2274的P2.2上，以觸發(fā)中斷。

　　TOP4 報警模塊采用簡(jiǎn)單的聲光報警電路

　　報警模塊采用簡(jiǎn)單的聲光報警電路，如圖5所示。先設定一個(gè)臨界值，當車(chē)尾與障礙物的距離小于設定的最小距離時(shí)，紅色指示燈閃亮，綠色指示燈熄滅。單片機向其端口發(fā)出PWM 脈沖，隨著(zhù)距離的減小，通過(guò)控制PWM 脈沖的占空比使閃光和蜂鳴的頻率加劇，以此來(lái)提示駕駛員。

　　通信接口電路如圖6所示。采用美信的MAX3232芯片，外圍電路非常簡(jiǎn)單，只需要5個(gè)0.1μF 。該電路把單片機串口輸出信號隔離變換成RS-232信號發(fā)送到汽車(chē)總線(xiàn)上，同時(shí)還可以實(shí)現該系統計算機的通信。

　　鍵盤(pán)和顯示電路如圖7所示，由鍵盤(pán)和液晶顯示兩部分組成。其中鍵盤(pán)采用獨立式按鍵，有3個(gè)按鍵，一個(gè)設置鍵、一個(gè)上翻鍵、一個(gè)下翻鍵?？梢赃M(jìn)行報警值、工作方式、時(shí)鐘等各個(gè)參數的設置。液晶顯示電路采用ZJM12864BSBD 這款低功耗的點(diǎn)陣圖形式LCD，顯示格式為128點(diǎn)（列）&TImes;64點(diǎn)（行），具有多功能指令，容易使用，可實(shí)時(shí)的顯示時(shí)鐘、距離和報警提示信息，方便直觀(guān)。采用模塊化設計，程序由主程序、測距子程序和鍵盤(pán)顯示子程序、時(shí)鐘顯示子程序等多個(gè)模塊組成，調試過(guò)程中對其中每個(gè)功能模塊和子程序逐一調試，在每個(gè)子程序都完成指定的功能后，再進(jìn)行綜合調試。

　　基于RFID 技術(shù)的汽車(chē)安全防盜系統

　　射頻識別技術(shù)（RFID）是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)。汽車(chē)安全防盜系統采用射頻識別技術(shù)，通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據。RFID 技術(shù)采用射頻傳輸，可以透過(guò)外部材料讀取芯片數據，實(shí)現非接觸操作。通信數據使用加密算法對數據進(jìn)行加密，實(shí)現數據安全存儲、管理及通信。隨著(zhù)電子技術(shù)的快速發(fā)展，電子芯片集成度的提高，RFID 系統成本也在不斷地降低，加快了智能化在汽車(chē)電子行業(yè)中的推廣與應用。智能汽車(chē)安全防盜系統由輪胎發(fā)射模塊、遙控鑰匙模塊和基站模塊組成。對RFID 系統來(lái)說(shuō)，收發(fā)頻率大小決定了射頻識別系統的識別距離、電路實(shí)現的難易程度以及硬件設計成本。在汽車(chē)安全防盜設計中，125 kHz 等低頻（LF）頻段用于近距離、低速度，數據量要求較少的汽車(chē)引擎防盜系統的識別；434 MHz 等超高頻（UHF）頻段則用于遠距離的射頻通信系統（汽車(chē)輪胎壓力監測系統與遠程無(wú)鑰匙進(jìn)入系統）的識別。

　　輪胎模塊電路

　　輪胎模塊由輪胎狀態(tài)的數據采集與發(fā)射電路組成，如圖2 所示。

　　輪胎模塊電路采用FREESCALE公司的智能嵌入式傳感器MPXY8300.該系列傳感器集成了該公司的低功耗S08 核，內含512 字節RAM和16 KB Flash，同時(shí)還集成了低功耗電容式壓力、溫度傳感器和單通道的低頻輸入接口。其RF發(fā)射支持315 MHz 和434 MHz 兩種載波頻率，并可通過(guò)編程配置使寄存器為幅移鍵控（ASK）或頻移鍵控（FSK）調制方式。它還集成了電荷泵功能，當電池電壓較低時(shí)，可提高RF 發(fā)射部分供電電壓，從而使其仍能達到一定的R F 發(fā)射強度。MPXY8300 是一款將壓力溫度傳感器、8 位微控制器（MCU）、RF 發(fā)射器和雙軸（XY）加速器全部集成到一個(gè)片上的系統級芯片（SOC）。MPXY8300 壓力測量范圍：轎車(chē)100~800 kPa，卡車(chē)100~1 400 kPa，溫度測量范圍：-40~125 ℃。

　　TOP5 剖析智能汽車(chē)安全防盜視覺(jué)系統電路

　　鑰匙模塊電路

　　鑰匙模塊芯片采用NXP 公司生產(chǎn)的PCF7961。PCF7961是一個(gè)基于低功耗8位MRKII架構的精簡(jiǎn)指令集（RISC）處理器，它集成了UHF發(fā)射器與LF頻收發(fā)器的芯片。這種芯片能夠完成射頻發(fā)射和應答器低頻通信認證，適合于機動(dòng)車(chē)輛遙控防盜裝置。它采用快速相互鑒別算法，使用隨機數字、密鑰和口令，具有靈敏度高（遠距離）和鑒別時(shí)間短（39 ms）的特點(diǎn)。PCF7961 還提供了出廠(chǎng)時(shí)已經(jīng)固化了的32 位身份識別碼（ID）。圖3 是鑰匙模塊的電路原理圖。

　　基站模塊電路

　　基站模塊主要由射頻接收電路、低頻收發(fā)電路、主控芯片MCU、LIN 接口以及人機接口組成。射頻接收電路采用FREESCALE 公司的UHF 射頻接收芯片MC33596，完成信號解調和數據曼切斯特解碼后，將數據傳送到基站主控芯片MC9S08DZ60，進(jìn)行數據處理（RKE 數據解密）和指令執行。低頻收發(fā)器采用NXP公司生產(chǎn)的PJF7992.PJF7992集成了所有必需的功能方便讀寫(xiě)應答器，基站微處理器通過(guò) PJF7992 帶有的LIN串行接口控制PJF7992 和應答器之間的通訊?；局骺匦酒捎肍 RE E SC A L E 公司生產(chǎn)的MC9S08DZ60，它可以通過(guò)SPI 串行總線(xiàn)對射頻接收芯片MC33596 參數進(jìn)行配置與通信。MC9S08DZ60 內部集成了2 個(gè)SCI（LIN）模塊，可通過(guò)一路LIN 總線(xiàn)實(shí)現對低頻收發(fā)芯片PJF7992 的控制，另一路LIN總線(xiàn)實(shí)現對發(fā)動(dòng)機電控單元（ECU）與門(mén)控相關(guān)執行機構傳送命令。在汽車(chē)安全防盜系統中加入LIN總線(xiàn)接。

　　提出了一種基于RFID 技術(shù)的汽車(chē)安全防盜視覺(jué)系統，在試驗臺上完成了相關(guān)的功能調試，實(shí)現了輪胎壓力監測，遙控門(mén)鎖和發(fā)動(dòng)機防盜鎖止功能等，在系統中加入了LIN 總線(xiàn)接口，可使該系統能夠與汽車(chē)內部其他電子控制系統共享數據與控制信息，極大地提高了系統的靈活性與安全性、節約了系統空間、降低了生產(chǎn)成本，將會(huì )在汽車(chē)電子領(lǐng)域具有較廣的應用前景。

　　解讀視覺(jué)疲勞消除器系統電路設計

　　電路工作原理

　　該視覺(jué)疲勞消除器電路由脈沖發(fā)生器、計數分頻器和LED顯示電路組成，如圖所示。

　　電路中，脈沖發(fā)生器電路由時(shí)基集成電路IC 1、電阻器R1、R2、二極管VD1和電容器Cl、C2組成；計數分頻器電路由十進(jìn)制計數／脈沖分配器集成電路IC2和二極管VD2 - VD11組成；LED顯示電路由電阻器R3 - R6和發(fā)光二極管VLl一V L4組成。脈沖發(fā)生器通電工作后，從ICl的3腳輸出振蕩信號，作為IC2的計數脈沖。IC2通電復位后，在輸人脈沖的作用下，其YO一Y9端依次循環(huán)輸出高電平，驅動(dòng)VL1一VM按一定規律循環(huán)不停地發(fā)光。當IC2的YO端、Y4端和Y7端輸出高電平時(shí)，VLI被點(diǎn)亮；在Y1端、Y6端輸出高電平時(shí)，V L2被點(diǎn)亮；在Y2端、Y5端和Y9端輸出高電平時(shí)，V L3被點(diǎn)亮。在Y3端和Y8端輸出高電平時(shí)，V L4被點(diǎn)亮。

　　發(fā)光二極管 VLI一VL4的發(fā)光順序為VLl-VL2-L3-VL4-VLl-VL3-VL2-VL1-VL4-VL3-VLl-VL2不停地循環(huán)。將4只發(fā)光二極管（VLI一V拼）分別安裝在一平面的上、下、左、右相互對稱(chēng)的位置上（上、下或左、右相對應的兩只發(fā)光二極管的距離為30mm左右）。當用眼疲勞時(shí)，眼睛隨著(zhù)發(fā)光二極管的亮滅不停地轉動(dòng)（使用時(shí)，眼睛與發(fā)光二極管的距離為25 - 30cm），即可達到消除視力疲勞、預防近視的目的。

　　元器件選擇

　　Rl一R6選用1/4W碳膜電阻器或金屬膜電阻器。C1和C2選用獨石電容器或滌綸電容器。VD1一VD11均選用1 N4148型硅開(kāi)關(guān)二極管。VU一VL4均選用Φ5mm或Φmm的綠色高亮度發(fā)光二極管。IC 1選用NE555型時(shí)基集成電路；IC2選用CD4017型十進(jìn)制計數／脈沖分配器集成電路。

　　TOP6 機器視覺(jué)采集系統應用電路揭秘

　　視覺(jué)導航又叫做圖像識別導航，它分為兩種方式：一種是有線(xiàn)式，另一種是無(wú)線(xiàn)式。無(wú)線(xiàn)式的視覺(jué)導航技術(shù)是利用CCD在系統動(dòng)態(tài)時(shí)攝取周?chē)h(huán)境的相應的圖像資料，并與設定的運行路徑在信息數據庫中進(jìn)行比對，進(jìn)而確定AGV當前地位置，進(jìn)而經(jīng)過(guò)控制模塊對小車(chē)的運行路徑進(jìn)行實(shí)時(shí)的決策。第一種即有線(xiàn)式視覺(jué)導航技術(shù)是根據AGV現場(chǎng)的具體地面或者路邊明顯路標，經(jīng)過(guò)車(chē)載的攝像裝置（CCD）動(dòng)態(tài)地獲取路邊的圖像，再經(jīng)過(guò)車(chē)載的計算機進(jìn)行相應的處理，進(jìn)而識別出路徑的相應標識線(xiàn)，并且判斷AGV與期望標識線(xiàn)的距離和與標識線(xiàn)的夾角，進(jìn)而通過(guò)驅動(dòng)系統控制AGV的實(shí)際行駛路徑在與期望的路經(jīng)保持在允許的范圍內即可。

　　有線(xiàn)視覺(jué)導航技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：可以獲取較大容量的信息、具體路徑的設置與變化比較簡(jiǎn)單、系統具有較好的柔性等，而且具有現實(shí)應用的可行性和比較廣闊的前景，是現今AGV的先進(jìn)的導航技術(shù)和重要發(fā)展方向。車(chē)載攝像裝置主要是由CCD攝像機、圖像采集卡、光源等設備組成。攝像裝置采集信息的電路原理圖見(jiàn)下圖：

　　攝像頭采集電路圖

　　在視覺(jué)系統啟動(dòng)后，AGV的車(chē)載CCD攝像機就對小車(chē)前方的路徑進(jìn)行相應的圖像采集，經(jīng)過(guò)圖像采集卡后，經(jīng)過(guò)處理后送到相應的上位計算機。AGV的上位計算機經(jīng)過(guò)對地面的信息進(jìn)行適當圖像處理（主要包括閾值處理、掩膜、直方圖分析、圖像分割、邊緣檢測、區域增長(cháng)）與圖象分析（主要包括特征攝取、物體識別、位置大小和方向以及圖像其它物理特征的分析和較深度的信息處理），進(jìn)而形成相應的控制指令，再傳到車(chē)載計算機（單片機），進(jìn)而控制AGV的相應的動(dòng)作。視覺(jué)系統的工作原理的示意圖：

　　采用LED模擬調光的機器視覺(jué)辨認系統電路設計指南

　　由于發(fā)光二級管技術(shù)的不斷發(fā)展，正逐步地應用于信號、顯示、照明和機器視覺(jué)辨認等各種領(lǐng)域。而常用的LED 亮度控制方式主要是模擬調光和數字調光（ PWM）。比起現有的模擬調光，數字調光能取得一個(gè)更高的調光比和電流精度，應用更為廣泛。在普通照明中，PWM 調光的開(kāi)關(guān)頻率一般在幾百到幾千赫茲之間，可以有效的避免人眼可見(jiàn)的閃爍。但在機器視覺(jué)辨認和工業(yè)檢驗等領(lǐng)域，由于使用的高速攝像機和傳感器響應速度速度比人眼快很多，因此在這些領(lǐng)域使用PWM調光必須增加開(kāi)關(guān)頻率到幾十千甚至更高，實(shí)現較為復雜，而模擬調光卻沒(méi)有這方面的問(wèn)題。本文通過(guò)可變降壓和線(xiàn)性調光的兩級電路實(shí)現了高效、準確、高動(dòng)態(tài)范圍的模擬調光輸出，并使用TI 的C2430 芯片來(lái)實(shí)現輸出亮度調節和無(wú)線(xiàn)控制的功能，特別適合用于上述的機器視覺(jué)辨認等高響應速率的應用場(chǎng)合。

　　高動(dòng)態(tài)范圍模擬調光電路

　　常見(jiàn)的LED 恒流電路有以下兩種： 線(xiàn)性恒流電路和開(kāi)關(guān)恒流電路。線(xiàn)性恒流電路通過(guò)監控采樣電阻上的電壓，動(dòng)態(tài)地調節三極管的導通程度，控制電流，并將輸入電壓高于LED 串電壓的部分承擔。而開(kāi)關(guān)恒流電路則在其不同拓撲結構下，調節開(kāi)關(guān)導通的占空比來(lái)調節輸出，同樣得到恒流的效果。相比而言，如果輸入電壓和燈串電壓差別較大時(shí)，在大電流下線(xiàn)性電路三極管的壓降會(huì )造成較大的功率損耗，導致較低的效率。

　　TOP7 采用LED模擬調光的機器視覺(jué)辨認系統電路設計指南

　　具體電路設計

　　現有的開(kāi)關(guān)電源控制芯片也有提供模擬調光功能，但是調光比都很小，一般在幾十左右，是作為PWM 調光的一個(gè)補充，這個(gè)調光比和前述機器視覺(jué)辨認的要求差距較大。針對上述情況，本文重新對線(xiàn)性恒流電路進(jìn)行了改進(jìn)，在這部分電路前增加了可變降壓電路， 用于匹配輸入電壓和LED 燈串電壓，提高效率; 同時(shí)使用高精度的D /A 來(lái)控制電流輸出，得到一個(gè)較高的模擬調光比。整個(gè)電路系統結構如圖3，在A(yíng)C /DC 電源的輸出總線(xiàn)上可以?huà)燧d多于一路的可調恒流電路，通過(guò)ZigBee 模塊進(jìn)行輸出電流控制，保證每一路輸出的電流準確，可調。

　　電路分析：可變降壓電路的輸入使用AC /DC 電源提供的48V 總線(xiàn)，這部分電路根據后接的LED 顆數多少和輸出電流大小， 動(dòng)態(tài)調節輸出， 使其輸出電壓和LED 燈串電壓的差額保持較小的水平，從而減小大電流下三極管的損耗。這里使用LM5010 降壓芯片來(lái)搭建可變降壓電路，LM5010 是一個(gè)恒定導通時(shí)間的Buck 控制芯片。R1 和R2 組成電壓反饋電路，將輸出電壓進(jìn)行分壓后輸入至FB 腳上。每當FB 腳上電壓低于2. 5V 時(shí)，芯片內部的開(kāi)關(guān)會(huì )固定的導通一段時(shí)間，導通時(shí)間與輸入電壓和Ron有關(guān)， 之后開(kāi)關(guān)會(huì )關(guān)斷265ns 或直至FB 腳上電壓下降到2. 5V 以下。電路通過(guò)（R1 + R2） /R2·VFB來(lái)設定最大輸出電壓。另一方面，為了降低在三極管的功率損耗，我們同時(shí)監測采集三極管和采樣電阻的壓降和， 并使用LM358 進(jìn)行正向放大后通過(guò)D2 輸入到FB 腳上。因此在三極管和采樣電阻上的壓降總和就不會(huì )大于Vdrop = （ VFB + VD2） × R3 / （ R3 + R4）。因此當LED燈串上的電壓小于LM5010 的最大輸出電壓時(shí)，多余的電壓就會(huì )由三極管和采樣電阻承擔，當這個(gè)電壓經(jīng)過(guò)放大后大于FB 腳的閾值時(shí)，LM5010 延長(cháng)開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)間，使輸出電壓下降，因此最終的Vout =Vled + Vdrop。從而在LED 顆數比設計值少或者在對LED 進(jìn)行調光時(shí)，前端輸出的電壓能夠更合理的匹配燈串電壓。

　　機械手視覺(jué)系統外圍電路設計攻略

　　機械手的三塊控制器的控制芯片都為2407DSP，雖然三塊控制器實(shí)現的功能不同，但在硬件電路設計時(shí)按照DSP 管腳的功能，設計外圍電路如下：

　　PWM 管腳：DSP 的每個(gè)事件管理器都有與比較單元相關(guān)的PWM 電路，能夠產(chǎn)生六路帶可編程死區和輸出極性的PWM 輸出，但是都是成對輸出的，對于本控制器需要的獨立的輸出，每個(gè)事件管理器只有3 路，一個(gè)DSP 有兩個(gè)事件管理器，可以獨立的輸出6 路PWM 波。液壓控制器需要6 路PWM 波驅動(dòng)電業(yè)比例閥，而伺服電機控制器需要4 路0-5V 的加速器信號調節電機轉速，在設計電路時(shí)將這兩種電路設計在一起，并制成印刷電路板，焊板時(shí)按每板的功能焊接即可，液壓控制器需要輸出PWM 波形，芯片用LM393 做比較器，此時(shí)電阻R19 和電容C71 不焊即可，但要有R21 上拉電阻，R17 和R18 將2 腳電壓分在1.7V 左右比較合適。伺服控制器需要輸出0-5V 電壓芯片用LM2904 做運放用，焊電阻R19 和電容C17不用MOS 管、R21 和外接電源，也不用焊R17，直接將DSP 輸出0-3.3V 電壓放大到0-5V 輸出。PWM/電壓輸出電路圖見(jiàn)圖：

　　TOP8 機械手視覺(jué)系統外圍電路設計攻略

　　IO 口：DSP 的數字I/O 口模塊具有控制專(zhuān)用I/O 和復用引腳的功能，可以輸出輸入高低電平信號，根據其功能將其設計成開(kāi)關(guān)量輸出，輸入，并用其控制繼電器，作為控的開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)量輸入只要用電阻分壓即可，開(kāi)關(guān)量輸出使用光耦隔離，本設計用的光耦PC817，比較適合DSP 使用。當DSP 輸出高電平時(shí)繼電器吸合，CNETA1 和CNETA2 兩腳導通繼電器電路圖見(jiàn)圖：

　　圖2 繼電器電路圖

　　QEP 電路：DSP 的每個(gè)時(shí)間管理器都有一個(gè)正交編碼器脈沖（QEP）電路。當QEP電路被使能時(shí)可以對CAP1/QEP1 和CAP2/QEP2（對于EVA 模塊）引腳上的正交編碼輸入脈沖進(jìn)行解碼和計數。正交編碼脈沖電路可用于連接光電編碼器以獲得旋轉機械的位置和速率。伺服電機控制器需要使用QEP 電路，由于一個(gè)伺服電機控制器需要控制4 臺伺服電機，所以碼盤(pán)信號使用74153 芯片選擇輸入，同時(shí)碼盤(pán)的每路信號都有正負兩根線(xiàn)通過(guò)運放放大后再到74153 選擇后輸入DSP，碼盤(pán)選擇電路見(jiàn)圖：

　　圖3 碼盤(pán)選擇電路

　　本文介紹了機器視覺(jué)系統中PWM/電壓輸出電路、IO 口電路與QEP 電路設計，使得開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)電路介紹將數字技術(shù)與攝像頭、傳感器、電機和其他外設集成來(lái)輕松構建 3D 點(diǎn)云。整個(gè)機器人車(chē)現在可以完成所需功能，同時(shí)也完全符合視覺(jué)設計要求，達到了相應技術(shù)指標，為將來(lái)的批量生產(chǎn)奠定了堅實(shí)的基礎，市場(chǎng)潛力巨大。

　　智能視覺(jué)高速尋線(xiàn)機器人導航系統電路設計

　　視頻采集模塊

　　由于單片機A/D速度限制，需要選用低分辨率的黑白攝像頭。因為低分辨率意味著(zhù)視頻單行掃描時(shí)間的增加，而黑白攝像頭意味著(zhù)只需要單路A/D就可以完成視頻采集工作。選擇了Omvision生產(chǎn)的ov5116芯片為內核的CMOS黑白攝像頭，分辨率為320×240，圖像刷新頻率50Hz。同時(shí)選用 LM1881視頻同步信號分離芯片提取視頻信號中的行同步和場(chǎng)同步信號，連入s12的脈沖捕捉通道。通過(guò)捕捉信號觸發(fā)AD模塊工作，采集存儲視頻數據。

　　圖3 視頻采集電路原理圖

　　電機控制及電源

　　RS-380SH直流電機作為主驅動(dòng)電機，通過(guò)PWM信號控制。選用Freescale公司的MC33886全橋驅動(dòng)芯片，通過(guò)兩路半橋實(shí)現電機正反轉。這里的電機反轉并不為實(shí)現倒車(chē)，而主要用于車(chē)體減速。在進(jìn)行電機正反轉切換時(shí)，電機驅動(dòng)電流會(huì )隨著(zhù)負載增大而瞬間放大，因此需要增大穩壓能力，保證系統正常工作電壓，避免單片機自動(dòng)重啟。在整個(gè)系統中，有多種電壓需求，單片機和舵機為5V供電;CMOS攝像頭為 6～9V。因此，為了方便開(kāi)發(fā)，這里選用最常用的7.2V充電電池組。只需在系統內加入5V穩壓芯片，提供5V電壓。

　　本文設計了一個(gè)基于視覺(jué)的以高速尋線(xiàn)為目的的行走機器人系統。系統采用一塊高性能單片機，完成了從視頻采集到視頻處理，最終實(shí)現速度和轉向控制的一套尋線(xiàn)行走功能。系統輕便靈巧，無(wú)需存儲器擴展和其他可編程器件配合，搭建費用低。該方案在參加第一屆全國大學(xué)生智能車(chē)大賽中，系統運行平穩，取得了非常優(yōu)異的成績(jì)。

　　機器視覺(jué)照明穩定燈照明電路設計

　　電路原理：由Q1，Q2和U1組合的磁滯振蕩器，可用來(lái)穩定燈的照明。在操作時(shí)，全波電橋D3既可用于交流線(xiàn)中，或者是燈的未經(jīng)調節的直流電，又可用于為四CMOS斯密特觸發(fā)器供電的10V齊納二極管中。

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　　機器視覺(jué)技術(shù)資料集錦——讓機器視覺(jué)產(chǎn)品設計練就慧眼神通！