三轴加速度传感器在智能车控制与道路识别中的应用(二)

2013-09-30 11:39:56来源: 互联网

2.4硬件电路设计

  MMA7260Q信号采集模块设计加速度信号采集模块如图1所示。x,y,z 3个相互垂直方向上的加速度由G-Gell传感单元感知,电容值经过容压变换器转换为电压值,经过增益放大器、滤波器和温度补偿以电压的形式作为输出信号拉J,经过放大滤波处理,将所需模拟信号调整至一个合适的范围,再转换为数字信号送数据处理单元。

  图四 加速度信号采集结构图

  加速度传感器单片机的接口电路MMA7260Q与MC9S12XSl28B的硬件接口电路如图2所示。微处理器内部包含完整的地输入缓存器、模拟开关电路、可编程增益放大器和A/D转换器以及数字滤波器,使用非常方便。G1,G2输入低电平,灵敏度达到800 mV/g。。当Mode=l时,加速度传感器处于正常工作状态。x,y,z输出端分别接RC滤波器,再通过高输出驱动运算放大器TLV4112构成电压跟随作用,输出稳定的直流电压信号。

  图五 MMA7260Q与MC9S12XSl28B的硬件接口电路

  2.5软件设计实现

  本设计采用CodeWamor软件与BDM作为调试工具,编程环境支持c语言和汇编语言的程序设计,大大方便了用户的程序设计,提高了系统开发效率。本设计程序代码使用C语言编写。

  图六 加速度程序流程图

2.6 A/D采样流程设计

  本设计主要包括单片机初始化模块和实时路径检测模块。

  1)单片机的初始化模块包括:I/O模块,AD模块,定时中断模块初始化。

  2)实时路径检测模块:利用接受管,红外光电传感器和CCD摄像头检测特征信号,利用加速度传感器检测角度信号,将返回信号输入单片机的输入端口,程序不问断地读入输入端口的信号,结合判断语句,得出合适的PWM控制信号。

  图七 主程序与中断程序流程图

  2.7实验测试

  图中曲线为时间和AD采集到的数据之间的关系。而AD采集到的数据可以用来反映加速度的变化情况

  图八 装载于静止小车上时

  图九 装载于运动状态不变小车上时

  图十 小车角度变化时,加速度传感器值的变化规律

  通过测试可以看出。对于车体角度的变化,加速度传感器的值都有一定的变化。不过同时也看到车子的振动对加速度传感器也会产生一些干扰。

  在识别坡道时,如果加速度传感器监控的是竖直方向的加速度,即z方的加速度,那么在平道上时,明显竖直方向上加速度为零,在上坡后,如果忽略摩擦力,那加速度将变化为gsinθcosθ。通过加速度传感器中加速度的变化可以容易的辨别出平道和坡道。

2.8数字滤波算法设计

  由于加速度传感器三轴之间差异和较高灵敏度,防止在运动过程中由于智能车的抖动引起的误差,对单片机采样得到的电压值进行归一化处理,最后可得到各方向传感器的相对电压值。具体实现方法:让智能车后轮转动起来,分别记录各传感器输出信号的最大值和最小值,用最大值减去最小值得到各传感器在运动过程中的输出范围。在智能车行驶过程中将各方向传感器输出的信号值减去最小值,再除以各方向传感器的输出范围即可得到其相对输出值。根据g1=g2=0,最小值对应着-1.5g,最大值对应着+1.5g。,静止时各向加速度值为0,加速度范围为-1.5g一+1.5g。

  2.9路径识别规则

  X-T表示智能车前后方向加速度信号,Y-OUT表示智能车左右方向加速度信号,Z-T表示智能车上下方向加速度信号.采样值经过数字滤波,由于智能车的底盘不可能保持绝对水平,车身可能会向前倾斜或者向后倾斜,

  所以,Y-OUT,X-OUT,Z-OUT值都有5%的误差,当处于匀速直线运动时,采样值在100~110之间波动。通过加权平均近似为105,125对应+1.5g, 80对应-1.5g。

  3 结束语

  MMA 7260Q是一种电容式加速度传感器,融合了信号调理,单极低通滤波和温度补偿技术。成本低,功耗低,测试中加速度信号稳定性与灵敏度都达到了预期的效果,从而提高了系统的控制精度,使舵机响应速度变快。

  基于三轴加速度传感器在智能车的控制与路径识别的设计,相比传统的路径识别具有数据处理简单,控制精度高的特点,使舵机响应变快。可以广泛应用与无人驾驶智能车,智能仪表,机器人等高端技术领域。

        作者:赵小平、程志江、张永瑞、段志尚

关键字:三轴加速度  传感器  智能车控制

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/0930/article_19628.html
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