传感器工作原理

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1、霍尔效应传感器工作原理如图所示,磁场中有一个霍尔半导体片,恒定电流I从A到B通过该片.在洛仑兹力的作用下,I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移,使该片在CD方向上产生电位差,这就是所谓的霍尔电压.霍尔电压随磁场强度的变化而变化,磁场越强,电压越高,磁场越弱,电压越低.霍尔电压值很小,通常只有几个毫伏,但经集成电路中的放大器放大,就能使 该电压放大到足以输出较强的信号.若使霍尔集成电路起传感作用,需要用机械的方法来改变磁场强度.下图所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开 关,当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时,磁场偏离集成片,霍尔电压消失.这样,霍尔集成电路的输出电压的变化

2、,就能表示出叶轮驱动轴的某一 位置,利用这一工作原理,可将霍尔集成电路片用作用点火正时传感器.霍尔效应传感器属于被动型传感器,它要有外加电源才能工作,这一特点使它能检测转速低 的运转情况.霍尔效应传感器1-霍尔半导体元件 2-永久磁铁 3-挡隔磁力线的叶片超声波传感器 - 产品概述超声波传感器以超声波作为检测手段,必须产生超声波和接收超声波.完成这种功能的装置就是超声波传感器,习惯上称为超声换能器,或者超声探头.超声波探头主要由压电晶片组成,既可以发射超声波,也可以接收超声波.小功率超声探头多作探测作用.它有许多不同的结构,可分直探头纵波、斜探头横波、表面波探头表面波、兰姆波探头兰姆波、双探头

3、一个探头反射、一个探头接收等.超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片.构成晶片的材料可以有许多种.晶片的大小,如直径和厚度也各不相同,因此每个探头的性能是不同的,使用前必须预先了解它的性能.超声波传感器的主要性能指标包括：超声波传感器 - 性能指标超声波传感器1、工作频率.工作频率就是压电晶片的共振频率.当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时,输出的能量最大,灵敏度也最高.2、工作温度.由于压电材料的居里点一般比较高,特别时诊断用超声波探头使用功率较小,所以工作温度比较低,可以长时间地工作而不失效.医疗用的超声探头的温度比较高,需要单独的制冷设备.3、灵敏度.主要取

4、决于制造晶片本身.机电耦合系数大,灵敏度高；反之,灵敏度低.超声波传感器 - 工作原理超声波传感器人们能听到声音是由于物体振动产生的,它的频率在20HZ-20KHZ范围内,超过20KHZ称为超声波,低于20HZ的称为次声波.常用的超声波频率为几十KHZ-几十MHZ.超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,有两种形式：横向振荡横波与纵和振荡纵波.在工业中应用主要采用纵向振荡.超声波可以在气体、液体与固体中传播,其传播速度不同.另外,它也有折射和反射现 象,并且在传播过程中有衰减.在空气中传播超声波,其频率较低,一般为几十KHZ,而在固体、液体中则频率可用得较高.在空气中衰减较快,而在液体与固 体中传

5、播,衰减较小,传播较远.利用超声波的特性,可做成各种超声传感器,配上不同的电路,制成各种超声测量仪器与装置,并在通迅,医疗家电等各方面得到广泛应用.超声波传感器主要材料有压电晶体电致伸缩与镍铁铝合金磁 致伸缩两类.电致伸缩的材料有锆钛酸铅PZT等.压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器,它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波,同时它接 收到超声波时,也能转变成电能,所以它可以分成发送器或接收器.有的超声波传感器既作发送,也能作接收.这里仅介绍小型超声波传感器,发送与接收略有差 别,它适用于在空气中传播,工作频率一般为23-25KHZ与40-45KHZ.这类传感器适用于测距、遥控、防盗等用途

6、.该种有T/R-40-60,T /R-40-12等其中T表示发送,R表示接收,40表示频率为40KHZ,16与12表示其外径尺寸,以毫米计.另有一种密封式超声波传感器MA40EI型.它的特点是具有防水作用但不能放入水中,可以作料位与接近开关用,它的性能较好.超声波应用有三种基本类型,透射型用于遥控器,防盗报警器、自动门、接近开关等；分离式反射型用于测距、液位或料位；反射型用于材料探伤、测厚等.由发送传感器、接收传感器、控制部分与电源部分组成.发送器传感器由发送器与使用直径为15mm左右的陶瓷振子换能器组成,换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中幅射；而接收传感器由陶瓷振子换能器

7、与放大电路组成,换能器接收波产生机械振动,将其变换成电能量,作为传感器接收器的输出,从而对发送的超进行检测.而实际使用中,用发送传感器的陶瓷振子的也可以用做接收器传感器社的陶瓷振子.控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比与稀疏调制和计数与探测距离等进行控制.超声波传感器 - 工作程式SRF05 超声波传感器若对发送传感器内谐振频率为40KHz的压电陶瓷片施加40KHz高频电压,则压电陶瓷片就根据所加高频电压极性伸长与缩短,于是发送40KHz频率的超声波,其超声波以疏密形式传播,并传给波接收器.接收器是利用压力传感器所采用的压电效应的原理,即在压电元件上施加压力,使压电元件发生应变,则产生

8、一面为+ 极,另一面为-极的40KHz正弦电压.因该高频电压幅值较小,故必须进行放大. 超声波传感器使得驾驶员可以安全地倒车,其原理是利用探测倒车路径上或附近存在的任何障碍物,并与时发出警告.所设计的检测系统可以同时提供声光并茂的听觉和视觉警告,其警告表示是探测到了在盲区内障碍物的距离和方向.这样,在狭窄的地方不管是泊车还是开车,借助倒车障碍报警检测系统,驾驶员心理压力就会减少,并可以游刃有余地采取必要的动作.超声波传感器 - 系统构成SRF08 超声波传感器由 发送传感器 、接收传感器 、控制部分与电源部分组成.发送器传感器由发送器与使用直径为 15mm 左右的陶瓷振子换能器组成,换能器作用

9、是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中幅射；而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成,换能器接收波产 生机械振动,将其变换成电能量,作为传感器接收器的输出,从而对发送的超进行检测 . 而实际使用中,用发送传感器的陶瓷振子的也可以用做接收器传感器社的陶瓷振子.控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比与稀疏调制和计数与探测距离 等进行控制.超声波传感器电源 可用 DC12V 10 % 或 24V 10 % . 超声波传感器 - 工作模式超声波传感器超声波传感器利用声波介质对被检测物进行非接触式无磨损的检测.超声波传感器对透明或有色物体,金属或非金属物体,固体、液体、粉状物质均能检测.其

10、检测性能几乎不受任何环境条件的影响,包括烟尘环境和雨天. 检测模式超声波传感器主要采用直接反射式的检测模式.位于传感器前面的被检测物通过将发射的声波部分地发射回传感器的接收器,从而使传感器检测到被测物.还有部分超声波传感器采用对射式的检测模式.一套对射式超声波传感器包括一个发射器和一个接收器,两者之间持续保持收听.位于接收器和发射器之间的被检测物将会阻断接收器接收发射的声波,从而传感器将产生开关信号.检测范围和声波发射角超声波传感器的检测范围取决于其使用的波长和频率.波长越长,频率越小,检测距离越大,如具有毫米级 波长的紧凑型传感器的检测范围为300500mm波长大于5mm的传感器检测范围可达

11、8m.一些传感器具有较窄的6声波发射角,因而更适合精确检测相 对较小的物体.另一些声波发射角在12至15的传感器能够检测具有较大倾角的物体.此外,我们还有外置探头型的超声波传感器,相应的电子线路位于常规 传感器外壳内.这种结构更适合检测安装空间有限的场合.传感器调节几乎所有的超声波传感器都能对开关输出的近点和远点或是测量范围进行调节.在设定范围外的物体可以被检测到,但是不会触发输出状态的改变.一些传感器具有不同的调节参数,如传感器的响应时间、回波损失性能,以与传感器与泵设备连接使用时对工作方向的设定调节等.重复精度波长等因素会影响超声波传感器的精度,其中最主要的影响因素是随温度变化的声波速度,

12、因而许多超声波传感器具有温度补偿的特性.该特性能使模拟量输出型的超声波传感器在一个宽温度范围内获得高达0.6mm的重复精度.输出功能所有系列的超声波传感器都有开关量输出型产品.一些产品还有2路开关量输出如最小和最大液位控制.大多数产品系列都能提供具有模拟量电流或是模拟电压输出的产品.噪声抑制金属敲击声、轰鸣声等噪声不会影响超声波传感器的参数赋值,这主要是由于频率范围的优选和已获专利的噪声抑制电路.同步功能超声波传感器的同步功能可防干扰.他们通过将各自的同步线进行简单的连接来实现同步功能.它们同时发射声波脉冲,象单个传感器一样工作,同时具有扩展的检测角度.传感器交替性工作多通道超声波传感器 超长

13、扫描型以交替方式工作的超声波传感器彼此间是相互独立的,不会相互影响.以交替方式工作的传感器越多,响应的开关频率越低. 检测条件超声波传感器特别适合在空气这种介质中工作.这种传感器也能在其它气体介质中工作,但需要进行灵敏度的调节.盲区直接反射式超声波传感器不能可靠检测位于超声波换能器前段的部分物体.由此,超声波换能器与检测范围起点之间的区域被称为盲区.传感器在这个区域内必须保持不被阻挡.空气温度与湿度空气温度与湿度会影响声波的行程时间.空气温度每上升20C,检测距离至多增加3.5%.在相对干燥的空气条件下,湿度的增加将导致声速最多增加2%.空气压力常规情况下大气变化5%选一固定参考点将导致检测范

14、围变化0.6%.大多数情况下,传感器在5Bar压力下使用没有问题.气流气流的变化将会影响声速.然而由最高至10m/s的气流速度造成的影响是微不足道的.在产生空气涡流比较普遍的条件下,例如对于灼热的金属而言,建议不要采用超声波传感器进行检测,因为对失真变形的声波的回声进行计算是非常困难的.标准检测物采用正方形声反射板用于额定开关距离sn的标定.1mm的厚度垂直性：与声束轴线垂直.防护等级外壳可防固体颗粒和防水.IP65：完全防尘；防水柱的侵入.IP67：完全防尘；在恒温下浸入水下1m深处并放置30分钟,能够有效防护.IP69K：基于EN60529的符合DIN40050-9泵功能可施行双位置控制,

15、例如一个液位控制系统的泵入泵出功能.当一个被测物远离传感器到达检测范围的远点时,输出动作.当被测物靠近传感器到达检测范围设定的近点时,输出相反的动作.超声波传感器 - 检测好坏测试电路图超声波传感器用万用表直 接测试是没有什么反映的.要想测试超声波传感器的好坏可以搭一个音频振荡电路,当C1为390OF时,在反相器脚与脚间可产生一个1.9kHz左右 的音频信号.把要检测的超声波传感器接在脚与脚之间;如果传感器能发出音频声音,基本就可以确定比超声波传感器是好的. 注：C1=3900F时,为1.9kHZ左右；C1=0.O1F时,约0.76kHZ.超声波传感器 - 技术应用超声波传感器超声波传感技术应

16、用在生产实践的不同方面,而医学应用是其最主要的应用之一,以医学为例子说明超声波传感技术的应用.超声波在医学上的应用主要是诊断疾病,它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法.超声波诊断的优点是：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等.因而推广容易,受到医务工作者和患者的欢迎.超声波诊断可以基于不同的医学原理,其中有代表性的一种所谓的A型方法.这个方法是利用超声波的反射.当超声波在人体组织中传播遇到两层声阻抗不同的介质界面是,在该界面就产生反射回声.每遇到一个反射面时,回声在示波器的屏幕上显示出来,而两个界面的阻抗差值也决定了回声的振幅的高低.在工业方面,超声波的典型应用是对

17、金属的无损探伤和超声波测厚两种.过去,许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍,超声波传感技术的出现改变了这种状况.当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上,悄无声息地探测人们所需要的信号.在未来的应用中,超声波将与信息技术、新材料技术结合起来,将出现更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器.遥控开关超声波遥控开关可控制家用电器与照明灯.采用小型超声波传感器12-16,工作频率在40KHZ,遥控距离约10米.遥控器的发送,这是由555时基电路组成的振荡器,调整10K电位器,使振荡频率为40KHZ,传感器接在脚,接下按钮时,发送出超声波,接收电路.电源由220V经电容降压、整流、滤波、稳

18、压后获得12V工作电压.由于是非隔离电源,要整个电路用塑料外壳封装,以防触电在调试时也应注意.信号由 超声波接收器接收,经Q1、Q2放大L、C谐振槽路调谐在40KHZ.放大后的信号去触发由Q3、Q4组成的双稳态电路,Q5与LED作为触发隔离, 并可发光显示.由于双稳态在开机时有随机性,故加一清零按钮.Q5输出的触发信号使双向可控硅导通,负载接通.要负载断路,则要按一次发送钮.液位指示与控制器由于超声波在空气中 有一定的衰减,则发送到液面与从液面反射回来的信号大小与液位有关,液面位置越高,信号越大；液面越低则信号就小.接收到的信号经BG1、BG2放大,经 D1、D2整流成直流电压.当4.7K上的

19、电压超过BG3的导通电压时,有电流流过BG3,电流表有指示,电流大小与液面有关.当液位低于设置值时,比 较器输出为低电平.BG不导通,若液位升到规定位置,比较器翻转,输出高电平.BG导通,J吸合,可通过电磁阀将输液开关关闭,以达到控制的目的高位控 制.超声波传感器 - 液位测试液位测试原理超声波测量液位的基本原理是：由超声探头发出的超声脉冲信号, 在气体中传播,遇到空气与液体的界面后被反射,接收到回波信号后计算其超声波往返的传播时间,即可换算出距离或液位高度.超声波测量方法有很多其它方法不 可比拟的优点：1无任何机械传动部件,也不接触被测液体,属于非接触式测量,不怕电磁干扰,不怕酸碱等强腐蚀性

20、液体等,因此性能稳定、可靠性高、寿命 长；2其响应时间短可以方便的实现无滞后的实时测量. 系统采用的超声波传感器的工作频率为 40kHz左右.由发射传感器发出超声波脉冲,传到液面经反射后返回接收传感器,测出超声波脉冲从发射到接收到所需的时间,根据媒质中的声速,就能得到从 传感器到液面之间的距离,从而确定液面.考虑到环境温度对超声波传播速度的影响,通过温度补偿的方法对传播速度予以校正,以提高测量精度.计算公式为：V331.50.607T 1式中：V为超声波在空气中传播速度；T为环境温度.SV t/2Vt1t0/2 2式中：S为被测距离；t为发射超声脉冲与接收其回波的时间差；t1为超声回波接收时刻

21、；t0为超声脉冲发射时刻.利用MCU的捕获功能可以很方便地测量t0时刻和t1时刻,根据以上公式,用软件编程即可得到被测距离S.由于本系统的MCU选用了具有SOC特点的混合信号处理器,其内部集成了温度传感器,因此可利用软件很方便的实现对传感器的温度补偿.超声波传感器 - 注意事项注意事项1：为确保可靠性与长使用寿命,请勿在户外或高于额定温度的地方使用传感器. 2：由于超声波传感器以空气作为传输介质,因此局部温度不同时,分界处的反射和折射可能会导致误动作,风吹时检出距离也会发生变化.因此,不应在强制通风机之类的设备旁使用传感器.3：喷气嘴喷出的喷气有多种频率,因此会影响传感器且不应在传感器附近使用

22、.4：传感器表面的水滴缩短了检出距离.5：细粉末和棉纱之类的材料在吸收声音时无法被检出反射型传感器.6：不能在真空区或防爆区使用传感器.7：请勿在有蒸汽的区域使用传感器；此区域的大气不均匀.将会产生温度梯度,从而导致测量错误.超声波传感器 - 暴露问题超声波传感器超声波传感器应用起来原理简单,也很方便,成本也很低.但是目前的超声波传感器都有一些缺点,比如,反射问题,噪音,交叉问题. 反射问题：如果被探测物体始终在合适的角度,那超声波传感器将会获得正确的角度.但是不幸的是,在实际使用中,很少被探测物体是能被正确的检测的.其中可能会出现几种误差：三角误差,当被测物体与传感器成一定角度的时候,所探测

23、的距离和实际距离有个三角误差.镜面反射,这个问题和高中物理中所学的光的反射是一样的.在特定的角度下,发出的声波被光滑的物体镜面反射出去,因此无法产生回波,也就无法产生距离读数.这时超声波传感器会忽视这个物体的存在.多次反射,这种现象在探测墙角或者类似结构的物体时比较常见.声波经过多次反弹才被传感器接收到,因此实际的探测值并不是真实的距离值.这些问题可以通过使用多个按照一定角度排列的超声波圈来解决.通过探测多个超声波的返回值,用来筛选出正确的读数.噪音：虽然多数超声波传感器的工作频率为40-45Khz,远远高于人类能够听到的频率.但是周围环境也会产生类似频率的噪音.比如,电机在转动过程会产生一定

24、的高频,轮子在比较硬的地面上的摩擦所产生的高频噪音,机器人本身的抖动,甚至当有多个机器人的时候,其它机器人超声波传感器发出的声波,这些都会引起传感器接收到错误的信号.这个问题可以通过对发射的超声波进行编码来解决,比如发射一组长短不同的音波,只有当探测头检测到相同组合的音波的时候,才进行距离计算.这样可以有效的避免由于环境噪音所引起的误读.交叉问题：交叉问题是当多个超声波传感器按照一定角度被安装在机器人上的时候所引起的.超声波X发出的声波,经过镜面反射,被传感器Z和Y获得,这时Z和Y会根据这个信号来计算距离值,从而无法获得正确的测量.解决的方法可以通过对每个传感器发出的信号进行编码.让每个超声波

25、传感器只听自己的声音.1超声波传感器 - 性能参数超声波传感器超声波传感器 - 主要系列一个开关量输出检测距离10100mm10200mm20150mm20250mm30250mm60400mm60350mm1001000mm100700mm3502500mm3503400mm8006000mm可选输出方式开关量输出PNP、NPN可选输出状态常开、常闭可选连接方式直接附线、M8接插件、M12接插件可选超声波频率380KHz240KHz120KHz可选工作电压1230Vdc2030Vdc可选工作温度范围0 60-10 60-20 70-25 60可选防护等级：IP67IP65可选短路保护：有反极

26、性保护：有二个开关量输出检测距离30250mm3502500mm60400mm1001000mm100700mm60350mm2001300mm3503400mm8006000mm可选输出方式开关量PNP输出状态常开、常闭可选连接方式M8接插件、M12接插件可选超声波频率230KHz120KHz240KHz300KHz400KHz工作电压1230Vdc工作温度范围-10 600 60 10 60-20 70防护等级：IP67IP65短路保护：有反极性保护：有对射式检测距离0700mm输出方式开关量输出PNP、NPN可选输出状态常开、常闭可选连接方式直接附线、M12接插件可选声波束角8超声波频率

27、220KHz工作电压1230Vdc工作温度范围0 60防护等级：IP67短路保护：有反极性保护：有模拟量输出检测距离20200mm30250mm60400mm1001000mm2002000mm可选输出方式模拟量输出420mA010V可选输出状态常开、常闭可选连接方式直接附线、M8接插件、M12接插件可选超声波频率380KHz300KHz400KHz240KHz200KHz工作电压1530Vdc工作温度范围-10 60防护等级：IP67短路保护：有反极性保护：有模拟量输出超声波传感器诠释 一 解决其它技术无法解决的问题激光距离传感器可用于其它技术无法应用的场合.例如,当目标很近时,计算来自目标

28、反射光的普通光电传感器也能完成大量的精密位置检测任务.但是,当目标距离较远内或目标颜色变化时,普通光电传感器就难以应付了.虽然先进的背景噪声抑制传感器和三角测量传感器在目标颜色变化的情况下能较好地工作,但是,在目标角度不固定或目标太亮时,其性能的可预测性变差.此外,三角测量传感器一般量程只限于0.5m以内.二 在自动化领域的广泛用途超声波传感器虽然也经常用于检测距离较远的物体,而且由于它不是光学装置,所以不受颜色变化的影响.但是,超声波传感器是依据声速测量距离的,因此存在一些固有的缺点,不能用于以下场合.待测目标与传感器的换能器不相垂直的场合.因为超声波检测的目标必须处于与传感器垂直方位偏角不

29、大于10角以内.需要光束直径很小的场合.因为一般超声波束在离开传感器2m远时直径为0.76cm.需要可见光斑进行位置校准的场合.多风的场合.真空场合.温度梯度较大的场合.因为这种情况下会造成声速的变化.需要快速响应的场合.而激光距离传感器能解决上述所有场合的检测.如今,自动检测和控制的方法中,除了超声波传感器和普通光电传感器外,又增加了一个能解决长距离测量和检验的新方法激光距离传感器.它为各种不同场合提供了应用的灵活性,这些场合可包括如下：设备定位.测量料包的料位.测量传送带上的物体距离和物体高度.测量原木直径.保护高架起重机免于碰撞.无误差检查场合.三 几个应用实例1、测量传送带上箱子的宽度

30、 使用两个激光传感器,在传送带的两侧面对面安装.因为尺寸变化的箱子落到传送带上的位置是不固定的,这样,每个传感器都测量出自己与箱子的距离,设一个 距离为L1,另一个为L2.此信息送给PLC,PLC将两个传感器间总的距离减去L1和L2,从而可计算出箱子的宽度W.2、保护液压成型冲模机械手把一根预成型的管材放进液压成型机的下部冲模中,操作者必须保证每次放的位置准确.在上部冲模落下之前,一个发散型传感器测量出距离管子临界段的距离,这样可保证冲模闭合前处于正确位置.3、二轴起重机定位用两个反射型传感器面对反射器安装,反射器安装在桥式起重机的两个移动单元上.一个单元前后运动,另一个左右运动.当起重机驱动

31、板架辊时,两个传感器监测各自到反射器的距离,通过PLC能连续跟踪起重机的精确位置.有了这种新式廉价激光测距传感器,反射性或多颜色的目标长距离位置检测即使在检测角度变化的情在这些先进的汽车摄像头安全系统中,增强的成像和感测能力开启了一个无限可能的世界.摄像头视觉系统采用远视场来补足长距离雷达,使用较宽视场来弥补短 距雷达或超声波传感器的不足,使得驾驶员可以看到前后方的道路.因此,可提供另一组数据来确认所绘制的整体图片的精确性.例如,来自雷达和摄像头的支持数 据能够大大增强决策的信心,如使用刹车系统等等.自1969年电荷耦合器件出现以来,其应用一直在增长,扩展到数码相机、望远镜、摄像机、扫描仪,以

32、与其它成像应用领域.然而,CCD在汽车安 全应用方面有其固有的不足之处.最明显的是：CCD制造需要专门的工厂、设备与工艺,这给以低成本大批量生产汽车摄像头带来了困难.在汽车安全方 面,CCD架构也有内在的局限性.标准CCD图像传感器经设计以串行方式读出数据,这意味着必须在读出所有的先前像素之后,才能读出后面的像素.这限制了 帧速或每秒读取的图像数目,在快速捕捉图像为关键性功能的汽车安全应用中成为一种重要的缺陷.此外,大多数CCD摄像头不具备必需的宽动态范围 功能.互补金属氧化物半导体图像传感器是替代的解决方案,它可在具有高成本效益的商业代工厂生产,使用与生产其它计算芯片相同的高量产工艺. CM

33、OS图像传感器具有随机访问读取功能,这意味着可对像素进行随机寻址,并可快速读出子帧,即感兴趣的区域.因此,CMOS图像 传感器克服了上述CCD传感器的某些缺点,而且具有几乎无限的子采样和子窗口能力.CMOS摄像头的一个附加优势是能够满足宽动态范围和低光照 性能要求,进一步推动CMOS图像传感器取代CCD传感器而成为众多成像市场的首选传感器.场景处理在场景处理应用中,处理单元使用成像器的输出来发送警报或做出有关车辆运行的决策,包括车道偏离警示、交通标志检测、下雨检测、前灯调暗和盲点检测.使用这些智能化安全系统,处理计算机接收来自传感器的数据,做出决定,并向车辆子系统发送指令,以防止发生事故、减轻

34、事故的严重程度或者保护车主.例如处理计算机可能使用来自图像传感器的数据,确定即将发生的碰撞,并向车辆子系统发出指令以采取刹车措施.微处理器和图像传感器方面的技术进步使得智能化安全系统成为现实.随着技术进步的速度加快,集成更多智能性的图像传感器将成为被动和主动型安全系统的组成部分.由于所使用的MC9S12DG128单片机的频率较低,最高只有25MHz,而摄像头的图像输出速率一般至少有13.5MHz,每个 像素的信号保持时间不到75ns,若使用单片机直接采集图像传感器输出的数字信号,则会受到其时钟频率的影响,难以将信号完整地采集进系统.因此本系统使用FIFO芯片IDT7205作为图像传感器与单片机

35、之间的数据缓存,通过设计一定的逻辑电路,使图像传感器自动地将图像数据写入FIFO,同时MCU开始从FIFO读出数据.图像采集系统结构框图如图1所示.2.1 摄像头同步信号分析OV7620的同步信号时序如下：垂直同步信号VSYN为两个正脉冲之间扫描一帧的定时,即完整的一帧图像在两个正脉冲之间；水平同步信号HREF扫描该 帧图像中各行像素的定时,即高电平时为扫描一行像素的有效时间；像素同步信号PCLK为读取有效像素值提供同步信号,高电平时输出有效图像数据,若当前图 像窗口大小为320240,则在VSYN两个正脉冲之间有240个HREF的正脉冲,即240行；在每个HREF正脉冲期间有320个PCLK

36、正脉冲, 即每行320个像素.这就是VSYN、HREF、PCLK三个同步信号之间的关系2.OV7620同步信号时序如图2所示.2.2 数字图像信号的采集为了将图像传感器输出的图像信号自动地存入FIFO,只需要通过一个与非门就能产生符合FIFO要求的写时钟脉冲,如图3所示.将帧同步信号VSYN 引入单片机输入口,复位后V_EN置0,与非门关闭,输出1.当单片机检测到VSYN上跳后,V_EN输出1,打开与非门.当摄像头输出有效像素 时,HREF为高,PCLK高电平时像素数据有效,三者与非后输出为0,使信号产生一个下跳,触发FIFO锁存OV7620输出的图像数据.经过图3电路处理后的系统时序如图4所示.写信号已符合脚的时序要求,经实际使用,功能正常.当一帧图像写入FIFO后,单片机根据时序要求在FIFO的脚上产生相应脉冲,即可从FIFO中读出图像数据,按照一定格式存入内存,进行后续处理.图5为采集得到的黑线图像.15 / 15