陀螺仪通常用于检测随刚体转动产生的角位移或角速度,具有动态响应快、动态性能好以及带宽范围大的特点。陀螺仪的输出值是相对敏感轴的角速度,对时间积分即可得到围绕敏感轴方向上所旋转过的角度。
陀螺仪用于测量车模的行进姿态,不同车模安装方式不同。对于两轮平衡车模而言,陀螺仪是必不可少的。如图2.38和图2.39所示分别是MPU6050 陀螺仪和IC20602 陀螺仪,MPU6050 陀螺仪采用I 2 C协议进行通信,ICM20602 陀螺仪既可以采用I 2 C协议,也可以采用SPI协议进行通信,两者通过程序处理后均可以得到x、y、z轴三个方向的加速度和角速度。MPU6050 陀螺仪价格稍微便宜,但容易使程序跑飞,而ICM20602 陀螺仪传感器采用SPI协议通信就稳定得多。
图2.38 MPU6050 陀螺仪传感器
图2.39 ICM20602 陀螺仪传感器
第十四届全国大学生智能汽车竞赛赛道元素中存在横断,需要进行避障处理,因此需要用到测距传感器对横断进行判断。下面介绍三种常见的测距传感器。
超声波测距传感器如图2.40所示,测量原理是超声波发射器发射一定频率的超声波,借助空气媒质传播,到达测量目标或障碍物后反射回来,超声波接收器接收反射回的超声波信号,超声波往返时间与其传播的路程远近有关,测试传输时间可以得出距离。但是这种传感器的最小测量距离较大,用于测量较短距离时精度不高,所以不推荐采用。
激光传感器工作时,先由激光二极管对准目标发射激光脉冲,经目标反射后,激光向各方向散射,部分散射光返回到传感器接收器,被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器,因此它能检测极其微弱的光信号,记录并处理从激光脉冲发出到返回被接收所经历的时间,即可测定目标距离。激光测距传感器精度高,稳定性好,唯一的缺点是价格较贵,如图2.41所示是一种激光测距传感器。
图2.40 超声波测距传感器
图2.41 激光测距传感器
图2.42 红外测距传感器
红外测距传感器利用红外信号遇到障碍物距离不同其反射强度也不同的原理,进行障碍物远近的检测。红外测距传感器有一对红外信号发射与接收二极管,发射管发射特定频率的红外信号,接收管接收这种频率的红外信号,当红外发射信号遇到障碍物时,反射回来被接收管接收,经过处理之后,即可得到测量的距离。如图2.42所示是实验室用红外测距传感器,型号为GP2Y0A02YK0F,在量程内,该传感器输出电压大小和测量距离成正相关,通过A/D采集和程序计算处理,即可得到测量的距离。
竞赛要求车模在比赛完成后,能够自动停止在停车区域。起跑线的标志有两种形式:一种是斑马线起跑线,如图2.43(a)所示,计时起始处有一个宽度为 10cm黑色斑马线,斑马线使用与赛道黑色边线一样的材料制作。另一种是永久磁铁,在赛道中间安装有永久磁铁,磁场参数:直径7.5~15mm,高度1~3mm,表面磁场强度0.3~0.5T,起跑线附近永久磁铁在赛道中心两边对称分布,具体位置如图2.43(b)所示。两种停车标志都可以使用,相对于需要图像处理的斑马线停车标志,永久磁铁标志处理简单可靠,所以在没有特殊要求的条件下,都选用选择传感器检测永久磁铁。
图2.43 起跑线标志
检测永久磁铁最简单的方法就是用干簧管,它是一种通过施加磁场动作的电开关。干簧管是由两片磁簧片(通常由铁和镍这两种金属所组成)密封在玻璃管内,两片磁簧片呈重叠状,但中间有小空隙。簧片的作用相当于一个磁通导体,在尚未操作时,两片簧片并未接触;在通过永久磁铁或电磁线圈产生磁场时,外加的磁场使两片簧片端点位置附近产生不同的极性;当磁力超过簧片本身的弹力时,这两片簧片会吸合导通电路。使用时,将干簧管一端上拉或下拉,另一端接单片机IO口,通过检测IO口的电平信号即可判断干簧管的通断情况,从而检测到起跑线位置而停车。