基于ARM自主避障機(jī)器魚設(shè)計(jì)
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1．2 ARM芯片模塊設(shè)計(jì)
ARM處理器擁有16／32Bit內(nèi)核和具有450MIPS運(yùn)算能力。400MHz的標(biāo)準(zhǔn)工作頻率可滿足高速的應(yīng)用要求。ARM主芯片有內(nèi)置數(shù)字?jǐn)z像頭接口，可選配130萬像素CMOS號業(yè)攝像頭進(jìn)行圖像采集。ARM處理器的外圍擴(kuò)展了64M的SDRAM和FLASH，ARM主芯片支持Linux、uCOS-II、WINCE等操作系統(tǒng)。ARM芯片高度集成，主芯片擁有CPU、Nand flash、Nor flash、Ethernet controller等資源。CPU內(nèi)的所有可用資源可通過200pin引腳引出。接口核心板可以單獨(dú)構(gòu)成系統(tǒng)，無需外圍器件。
嵌入式Linux (Embedded Linux)是指對標(biāo)準(zhǔn)Linux經(jīng)過小型化裁剪處理之后，能夠固化在容量只有幾KB或者幾MB字節(jié)的存儲器芯片或單片機(jī)中。它具有成本低、源代碼開放和移植性好的優(yōu)點(diǎn)。在工程中得到了廣泛的應(yīng)用，適合于特定嵌入式的應(yīng)用場合。
1．3 紅外模塊
紅外線是介于可見光和微波之間的一種電磁波。它兼具可見光折射、反射、直線傳播以及微波的貫穿一些不透明物質(zhì)和較強(qiáng)的穿透的能力。紅外傳感器包括紅外發(fā)射模塊和紅外接收模塊?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)表明溫度高于絕對零度的任何物體均可產(chǎn)生紅外輻射，因此紅外傳感器要有更強(qiáng)的發(fā)射紅外的能力。
距離探測器的類型主要有激光探測器、視覺探測器、超聲波傳感器和紅外傳感器。由于激光探測器和視覺探測器比較昂貴而且對控制器的要求很高，所以不選為機(jī)器魚的避障器。超聲波傳感器測距范圍一般在30～300 cm，可見短距離測距是超聲波傳感器的盲區(qū)。能“看”到幾米之外障礙物對于機(jī)器魚的意義并不大，而紅外傳感器的測距距離一般在幾十厘米之內(nèi)，因此我們選擇紅外傳感器作為機(jī)器魚的避障器。
GP2YOA21YK0F是夏普的一款距離測量傳感器。它由PSD(position sensitive detector)、IRFD(infrared emitting diode)以及信號處理電路三部分組成。由于采用了三角測量方法，所以被測環(huán)境溫度、物體的材質(zhì)以及測量時(shí)間均不會影響傳感器的測量結(jié)果的精確度。接收到反射回來的紅外線后，傳感器輸出一個(gè)與返回光強(qiáng)成正比模擬電壓。輸出的模擬電壓經(jīng)過ARM的A／D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量，數(shù)字量傳到MCU后以一定的算法計(jì)算出機(jī)器魚與障礙物之間的距離。將探測的結(jié)果與預(yù)設(shè)值比較，若大于預(yù)設(shè)值則不執(zhí)行中斷即繼續(xù)前進(jìn)，否則執(zhí)行中斷進(jìn)行避障。紅外傳感器硬件原理如圖2所示。本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/148550.htm
1．4 攝像頭模塊
為機(jī)器魚配備的攝像頭是CMOS數(shù)字圖象傳感器。采用的是Ommvision公司的OV9650，OV9650具有130萬的像素、10Bit的數(shù)據(jù)接口與標(biāo)準(zhǔn)SCCB接口，其分辨率達(dá)1280x1024并采用CSP-28封裝該攝像頭用類似于IIc總線的Secb總線連接到ARM主芯片的IIc接口進(jìn)行通信。在ARM芯片中，攝像頭的接口控制模塊(CAMIF)由圖像采集模塊、視頻預(yù)覽尺度模塊、模式混合模塊、特殊功能寄存器(SFR)模塊、碼流尺度模塊、視頻預(yù)覽DMA模塊以及碼流DMA模塊構(gòu)成。COMS攝像頭OV9650輸出的ITU-656格式視頻碼流，經(jīng)CAMIF處理后，將采集到的視頻碼流成兩路不同的格式進(jìn)行傳輸，兩路格式不同的信號分別進(jìn)入不同的幀存儲單元進(jìn)行存貯，之后根據(jù)ARM控制器的指令通過視頻DMA通道進(jìn)行傳輸。攝像頭原理如圖3所示。
1．5 LCD模塊
LCD液品顯示器是(Liquid Crystal Display)的簡稱，LCD的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產(chǎn)生畫面。LCD有扭轉(zhuǎn)式向列型(Super Twisted Nematic，簡稱STN)和薄膜式晶體管型(Thin Film Transistor，簡稱TFT)兩種主流類型。因?yàn)門FT有反應(yīng)速度快、可視角度大、色彩豐富、分辨率高、對比度、亮度高等優(yōu)點(diǎn)，所以我們選擇TFT的LCD。LCD硬件原理、LCD控制器功能如圖4所示。
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