Diseño de un dispositivo de visión nocturna por infrarrojos montado en un vehículo basado en un microcontrolador PIC
Con el rápido desarrollo del mercado del automóvil y la creciente conciencia de la seguridad, las personas tienen requisitos cada vez más altos para la tecnología de protección de seguridad del automóvil. No muy lejos, la desventaja de un efecto deficiente se convierte en uno de los peligros para la seguridad de la conducción de automóviles. Lo que es más grave es que al conducir de noche, el conductor suele ser molestado por las luces del vehículo del otro lado y aparece en un ángulo muerto, lo que es propenso a los accidentes de tráfico. El sistema de visión nocturna puede ayudar al conductor a navegar en la oscuridad, de modo que el conductor pueda ver claramente el entorno de conducción en situaciones de luz y oscuridad. Por lo tanto, el desarrollo de un sistema de visión nocturna infrarroja automotriz con estructura simple, rendimiento estable, buena confiabilidad y gran aplicabilidad tiene importantes perspectivas de aplicación en el mercado.
1 Diseño general del sistema
1) Principio del sistema
Según diferentes principios de funcionamiento, los sistemas de visión nocturna por infrarrojos se dividen en sistemas de visión nocturna por infrarrojos pasivos y sistemas de visión nocturna por infrarrojos activos. El sistema de visión nocturna infrarroja activa utiliza la fuente de luz infrarroja que transporta para iluminar activamente el objetivo, y la lente del objetivo del sistema óptico recibe la radiación infrarroja reflejada por el objetivo y forma una imagen infrarroja de la radiación objetivo en la superficie del fotocátodo de el tubo de imagen infrarrojo. El tubo de cambio de imagen realiza la conversión espectral y mejora el brillo de la imagen infrarroja del objetivo, y finalmente muestra la imagen de luz visible del objetivo en la pantalla fluorescente, y el ojo humano puede observar la imagen mejorada del objetivo a través del ocular. Teniendo en cuenta la durabilidad de uso, la racionalidad de la economía, la versatilidad del dispositivo, etc., la mayoría elige el sistema de visión nocturna por infrarrojos activos como sistema montado en el vehículo.
De acuerdo con los objetivos funcionales y los requisitos de diseño, el sistema se compone principalmente de iluminación infrarroja, sistema de procesamiento de video y pantalla del vehículo.
2) Diseño de equipos
(1) Selección de cámara
La cámara de video también se llama cabezal de cámara o CCD. Puede convertir la luz en cargas eléctricas y almacenar y transferir cargas eléctricas. También puede sacar cargas eléctricas almacenadas para cambiar el voltaje. Es un elemento de imagen ideal. Su principio de funcionamiento es el siguiente: la luz reflejada por el objeto de la cámara se propaga a la lente y luego se enfoca en el chip CCD a través de la lente. El CCD acumula la carga correspondiente según la intensidad de la luz, y tras descargas periódicas, genera una señal eléctrica que representa una imagen. Después del procesamiento de filtrado y amplificación, se emite una señal de video compuesta estándar a través del terminal de salida de la cámara. Aquí elija la cámara WAT-902H2 como cámara. Tiene las ventajas de un buen efecto de cámara, fácil mantenimiento y beneficios económicos.
(2) Diseño de la parte de irradiación infrarroja
Se selecciona un láser de infrarrojo lejano como emisor de luz. Es un transmisor láser con buena monocromaticidad, haz concentrado, tamaño pequeño, larga vida útil y alta eficiencia de conversión electroóptica. Consiste en un láser semiconductor acoplado a fibra, un circuito de excitación, un circuito de control de temperatura y una lente de formación de haz. La parte central es el diseño del circuito de accionamiento. DD312 se selecciona como el chip controlador. Es un chip controlador de corriente constante de un solo canal especialmente diseñado para LED de alta potencia. La señal de comando se agrega al extremo habilitado de DD312 a través del optoacoplador para controlar el interruptor del láser.
(3) Diseño del módulo de potencia
En el sistema, la pantalla, el microcontrolador, el chip de comunicación MAX487, la cámara CCD y el circuito impulsor del transmisor láser necesitan fuente de alimentación. Entre ellos, la microcomputadora de un solo chip y el chip controlador DD312 requieren un voltaje de suministro de energía relativamente estable, una pequeña ondulación y una pequeña interferencia electromagnética. El módulo LM2576 se utiliza para proporcionar una fuente de alimentación regulada para el microcontrolador y el chip controlador DD312 (Figura 2). El chip MAX4877 tiene un voltaje operativo relativamente alto y un rango relativamente amplio, y el módulo de conversión de energía NW1-05S05S se usa para proporcionarle energía.
(4) Diseño del sistema de control
Se utilizan dos microcomputadoras de un solo chip, PIC16F877A y PIC16F876A, como chips de control del sistema, y todo el sistema de control también es un pequeño sistema de transmisión. Entre ellos, la microcomputadora de un solo chip PIC16F877A se utiliza como el extremo inicial del sistema de transmisión, responsable de la adquisición de datos y el botón de "memoria"; El chip Max487 es un chip de comunicación, responsable de recibir y transmitir señales. La microcomputadora de un solo chip PIC 16F876A se utiliza como extremo receptor del sistema de transmisión para controlar la rotación del motor.
① Fin inicial
El núcleo de esta parte es el microcontrolador PIC16F877A. Es una microcomputadora de un solo chip de 8-bits producida por Microchip Corporation de los Estados Unidos. Tiene una estructura RISC única, una estructura de bus de Harvard en la que el bus de datos y el bus de instrucciones están separados. Conecta cada dispositivo terminal, responde al comando de consulta enviado por la computadora de control principal y devuelve la información de estado del dispositivo bajo prueba a la computadora de control principal. El puerto de E/S de la computadora de un solo chip está conectado con la terminal del equipo bajo prueba para obtener la información de estado requerida. El circuito se divide en tres partes: circuito de adquisición de datos (Figura 3), circuito de pantalla LED y circuito de botón.
Los 2 pines de la microcomputadora de un solo chip están conectados externamente con un sensor de temperatura, que transmite la señal de cambio de temperatura en tiempo real del sistema a la microcomputadora de un solo chip; los pines 3 ~ 7 están conectados externamente con un circuito de visualización LED, cuando se conecta la señal de bajo nivel del pin, se enciende el LED correspondiente; los pines 8, 9 están conectados externamente con un circuito de accionamiento láser, para detectar el estado del láser; 19 pines están conectados a un enfriador de semiconductores externo para recopilar información y decidir si activar el enfriador de semiconductores para que funcione; Los pines 22, 25 y 26 están conectados al circuito de comunicación para transmitir señales al chip de control principal; 27 a 40 pines son la pan/tilt y la señal de detección de la tecla de la lente, cuando el operador presiona la tecla en el panel, la microcomputadora de un solo chip recibe la señal de la tecla a través de estos puertos y envía la información al chip de control principal a través del circuito de comunicación, y el chip de control principal analiza y controla después de recibir la señal. comando correspondiente.
② Circuito de comunicación
El circuito de comunicación conecta el extremo inicial y el extremo receptor del sistema de transmisión, y su función principal es realizar la recepción y transmisión de la señal. Adopta el chip Max487, que es un dispositivo transceptor semidúplex de baja potencia para la comunicación, e integra un controlador y un receptor en su interior. El extremo inicial codifica la señal primero y el extremo receptor decodifica la señal. Al mismo tiempo, para eliminar interferencias, el circuito está aislado por un optoacoplador.
