Реализация объемного сканирования на основе лазерного дальномера "Noptel CMP3-30"
Создание объемного сканера местности на основе лазерного дальномера "Noptel CMP3-30". Механизм позиционирования лазера. Описание модуля контроля позиционирования и обработки данных. Способ связи с программой подсистемы автоматизированного движения.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 16.06.2018 |
| Размер файла | 908,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Реализация объемного сканирования на основе лазерного дальномера “Noptel CMP3-30”
Д.В. Невзоров
студент МАДИ
В настоящее время многие автопроизводители работают над созданием полноценной системы автоматического управления автомобиля [1, 3]. В данных системах основную роль уделяют получению информации о происходящем вокруг автомобиля [2, 108]. Для этого используют различные способы локации и систему технического зрения [3, 59, 60]. Одним из способов получения расстояния до объектов является лазерное сканирование. Так радар, состоящий из нескольких лазеров и системы подвижных зеркал, излучает импульсы и на основе полученного отражения вычисляет расстояние. Полученные данные синхронизируются с видео потоком технического зрения, и создается трёхмерная карта окружающего ландшафта с размерами.
На основе гранта, разыгрываемого Московским автомобильно-дорожным государственным техническим университетом (МАДИ) была проведена научная работа по созданию радара трехмерного сканирования на основе лазерного дальномера “Noptel CMP3-30”, с целью дальнейшего его использования в качестве подсистемы интеллектуального транспортного средства.
Цель данного исследования состояла в апробации одного из методов позиционирования лазерного луча, создании вычислительного модуля карты дистанций со штампом времени и углом поворота кузова автомобиля, передачи потока данных на компьютер.
Создание системы позиционирования лазерного луча и обработки данных.
В качестве объекта исследования был взят лазерный дальномер “Noptel CMP3-30” (рис. 1). Частота дискретизации составляет 4кГц, дальность измерения до 90м.
Рис. 1. Лазерный дальномер “Noptel CMP3-30”
В качестве метода позиционирования был выбран наклон зеркальной поверхности в двух плоскостях. В качестве зеркального элемента (далее зеркало) был выбран сектор диска от накопителя на жёстких магнитных дисках, так как он имеет одну поверхность отражения (рис. 5). Наклон производился сервоприводом MG945 (усилие 12кг/см(6В), скорость отработки 0,22с/60град (4,8В), рабочее напряжение 4,8-7,2В) в вертикальной плоскости и сервоприводом MG90S (усилие 2,2 кг/см (6В), скорость отработки 0,1 с/60 град (4,8В), рабочее напряжение 4,8-6В) (рис.2) в горизонтальной плоскости. MG945 закреплен непосредственно на корпусе дальномера и вращает MG90S, который в свою очередь вращает зеркало. Для уменьшения усилия торможения при изменении направления движения зеркала в горизонтальной плоскости, обе стороны зеркала подтягиваются пружинами к смещенному от центра кронштейну. В горизонтальной плоскости зеркало двигается на 60 градусов, в вертикальной 45градусов. За одну секунду луч проходит два раза окно сканирования.
Рис. 2. Сервоприводы MG945(слева) и MG90S (справа)
В качестве модуля управления сервоприводами и обработки информации была взята отладочная плата STM32VLDISCOVERY (рис. 3), на основе микроконтроллера STM32F100RB (128кб ПЗУ , 8кб ОЗУ, SPI, УАПП, тактовая частота 24МГц), имеющая встроенный отладчик.
Рис. 3. Плата STM32VLDISCOVERY
В качестве метода слежения за углом наклона зеркала был выбран способ вычисления взаимного положения датчиков MPU-9250 (рис. 4) компании InvenSense, каждый из которых включает в себя 3-х осевые гироскоп, акселерометр и магнитометр, а также термометр для коррекции показаний. Один датчик закреплен на зеркале, второй на корпусе радара. Каждый датчики связан с микроконтроллером по индивидуальному каналу SPI.
Рис. 4. 9-ти осевой датчик движения MPU-9250
Вычислительный модуль получает данные от дальномера по каналу УАПП, сохраняет штамп времени приема, запрашивает у датчиков-гироскопов положение по 3-м осям, вычисляет угол наклона зеркала, проводит линейную интерполяцию по времени, вычисляя смещение зеркала за время передачи, далее вычисляет координаты и расстояние в двухмерной матрице, соответствующие окну сканирования, используя полученное расстояние как гипотенузу прямоугольного треугольника, перемещает зеркало дальше по циклу.
Связь с компьютером осуществляется по второму УАПП. Для этого был разработан протокол, позволяющий вести двухсторонний обмен информацией, а именно получать данные всех датчиков с временным штампом, разделение пакетов на запрос, ответ, подтверждение. Каждый пакет содержит два байта «старт», байт назначения, штамп времени, длину байтов данных, два байта «конец», байт проверки «XOR».
Рис. 5. Внешний вид трехмерного сканера в составе лазерного дальномера “Noptel CMP3-30” и сектора диска для зеркального элемента
Задача состояла в разработке трехмерного сканера для использования в составе интеллектуальной транспортной системы в качестве корректирующего устройства для машинного зрения.
В процессе эксперимента был выбран оптимальный алгоритм перемещения позиционного зеркала, откалибрована программная синхронизация с координатами сканируемого окна, разработана концепция взаимодействия с подпрограммой ИТС автономного движения автомобиля. Реализация сканера позволила с частотой два раза в секунду (2 Гц) получать дистанцию до любых объектов по ходу следования автомобиля с горизонтальным углом зрения 60 градусов и вертикальным углом зрения 45 градусов в радиусе 90 метров. Применение разработанного объемного сканирующего устройства позволит улучшить восприятие окружающей обстановки автономно движущимся автотранспортным средством, и в перспективе сможет повысить безопасность дорожного движения.
Литература
лазерный дальномер автоматизированный движение
1. Фадин, А.М. Методика оценки алгоритмов управления автомобиля в автоматическом режиме / А.М. Фадин, А.М. Иванов, С.С. Шадрин // Вестник МАДИ. - 2013. - Вып. 3 (34). - С. 3-7.
2. Разработка системы автоматизированного движения в «пробках» городского транспортного средства / А.Р. Спинов, С.С. Шадрин, А.М. Иванов, А.Н. Солнцев // Вестник МАДИ. - 2014. - Вып. 3 (38). - С. 106-112.
3. Иванов, А.М. Интеллектуальное транспортное средство. Адаптация подсистемы определения взаимного положения движущихся транспортных средств / А.М. Иванов, С.С. Шадрин, К.Е. Карпухин // Известия МГТУ МАМИ. - 2013. - № 2 (16), т. 1. - С. 57-62.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Разработка структурной схемы и 3D модель мехатронной системы ориентирования, проектирование ее электронной и механической частей. Методы измерения расстояния с использованием лазеров. Технические характеристики лазерного сканирующего дальномера.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 18.09.2015Сферы применения технологий высокоточного спутникового позиционирования. Анализ состояния и тенденций развития систем высокоточного спутникового позиционирования в России. Механизм предоставления информации сетью станций высокоточного позиционирования.
дипломная работа [5,9 M], добавлен 13.10.2017Разработка устройства контроля позиционирования исполнительного механизма. Проектирование принципиальной схемы и программного обеспечения микропроцессора, печатной платы. Аппаратные диагностические средства для проверки работоспособности устройства.
курсовая работа [5,0 M], добавлен 19.12.2010Методы расчета усилительных каскадов на основе транзисторов. Проектирование усилителя модулятора лазерного излучения. Приобретение конкретных навыков в расчете усилительных каскадов на примере решения конкретной задачи. Расчет широкополосного усилителя.
курсовая работа [461,3 K], добавлен 23.06.2008Система определения координат движущихся объектов с лазерным сопровождением. Прецезионные дальномеры на основе двухволнового инжекционного лазера. Методы определения координат (целеуказания) и наведения на объект лазерного пучка с заданной точностью.
реферат [881,6 K], добавлен 14.12.2014История и перспективы развития системы глобального позиционирования (GPS). Характеристика основных GPS-устройств, сферы их использования, анализ схем и последовательности работы. Применение GPS технологий в повседневной жизни, их недостатки и особенности.
реферат [45,9 K], добавлен 27.10.2009Этапы разработки и перспективы внедрения проекта по созданию бюджетного лазерного комплекса на базе полупроводникового лазера, предназначенного для обработки органических материалов. Исследование основных параметров и характеристик фотоприемника.
курсовая работа [883,0 K], добавлен 15.07.2015Характеристика и функция лазерного резонатора, обеспечение обратной связи фотонов с лазерной средой. Лазерные моды – собственные частоты лазерного резонатора. Продольные и поперечные электромагнитные моды. Лазер на ионах аргона и криптона, его устройство.
реферат [1,5 M], добавлен 17.01.2009Индуктивные датчики. Фотооптические датчики перемещений. Прецизионные датчики линейных перемещений. Накапливающие системы. Метод муаровых полос. Системы позиционирования с лазерными интерферометрами. Проблема стабилизации частоты лазерного излучения.
реферат [105,8 K], добавлен 26.01.2009Обзор применения импульсных дальномеров-высотомеров на основе полупроводниковых лазеров для контроля объектов подстилающей поверхности. Методы повышения точности временной фиксации принимаемого сигнала. Расчет безопасности лазерного высотомера ДЛ-5.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 14.03.2016Сравнительный анализ кристаллических иттербий-эрбиевых сред для полуторамикронных лазеров. Пороги генерации сенсибилизированной трехуровневой лазерной среды. Способы получения образцов кристалловолокон на основе ниобата лития. Метод лазерного разогрева.
дипломная работа [2,7 M], добавлен 02.09.2015Обзор конструктивных особенностей и характеристик лазеров на основе наногетероструктур. Исследование метода определения средней мощности лазерного излучения, длины волны, измерения углов расходимости. Использование исследованных средств измерений.
дипломная работа [2,7 M], добавлен 26.10.2016Особенности проектирования линзовой афокальной насадки для маломощного He–Ne лазера с возможностью управления расходимостью выходного лазерного излучения. Способы обеспечения его дискретного изменения с помощью механической смены линз объектива.
курсовая работа [377,8 K], добавлен 13.03.2014Исследование конструктивных особенностей, принципа действия и применения лазерного гироскопа. Описания сверхбольших лазерных гироскопов. Анализ схемы конструкции моноблочного лазерного гироскопа. Перспективы развития гироскопического приборостроения.
реферат [829,1 K], добавлен 15.03.2016Назначение, устройство, принцип и диагностика работы лазерного принтера. Отыскание дефектов и устранение неисправности в лазерных принтерах. Техника безопасности при проведении ремонтных и профилактических работ со средствами вычислительной техники.
курсовая работа [58,7 K], добавлен 13.07.2011Анализ разработки системы автоматизированного контроля на базе микроконтроллера МК51, схемотехника портов. Выбор интегральных микросхем ОЗУ для модуля памяти. Определение надёжности (вероятности безотказной работы) системы автоматизированного контроля.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 15.01.2012Назначение систем подводного гидроакустического позиционирования (ГСП), описание их моделей. Устройство ГСП, принцип ее действия в нефтедобывающем комплексе. Разработка плавучей якорной системы, придонной установки и пьезоэлектрического преобразователя.
дипломная работа [3,1 M], добавлен 27.06.2013Разработка радиотехнического метода и аппаратуры высокоточного контроля геометрической формы плотин гидроэлектростанций. Обоснование радиотехнического метода измерений точных расстояний. Узлы точного дальномера. Определение абсолютного значения дальности.
дипломная работа [3,8 M], добавлен 25.07.2012Конструирование сменного оптического носителя для запоминающего модуля: разработка электродвигателя вращения, привода каретки и оптической головки. Расчет показателей линейного двигателя позиционирования, информационной емкости и плотности записи.
практическая работа [1,1 M], добавлен 27.11.2010Фотоприемники на основе внешнего и внутреннего фотоэффекта. Преобразование входного оптического сигнала в выходной электрический сигнал. Коротковолновая граница чувствительности. Разрешение катодной камеры. Спектральные характеристики фотодиодов.
реферат [81,5 K], добавлен 19.01.2011
