การออกแบบอุปกรณ์มองเห็นกลางคืนอินฟราเรดที่ติดตั้งในรถยนต์โดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC
ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของตลาดรถยนต์และความตระหนักด้านความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น ผู้คนจึงมีความต้องการเทคโนโลยีการปกป้องความปลอดภัยของรถยนต์สูงขึ้นเรื่อยๆ ไม่ไกลนัก ผลเสียจากผลกระทบที่ไม่ดีกลายเป็นหนึ่งในอันตรายด้านความปลอดภัยในการขับขี่รถยนต์ สิ่งที่ร้ายแรงกว่านั้นคือเมื่อขับรถในเวลากลางคืน ผู้ขับขี่มักจะถูกรบกวนจากแสงไฟของรถของอีกฝั่งและจะปรากฏตัวในจุดบอด ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดอุบัติเหตุบนท้องถนนได้ ระบบการมองเห็นตอนกลางคืนสามารถช่วยคนขับนำทางในความมืด เพื่อให้ผู้ขับขี่มองเห็นสภาพแวดล้อมในการขับขี่ได้อย่างชัดเจนทั้งในสถานการณ์ที่มีแสงสว่างและความมืด ดังนั้น การพัฒนาระบบการมองเห็นกลางคืนด้วยอินฟราเรดในรถยนต์ที่มีโครงสร้างเรียบง่าย ประสิทธิภาพที่มั่นคง ความน่าเชื่อถือที่ดี และการบังคับใช้ที่แข็งแกร่งจึงมีโอกาสในการใช้งานตลาดที่สำคัญ
1 การออกแบบระบบโดยรวม
1) หลักการของระบบ
ตามหลักการทำงานที่แตกต่างกัน ระบบการมองเห็นกลางคืนด้วยอินฟราเรดจะแบ่งออกเป็นระบบการมองเห็นกลางคืนด้วยอินฟราเรดแบบพาสซีฟและระบบการมองเห็นกลางคืนด้วยอินฟราเรดแบบแอคทีฟ ระบบการมองเห็นกลางคืนด้วยอินฟราเรดแบบแอคทีฟใช้แหล่งกำเนิดแสงอินฟราเรดที่มีอยู่เพื่อให้แสงสว่างแก่เป้าหมาย และเลนส์ใกล้วัตถุของระบบออปติคัลจะรับรังสีอินฟราเรดที่สะท้อนจากเป้าหมาย และสร้างภาพอินฟราเรดของรังสีเป้าหมายบนพื้นผิวโฟโตแคโทดของ หลอดภาพอินฟราเรด หลอดเปลี่ยนภาพจะทำการแปลงสเปกตรัมและเพิ่มความสว่างให้กับภาพอินฟราเรดของเป้าหมาย และสุดท้ายจะแสดงภาพแสงที่มองเห็นได้ของเป้าหมายบนหน้าจอเรืองแสง และสายตามนุษย์สามารถสังเกตภาพเป้าหมายที่ปรับปรุงแล้วผ่านทางช่องมองภาพ เมื่อพิจารณาถึงความทนทานในการใช้งาน ความสมเหตุสมผลของความประหยัด ความอเนกประสงค์ของอุปกรณ์ ฯลฯ ส่วนใหญ่จะเลือกระบบการมองเห็นตอนกลางคืนแบบแอคทีฟอินฟราเรดเป็นระบบที่ติดตั้งในรถยนต์
ตามวัตถุประสงค์การใช้งานและข้อกำหนดการออกแบบ ระบบส่วนใหญ่ประกอบด้วยแสงอินฟราเรด ระบบประมวลผลวิดีโอ และจอแสดงผลรถยนต์
2) การออกแบบฮาร์ดแวร์
(1) การเลือกกล้อง
กล้องวิดีโอเรียกอีกอย่างว่าหัวกล้องหรือ CCD มันสามารถแปลงแสงเป็นประจุไฟฟ้าและเก็บและถ่ายโอนประจุไฟฟ้า นอกจากนี้ยังสามารถนำประจุไฟฟ้าที่เก็บไว้ออกมาเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าได้อีกด้วย เป็นองค์ประกอบภาพที่เหมาะ หลักการทำงานของมันมีดังนี้: แสงที่สะท้อนจากวัตถุของกล้องจะกระจายไปยังเลนส์ จากนั้นโฟกัสไปที่ชิป CCD ผ่านเลนส์ CCD จะสะสมประจุที่เกี่ยวข้องตามความเข้มของแสง และหลังจากการคายประจุเป็นระยะ มันจะสร้างสัญญาณไฟฟ้าแทนภาพ หลังจากการกรองและประมวลผลการขยายสัญญาณ สัญญาณวิดีโอคอมโพสิตมาตรฐานจะถูกส่งออกทางขั้วต่อเอาต์พุตของกล้อง เลือกกล้อง WAT-902H2 เป็นกล้องที่นี่ มีข้อดีของเอฟเฟกต์กล้องที่ดี การบำรุงรักษาง่าย และประโยชน์ทางเศรษฐกิจ
(2) การออกแบบส่วนฉายรังสีอินฟราเรด
เลเซอร์อินฟราเรดไกลถูกเลือกเป็นตัวปล่อยแสง เป็นเครื่องส่งสัญญาณเลเซอร์ที่มีสีเดียวที่ดี ลำแสงเข้มข้น ขนาดเล็ก อายุการใช้งานยาวนาน และประสิทธิภาพการแปลงแสงไฟฟ้าสูง ประกอบด้วยเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบไฟเบอร์คู่ วงจรขับเคลื่อน วงจรควบคุมอุณหภูมิ และเลนส์สร้างลำแสง ส่วนหลักคือการออกแบบวงจรไดรฟ์ DD312 ถูกเลือกเป็นชิปไดรเวอร์ เป็นชิปไดรเวอร์กระแสคงที่ช่องเดียวที่ออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับ LED กำลังสูง สัญญาณคำสั่งถูกเพิ่มที่ส่วนท้ายของการเปิดใช้งาน DD312 ผ่านออปโตคัปเปลอร์เพื่อควบคุมสวิตช์ของเลเซอร์
(3) การออกแบบโมดูลพลังงาน
ในระบบ จอแสดงผล ไมโครคอนโทรลเลอร์ ชิปสื่อสาร MAX487 กล้อง CCD และวงจรไดรฟ์เครื่องส่งสัญญาณเลเซอร์ล้วนต้องการแหล่งจ่ายไฟ ไมโครคอมพิวเตอร์ชิปเดียวและชิปไดรเวอร์ DD312 ต้องการแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟที่ค่อนข้างคงที่ การกระเพื่อมขนาดเล็ก และการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดเล็ก โมดูล LM2576 ใช้เพื่อจัดหาแหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุมสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์และชิปไดรเวอร์ DD312 (รูปที่ 2) ชิป MAX4877 มีแรงดันไฟฟ้าในการทำงานที่ค่อนข้างสูงและช่วงที่ค่อนข้างกว้าง และใช้โมดูลแปลงพลังงาน NW1-05S05S เพื่อจ่ายพลังงานให้กับชิปดังกล่าว
(4) การออกแบบระบบควบคุม
ไมโครคอมพิวเตอร์ชิปเดียวสองตัวคือ PIC16F877A และ PIC16F876A ใช้เป็นชิปควบคุมของระบบ และระบบควบคุมทั้งหมดยังเป็นระบบส่งกำลังขนาดเล็กอีกด้วย ในหมู่พวกเขา ไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียว PIC16F877A ใช้เป็นจุดสิ้นสุดเริ่มต้นของระบบส่งสัญญาณ มีหน้าที่รับผิดชอบในการรับข้อมูลและปุ่ม "หน่วยความจำ" ชิป Max487 เป็นชิปสื่อสารทำหน้าที่รับและส่งสัญญาณ ไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียว PIC 16F876A ใช้เป็นจุดสิ้นสุดการรับของระบบส่งกำลังเพื่อควบคุมการหมุนของมอเตอร์
①สิ้นสุดการเริ่มต้น
แกนหลักของส่วนนี้คือไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC16F877A เป็นไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียวบิต 8-ที่ผลิตโดยไมโครชิป คอร์ปอเรชั่นแห่งสหรัฐอเมริกา มีโครงสร้าง RISC ที่ไม่เหมือนใคร ซึ่งเป็นโครงสร้างฮาร์วาร์ดบัสที่แยกบัสข้อมูลและบัสคำสั่งออกจากกัน โดยจะเชื่อมต่ออุปกรณ์ปลายทางแต่ละเครื่อง ตอบสนองต่อคำสั่งสอบถามที่ส่งโดยคอมพิวเตอร์ควบคุมหลัก และส่งคืนข้อมูลสถานะของอุปกรณ์ที่ทดสอบไปยังคอมพิวเตอร์ควบคุมหลัก พอร์ต I/O ของคอมพิวเตอร์แบบชิปเดียวเชื่อมต่อกับเทอร์มินัลของอุปกรณ์ที่ทดสอบเพื่อรับข้อมูลสถานะที่ต้องการ วงจรแบ่งออกเป็นสามส่วน ได้แก่ วงจรเก็บข้อมูล (รูปที่ 3) วงจรแสดงผล LED และวงจรปุ่ม
พิน 2 พินของไมโครคอมพิวเตอร์ชิปเดียวเชื่อมต่อภายนอกกับเซ็นเซอร์อุณหภูมิ ซึ่งจะส่งสัญญาณการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามเวลาจริงของระบบไปยังไมโครคอมพิวเตอร์ชิปเดียว พิน 3 ~ 7 เชื่อมต่อภายนอกกับวงจรจอแสดงผล LED เมื่อเชื่อมต่อสัญญาณระดับต่ำของพิน ไฟ LED ที่สอดคล้องกันจะสว่างขึ้น พิน 8, 9 เชื่อมต่อภายนอกกับวงจรไดรฟ์เลเซอร์ เพื่อตรวจจับสถานะของเลเซอร์ พิน 19 พินเชื่อมต่อกับตัวทำความเย็นเซมิคอนดักเตอร์ภายนอกเพื่อรวบรวมข้อมูลและตัดสินใจว่าจะเรียกให้ตัวทำความเย็นเซมิคอนดักเตอร์ทำงานหรือไม่ พิน 22, 25 และ 26 เชื่อมต่อกับวงจรสื่อสารเพื่อส่งสัญญาณไปยังชิปควบคุมหลัก 27 ถึง 40 พินคือการแพน/ก้มเงย และสัญญาณการตรวจจับแป้นเลนส์ เมื่อผู้ปฏิบัติงานกดปุ่มบนแผงควบคุม ไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียวจะรับสัญญาณกุญแจผ่านพอร์ตเหล่านี้ และส่งข้อมูลไปยังชิปควบคุมหลักผ่านทาง วงจรสื่อสารและชิปควบคุมหลักจะวิเคราะห์และควบคุมหลังจากได้รับสัญญาณ คำสั่งที่สอดคล้องกัน
② วงจรสื่อสาร
วงจรสื่อสารเชื่อมต่อปลายเริ่มต้นและปลายรับของระบบส่งสัญญาณ และหน้าที่หลักคือการรับและส่งสัญญาณ ใช้ชิป Max487 ซึ่งเป็นอุปกรณ์ตัวรับส่งสัญญาณแบบฮาล์ฟดูเพล็กซ์พลังงานต่ำสำหรับการสื่อสาร และรวมไดรเวอร์และตัวรับสัญญาณไว้ภายใน ปลายเริ่มต้นเข้ารหัสสัญญาณก่อน และปลายรับจะถอดรหัสสัญญาณ ในเวลาเดียวกัน เพื่อขจัดสัญญาณรบกวน วงจรจะถูกแยกออกโดยออปโตคัปเปลอร์
