激光测距和位移装置.pdf

激光测距及位移装置 摘要：本文利用三角法测距原理，设计了一个位移测量装置。该装置由激光头、 OV7670 摄像头、STM32 主控三部分实现，成本低，体积小。根据激光光斑在 摄像头拍摄图像中的位置，该装置可以测量1m 的位移量，最大误差为0.5cm 。 位移测量装置被放置在一个履带小车上，履带小车由导轨引导而做直线运动。 利用激光测距结果作为反馈，可以通过PID 控制履带小车在1m 范围内任意运 动，响应时间小于15s，可以用遥控器指定小车运动的起始点。 关键字：三角法测距；位移装置；无线遥控；PID 1 一、系统方案 系统原理框图见图 1。两个stm32 之间通过串口进行双工通信。其中主机 负责直流电机的控制和提供人机交换接口。从机负责通过摄像头采集图像，并 运行图像识别算法，通过光斑在图像中的位置计算出实际距离，将处理结果发 送到主机，从机还负责将采集到的图像实时显示到彩色液晶上。 遥控器 彩色液晶 stm32 stm32 字符液晶 激光器 主机 从机 直流电机 摄像头 图 1 系统框架 1. 移动装置制作方案 方案一： 采用差速轮胎驱动的小车。如果通过软件控制，使两个后轮转动 的速度一样那么，小车就会沿直线运动。该方案装置体积小，便于搬运，但是 软件控制算法偏复杂，需要不断进行调节使两个轮子的转速始终一样。 方案二：采用履带小车并用导轨引导。这种控制方案下，小车始终沿导轨做 直线运动，但是装置会比较大，不便于搬运。而且需要仔细测量保证导轨本身 是水平的。 从降低系统复杂性的角度下，我们选择了方案二。 2. 主控方案选择 方案一：使用一片STM32 作为主控同时完成电机的控制、人机交互的接口 和图像处理。这样做系统的硬件比较简单，由于只有一个CPU，整个系统会显 得非常紧凑。但是软件上处理难度非常大，图像处理用时较长，电机控制又需 要一个较小的控制周期，而且还需要处理一些人机交互，可能照成反应较慢的 现象。 方案二：使用一片STM32 作为从机进行图像处理将结果通过串口发送给主 机，主机负责进行电机控制和人机交互处理。这样以来虽然硬件系统复杂了一 些，但是软件的编程难度将大大降低。 经过反复考虑我们选择了方案二。 2 二、理论分析与计算 1. 三角测距法分析 三角法测距光路图见下图 2 ，其中三角形ACB 和三角形CED 是相似的， 所以有 fs q 公式(1) x 其中基线s 是摄像头透镜中心到激光器的距离，q 是障碍物到基线s 的垂直距 离，β 是激光光线与基线间的角度，x 是光斑到图像传感器上端的距离。 激光器 障 D d 碍 β 物 q 摄像 s 头 B