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无人驾驶上的车辆传感器

2017-4-28 17:11:01  4922
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近来无人驾驶车辆引起了广泛热议。 业界正在努力开发这种技术,将其作为提高安全性和节省费用的方法。 这已不再是遥不可及的构想,宝马、奔驰和特斯拉等公司均已发布或即将发布可使汽车自动驾驶的车辆系统。
一些资金雄厚的公司正大力投资于自导引车辆技术。 我们许多人都熟悉 Google 无人驾驶汽车项目及其测试 [1]。 我们也很有可能熟悉 Amazon 关于使用自导引无人机送货的计划 [2]。 不过,您可能不知道,Domino's Pizza 等食品企业正在积极开发可在 30 分钟以内将披萨送达的电动汽车 [3]以及基于无人机的披萨递送系统[4]。 此外,沃尔玛等大型购物广场也正投资于自动送货技术,并计划与 Amazon 齐头并进,在无人干预的情况下提供快速可靠的送货服务。
本文将探讨可用于创造自主驾驶车辆的传感器技术,以及如何架构实时与混合信号嵌入式要素,以提供相对安全且可靠的自动驾驶系统。 本文所提及的所有零件和技术均可在 Digi-Key 网站找到。
始于 GPS
所有无人驾驶车辆都在很大程度上依赖传感器。 任何导引系统都需要的主要传感器技术是位置识别。 当然,GPS 和地理定位技术均已嵌入大多数智能手机中。 虽然这些系统相当可靠,但仍未可靠到足以满足与传统有人驾驶车辆共用相同公路和街道的个别无人驾驶车辆或车队的需求。
想一下您亲身经历。 有多少次 GPS 定位不准或者效率不佳? 如果没有人类头脑的支持,那么天气条件、电子噪声源以及地图不一致等因素均可导致灾难性的后果。
另一个因素是分辨率。 如果您只需要精确到米,那么如今的 GPS 或许已经足够好了,但如果您需要精确到厘米的分辨率呢? 在以米计量的范围内产生的错误,如果导致越过双黄线,车辆将迎头相撞。 同样地,在沿海公路上产生的米级精度错误,可能导致车辆坠崖。
除位置以外,车辆防撞是自动驾驶汽车的另一项关键技术。 虽然自动驾驶车辆可通过编程来提高驾驶的警惕性,确保其不受交谈、音乐或手机的干扰,但它们还是必须与那些无法做到安全驾驶甚至不遵守交通规则的人类共用马路。 这意味着自导引车辆在恪守其职的同时,还必须结合计划和策略来处理人为错误。
可用的解决方案
对于整体位置感知来说,模块化 GPS 解决方案是不错的选择。 低成本低功耗的小型 GPS 模块可支持多种国际协议,例如中国的北斗卫星导航系统、俄罗斯的 glonass、欧盟的 Galileo 卫星导航系统 (GNSS) 以及美国的全球定位系统 (GPS) 技术。 Antenova M10478-A3 等模块包含宽带天线,可为上述所有的协议标准提供支持,同时也可提供数据速率高达 115.2 Kbits/秒的基于 UART 的简单接口,几乎能够轻松连接任何标准的嵌入式微控制器。
设计工程师应注意,限制因素往往并非车辆的尺寸和动力,而是灵敏度与扩展温度范围。 Antenova 模块具备 –165 dB 的高灵敏度,其工作温度范围在 –40 到 +80°C 之间。 10 Hz 的固定更新率可帮助确保随时快速获取最新的位置信息,从而让在地面上移动相对缓慢的车辆保持正常行驶。
额定电压电流为 3.3 V、38 mA 的屏蔽式模块本身安装在 28 引脚的 13.8 x 9.5 x 1.8 mm SMT 可安装板上,此板可直接回流到包含嵌入式微控制器的主母板上。 Antenova M10478-A3-U1 的开发和评估板可轻松连接 USB,从而能够快速地测试与评估该解决方案,同时投资少且风险低。
地图内存和数据将获得许可或进行修补来使用 Google 地图等通用的地图解决方案,同时也可能需要 GSM 和互联网连接。 GSM 解决方案也能提供 GPS 功能。 例如,Maestro Wireless Solutions M1003GXT48500 3G GSM 调制解调器集成了 GSM 功能与 GPS 支持,从而能够实现地理定位和 GPS 的功能(图 1)。 这提供了一个备用解决方案,即利用蜂窝信号发射塔和卫星来获取修正。

图 1: GSM 与 GPS 的集成模块可允许卫星连接和蜂窝连接,以实现位置感知。
防撞
检测物体以避免碰撞,是自动导航车辆安全性要求的关键部分。 虽然可从各种渠道获得大量的 CCD 图像传感器和摄像机,但如果工程师需要快速高效地开发传感器算法,那么视频传感器与控制处理器之间应该具备一个灵活的平台。
理想的解决方案是,利用可直接支持视频流的 FPGA 技术来检测边缘、优化图像以及在快速的硬件中执行计算,从而确定靠近物体的速度、方向和接近程度,并进行威胁评估。
lattice Semiconductor 提供了一个理想的解决方案,此方案搭配其 LFE3-70EA-HDR60-DKN 开发系统,用于 1080p、60 fps 的视频摄像头。 此平台包含一个参考设计和 IP,可与该公司的 LCMXO2-4000HE-DSIB-EVN 图像接口板及其 LF-9MT024NV-EVN Nanovesta 摄像头板配套使用。
此项技术将两个图像传感器合并为一个视频数据流(图 2),能够进行深度感知和更精确的速度与位置感应,并可实现自动白平衡、消除 2D 噪声以及提供行业最快的自动曝光,分辨率高达 1600 万像素。

图 2: 支持两个独立的摄像机和视频流,可进行深度感知,这是无人驾驶车辆的重要优势。
雷达元器件
微型雷达装置目前已广泛应用于汽车行业。 这些装置利用射频技术来确定接近度、范围、速度和相对物体尺寸。
因为汽车行业已将此技术广泛用于其防撞领域,因此,自动停车系统、雷达芯片、元器件、开发系统和子组件均可随时用于无人驾驶车辆的设计。
请注意,多通道雷达系统的设计已经完成并已投入使用,这主要是因为车辆有多个面需要监控。 也能采用诸如升降门检测系统这样的单通道雷达系统,但必须对每一侧、轴以及自主驾驶车辆面临潜在威胁处都装设一组雷达。 例如,前向雷达和侧向雷达适用于避免行人,但自主驾驶车辆也可能需要深度检测来确定路边有沟渠,轮胎漏气等情况下不适合在此处停车。
此领域所使用的元器件可能包括 Texas Instruments AFE5401TRGCTQ1 等零件。 这是一款单片式 4 通道模拟雷达前端,配有集成式低噪声放大器、均衡器、可编程增益放大器、抗混叠以及带有 12 位分辨率的 A/D(图 3)。 特别有趣的是,该额定电压为 1.8 伏的零件允许在所有通道同步采样,并且采样速率高达每秒 2500 万个样本,另外,12 位的兼容并行总线可将采集到的数据快速传输到本地主机控制器。

图 3: 多通道单片式雷达装置,例如该 4 通道接收器,是无人驾驶车辆的理想解决方案。
analog Devices 随其 AD8285WBCPZ 4 通道前端 12 位 ADC 提供了类似的解决方案。 此零件由该公司的 AD8285CP-EBZ RX 路径雷达评估板提供支持,该板使用与 SPI 连接的一体式 FIFO 来灵活捕获数据。
总之,使用自动驾驶车辆进行自动化运送可能在实行初期费用昂贵,也可能面临各种潜在障碍,例如规范和责任等方面的困难。 然而,必要的技术性解决方案(特别是以基于传感器的模块和系统的形式)现在或者即将可供设计工程师使用。 使用 GPS、雷达和视频感测的现今高级辅助驾驶系统(ADAS,例如自适应巡航控制和自动紧急刹车)已经表明,自主驾驶车辆正式上路只是迟早的事。

王栋春 2017-4-28 22:05:34
这个没有接触过  感谢楼主分享
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万先生 2017-4-29 15:28:40
诚邀加盟:
单位名称:        北京奥新智能科技有限公司                         招聘人数        3
公司性质        民营        公司规模        15        所在城市        北京
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岗位职责       
1. 分析系统设计需求,完成硬件总体方案设计以及器件选型;

2. 制定产品开发计划,负责完成系统分析、模块设计、系统测试等产品开发任务,保证产品开发按计划及时完成;

3. 协助产品测试、验证,解决产品测试、生产中反馈的问题,完成产品开发中的文档,并按照规定进行文档归档;

4. 协助市场、生产、工程部门的需求,完成技术支持服务。"                               
任职要求       
"◆ 教育背景:本科及以上学历,电子类相关专业。
◆ 培训经历:电子类相关知识培训。
◆ 工作能力:

1. 三年以上工作经验,具备扎实的数电、模电基础,了解常用元件的使用与测试方法,对贴片元器件封装熟练掌握,懂电子硬件装配和调试;

2. 精通Cadence Allegro软件;并能熟练使用软件进行2-8层及以上的PCB设计;

3. 熟悉产品认证流程(3C,FCC等),以及熟悉PCBA生产流程;

4. 能独立完成整个Layout,包括布局, 布线,生成Gerber;

5. 对PCB设计中的一些问题能够熟练定位,对信号的噪声、电源完整性,干扰问题有深刻的理解;

6. 熟悉pcb板材质和工艺,能及时解决pcb板厂提出的工程技术问题;

7. 熟悉射频阻抗匹配、功效、滤波电路设计和调试,掌握WIFI相关EMC调试;

8. 精通模拟电路设计和数字电路设计,有独立智能硬件设计经验者优先;

9.性格开朗,有团队合作的精神,纪律性强,能承受一定工作压力。"                               

招聘联系人        万先生                招聘简历投递邮箱        wanhl@sina.com
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彭勇 2017-5-15 14:13:09
全数字转全模拟+数字的完美IC-CV2880

CV2880于2014年正式量产上市,是一颗具备极高画质、超强性能,用于专业摄像领域和高端图形显示领域的SOC单芯片,支持目前市场上绝大多数的数字/模拟信号输入输出,内置Scaler和内存,尺寸小,功耗低,适合安防监控、视频展台、工业摄相机,高端视频转换等专业领域应用。

CV2880基本规格介绍如下:

输入数字信号格式
Ÿ  高达500万像素(2596x1944) CMOS 传感器 bayer格式数据(RAW Data)输入
Ÿ  8 Bits BT656/BT601
Ÿ  8 Bits/16Bits BT1120
Ÿ  8 Bits/16Bits YC422
Ÿ  24 Bits RGB444 /YUV444
Ÿ  16/24/32 Bits TTL
Ÿ  支持标清或者高清数字输入,
Ÿ  支持隔行扫描或者逐行扫描信号输入
Ÿ  最大输入频率高至165Mhz
Ÿ  支持输入模式自动检测
输出数字信号格式
Ÿ  8Bits BT.656/BT.601
Ÿ  8Bits /16 Bits BT.1120
Ÿ  16Bits YC422
Ÿ  24Bits RGB444/YUV444
Ÿ  16/24/32Bits TTL
Ÿ  支持标清和高清
Ÿ  最大时钟高至165Mhz
输出模拟信号格式
Ÿ  集成三路10 bits DACs
Ÿ  支持1路CVBS 和1路S-Video输出
Ÿ  支持同时3路CVBS输出.
Ÿ  支持VGA输出&最高1920x1080@60或者2560x1440@30
  支持YPBPR(SOY)输出&最高1080P60
智能图像处理
Ÿ  支持黑电平扩展和白电平扩展(Black and White level expansion)
Ÿ  肤色校正(Flesh Tone Correction)
Ÿ  水平清晰度调整(Horizontal Peaking)
Ÿ  动态亮度信号瞬时改善
Ÿ  动态色度信号瞬时改善
Ÿ  ACCE(自适应色彩和对比度加强)
Ÿ  亮度,对比度,饱和度,色调调整
Ÿ  伽马校正(Gamma Correction)
Ÿ  支持自动曝光(AE),自动对焦(AF),自动白平衡(AWB)处理
Ÿ  图像垂直和水平镜像(Mirror)功能
Ÿ  图像显示冻结(Freeze)功能
Ÿ  同屏对比,多画面分割功能
Ÿ  大量适用于工业级的定制功能。
隔行转逐行De-interlacing
Ÿ  支持标清(NTSC/PAL)和高清(HDTV 1080I)输入的角度检测和运动自适应的隔行转逐行
Ÿ  电影模式支持3:2 和 2:2 pull-down
Ÿ  自适应的2D和3D减少串色的降噪技术
缩放Scaling
Ÿ  完全可编程的缩放系数
Ÿ  独立的水平和垂直缩放
Ÿ  3条lineBuffer加先进的缩放技术带来极高质量的图像,提供比同类IC高出30%的画质。
OSD模块
Ÿ  内嵌存储提供高质量可编程的菜单
Ÿ  1,2 和 4-bit per pixel character cells
Ÿ  字符大小可以编程
Ÿ  菜单水平和垂直伸展技术
Ÿ  菜单闪烁技术
Ÿ  可调透明度的菜单叠加
Ÿ  全屏8组十字线并支持按像素点移动
Ÿ  支持自定义16x16点阵字库
内嵌DDR存储及控制模块
FRC(帧率转换)功能,支持任意无极帧率转换。
两组Slave I2C接口
电器特性
Ÿ  1.8V/3.3V供电,平均功耗约260MA
Ÿ  内置ESD/TVS抗8000V,高于同类IC四倍。
  可连续工作于-40度至110度工作环境。
Ÿ  80PIN QFP封装,0.5PIN间距
  尺寸为12x12 mm

CV2880从上市到现在一直在稳步前进,这是一颗超出客户预期的IC,是视频转换领域的一个完美产品,围绕CV2880推出了一系列优质方案,绝大多数方案免费提供源始原理图、PCB、BOM等技术资料,对于有研发能力客户提供免费的软件方面技术支持,欢迎大家索取资料和咨询沟通!彭工18682118801 QQ:1922887285  
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