עיצוב של מכשיר ראיית לילה אינפרא אדום המותקן על רכב המבוסס על מיקרו בקר PIC
עם ההתפתחות המהירה של שוק הרכב והמודעות הגוברת לאבטחה, לאנשים יש דרישות גבוהות יותר ויותר לטכנולוגיית הגנת בטיחות רכב. לא רחוק משם, החיסרון של השפעה גרועה הופך לאחת מהסכנות הבטיחותיות של נהיגה ברכב. מה שיותר חמור הוא שבנהיגה בלילה הנהג לרוב יופרע מאורות הרכב של הצד השני ויופיע בנקודה עיוורת, המועדת לתאונות דרכים. מערכת ראיית הלילה יכולה לעזור לנהג לנווט בחושך, כך שהנהג יוכל לראות את סביבת הנהיגה בבירור במצבים בהירים ובחושך. לכן, לפיתוח מערכת ראיית לילה אינפרא אדום לרכב עם מבנה פשוט, ביצועים יציבים, אמינות טובה וישימות חזקה יש סיכויים חשובים ליישום בשוק.
1 עיצוב מערכת כולל
1) עקרון המערכת
על פי עקרונות עבודה שונים, מערכות ראיית לילה אינפרא אדום מחולקות למערכות ראיית לילה אינפרא אדום פסיביות ומערכות ראיית לילה אינפרא אדום אקטיביות. מערכת ראיית הלילה האינפרא אדום הפעילה משתמשת במקור האור האינפרא אדום שהיא נושאת כדי להאיר באופן פעיל את המטרה, ועדשת האובייקטיב של המערכת האופטית קולטת את קרינת האינפרא האדומה המוחזרת מהמטרה ויוצרת תמונת אינפרא אדום של קרינת המטרה על פני השטח הפוטוקטודי של צינור ההדמיה האינפרא אדום. הצינור משנה תמונה מבצע המרה ספקטרלית ושיפור בהירות בתמונת האינפרא אדום של המטרה, ולבסוף מציג את תמונת האור הנראה של המטרה על מסך הפלורסנט, והעין האנושית יכולה לצפות בתמונת המטרה המשופרת דרך העינית. בהתחשב בעמידות השימוש, רציונליות החיסכון, הרבגוניות של המכשיר וכו', רובם בוחרים במערכת ראיית לילה אינפרא אדום אקטיבית כמערכת המותקנת ברכב.
על פי היעדים הפונקציונליים ודרישות העיצוב, המערכת מורכבת בעיקר מתאורת אינפרא אדום, מערכת עיבוד וידאו ותצוגת רכב.
2) עיצוב חומרה
(1) בחירת מצלמה
מצלמת וידאו נקראת גם ראש מצלמה או CCD. הוא יכול להמיר אור למטענים חשמליים ולאגור ולהעביר מטענים חשמליים. זה יכול גם להוציא מטענים חשמליים מאוחסנים כדי לשנות את המתח. זהו אלמנט הדמיה אידיאלי. עקרון העבודה שלו הוא כדלקמן: האור המוחזר על ידי אובייקט המצלמה מתפשט לעדשה, ולאחר מכן מתמקד בשבב ה-CCD דרך העדשה. ה-CCD צובר את המטען המתאים בהתאם לעוצמת האור, ולאחר פריקה תקופתית, הוא מייצר אות חשמלי המייצג תמונה. לאחר סינון ועיבוד הגברה, יוצא אות וידיאו מורכב סטנדרטי דרך מסוף הפלט של המצלמה. כאן בחר מצלמת WAT-902H2 כמצלמה. יש לו את היתרונות של אפקט מצלמה טוב, תחזוקה קלה ויתרונות כלכליים.
(2) עיצוב חלק בקרינת אינפרא אדום
לייזר אינפרא אדום רחוק נבחר כפולט האור. זהו משדר לייזר בעל מונוכרומטיות טובה, אלומה מרוכזת, גודל קטן, חיים ארוכים ויעילות המרה אלקטרו-אופטית גבוהה. הוא מורכב מלייזר מוליכים למחצה מצמד סיבים, מעגל הנעה, מעגל בקרת טמפרטורה ועדשה לעיצוב קרן. החלק המרכזי הוא עיצוב מעגל הכונן. DD312 נבחר כשבב מנהל ההתקן. זהו שבב דרייבר עם זרם קבוע חד ערוצי שתוכנן במיוחד עבור נוריות LED בעלות הספק גבוה. אות הפקודה מתווסף לקצה ההפעלה של DD312 דרך המצמד האופטו כדי לשלוט במתג הלייזר.
(3) עיצוב מודול כוח
במערכת, הצג, המיקרו-בקר, שבב התקשורת MAX487, מצלמת ה-CCD ומעגל ההנעה של משדר הלייזר זקוקים כולם לאספקת חשמל. ביניהם, המיקרו-מחשב בעל שבב יחיד ושבב דרייבר DD312 דורשים מתח אספקת חשמל יציב יחסית, אדוות קטנות והפרעות אלקטרומגנטיות קטנות. מודול LM2576 משמש לספק ספק כוח מוסדר עבור המיקרו-בקר ושבב מנהל ההתקן DD312 (איור 2). לשבב MAX4877 יש מתח הפעלה גבוה יחסית וטווח רחב יחסית, ומודול המרת ההספק NW1-05S05S משמש לספק כוח עבורו.
(4) תכנון מערכת בקרה
שני מחשבי מיקרו-שבב בודד, PIC16F877A ו-PIC16F876A, משמשים כשבבי הבקרה של המערכת, וכל מערכת הבקרה היא גם מערכת שידור קטנה. ביניהם, PIC16F877A מיקרו-שבב יחיד משמש כקצה הראשוני של מערכת השידור, האחראי על רכישת נתונים וכפתור "זיכרון"; שבב Max487 הוא שבב תקשורת, האחראי על קליטה והעברת אותות. מחשב המיקרו PIC 16F876A שבב יחיד משמש כקצה המקבל של מערכת ההילוכים כדי לשלוט בסיבוב המנוע.
①סוף ראשוני
הליבה של חלק זה היא מיקרו-בקר PIC16F877A. זהו 8-bit מיקרו-שבב יחיד המיוצר על ידי Microchip Corporation מארצות הברית. יש לו מבנה RISC ייחודי, מבנה אוטובוס של הרווארד בו מופרדים אפיק הנתונים ואפיק ההוראות. הוא מחבר כל התקן מסוף, מגיב לפקודת השאילתה שנשלחת על ידי מחשב הבקרה הראשי, ומחזיר את פרטי המצב של המכשיר הנבדק למחשב הבקרה הראשי. יציאת ה-I/O של מחשב שבב אחד מחוברת למסוף הציוד הנבדק כדי לקבל את מידע המצב הנדרש. המעגל מחולק לשלושה חלקים: מעגל רכישת נתונים (איור 3), מעגל תצוגת LED ומעגל כפתורים.
2 הפינים של המיקרו-שבב היחיד מחוברים חיצונית עם חיישן טמפרטורה, המשדר את אות שינוי הטמפרטורה בזמן אמת של המערכת אל המיקרו-שבב היחיד; 3~7 הפינים מחוברים חיצונית למעגל תצוגת LED, כאשר האות ברמה הנמוכה של הפין מחובר, הנורית המתאימה נדלקת; 8, 9 הפינים מחוברים חיצונית עם מעגל כונן לייזר, כדי לזהות את מצב הלייזר; 19 פינים מחוברים למקרר מוליכים למחצה חיצוני כדי לאסוף מידע ולהחליט אם להפעיל את מצנן המוליכים למחצה לעבודה; 22, 25 ו-26 פינים מחוברים למעגל התקשורת כדי להעביר אותות לשבב הבקרה הראשי; 27 עד 40 פינים הם הזינוק/הטיה ואות זיהוי מפתח העדשה, כאשר המפעיל לוחץ על המקש בלוח, המיקרו-מחשב בעל שבב יחיד מקבל את אות המפתח דרך היציאות הללו, ושולח את המידע לשבב הבקרה הראשי דרך מעגל תקשורת, ושבב הבקרה הראשי מנתח ושולט לאחר קבלת האות. פקודה מתאימה.
② מעגל תקשורת
מעגל התקשורת מחבר את הקצה הראשוני והקצה המקבל של מערכת השידור, ותפקידו העיקרי הוא לממש קליטה ושידור אות. הוא מאמץ את שבב Max487, שהוא התקן משדר חצי דופלקס בעל הספק נמוך לתקשורת, ומשלב בתוכו דרייבר ומקלט. הקצה הראשוני מקודד תחילה את האות, והקצה המקבל מפענח את האות. יחד עם זאת, על מנת לחסל הפרעות, המעגל מבודד על ידי מצמד אופטו.
