Оптико-электронный датчик для систем автоматического вождения мобильных агрегатов Советский патент 1987 года по МПК G01S3/18 A01B69/04 

113

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к средствам автоматизации врждения мобильных агрегатов, и может быть использовано для автоматизации вождения любых наземных безрельсовых транспортных средств.

Цель изобретения - повьшение помехоустойчивости датчика путем стабилизации количества импульсов на . выходах каналов.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого датчика; на фиг. 2 - схема поля обзора датчика при движении агрегата; на фиг. 3 - временные диаграммы выходных сигналов основных блоков датчика.

Датчик содержит оптико-механическое сканирующее устройство 1, выполненное, например, в виде вращающейся призмы или пирамиды, соединенное с ним механически или оптически отсчет ное устройство 2, например, в виде вращающегося металлического диска с прорезями, взаимодействующего с закрепленными на корпусе устройства индуктивными датчиками. Сканирующее устройство 1 связано через оптическую систему 3 с фотоприемным устройством (ФПУ) 4, выход которого подк- лючен к первому входу формирователя 5 выходного сигнала, к второму входу которого подсоединен выход отсчет- ного устройства 2. ФПУ 4 содержит несколько не менее двух аналогичных каналов 6 и 7, выходы которых подключены к входам схемы 8 совпадения. Каждый из каналов 6 и 7 ФПУ включает последовательно соединенные фотоприемник 9, предварительньш усилитель 10, схему 11 автоматической регули- , ровки усиления АРУ, дифференциатор 12, амплитудный селектор 13, формирователь 14 импульсов, а также блок 15 регулирования порогового уровня амплитудного селектора 13. Блок 15 содержит счетчик 16, подключенный счетным входом к выходу формирователя 14 импульсов, а входами

установки нуля и разрешения счета к отсчетному устройству 2 через формирователь 17 строба (разрешающего импульса) обзора, схему 18 сравнения кодов счетчика 16 и задатчика 19 числа импульсов, и интегратор 20, вход которого соединен с выходом формирователя 14 импульсов через ключ 21, а выход - с входом уста

5

О

0 35

5

50

-

52

ковки порогового уровня амплитудного селектора 13; Управляющий вход ключа 21 соединен с выходом схемы 18 сравнения кодов.

Поле обзора датчика 22, установленного на агрегате 23, состоит из полей обзора 24 и 25 соЬтветственно каналов 6 и 7 ФПУ, ограниченных в радиальном направлении линиями 26-28 второго порядка (окружности для вертикального расположения оси сканирования), а в направлении сканирования - прямыми линиями 29 и 30 (фиг. 2),

При сканировании по часовой стрелке ось мгновенного поля зрения датчика занимает положение 29, 31, 32, 33 и 30. Собственно поля зрения фотоприемников 9 каналов 6 и 7 изображены в номинальном положении 34 и 35. В поле обзора показаны светоконтраст- ные образования: бороздка 36, направление которой совпадает с осью поля зрения в соответствующем положении, помеха 37, направляющая линия 38 в виде борозды, маркерной канавки, следа предьщущего прохода агрегата и т. п., помеха 39, параллельная линия 38, аналогичная ей линия 40 и помеха 41.

На фиг. 3 проведены временные / диаграммы выходных сигналов формирователя 17 Ц,,, дифференциатора 12 канала 6 ((,) , канала 7 (7) амплитудных селекторов 13 и,,и (7 формирователей 14 импульсов U, () и (т) интеграторов 20 Ujoffe) , и (7) и схемы 8 совпадения Ug.

Номера позиций импульсов соответ- ствуют номерам позиций светоконт- растных образований 36-41 поля обзора датчика, Т - Tj - последовательно расположенные циклы сканирования, а Т - длительность строба обзора.

Датчик работает следующим образом.

Оптико-механическое сканирующее устройство 1 обеспечивает сканирование поля обзора и передачу оптического сигнала об освещенности поля зрения в оптическую систему 3, которая направляет его на фотоприемники 9 каналов 6 и 7 ФПУ. Фотоприемники. 9 преобразуют оптический сигнал в электрический, который усиливается предварительными усилителями 10, нормализуется схемами 11 АРУ и преобразуется в импульсную форму дифферен диаторами 12.

Для выявления полезного сигнала в виде светоконтрастного перепада дифференциатора 12 содержат схему детектирования переднего либо заднего фронта сигнала в зависимости от требуемого алгоритма работы. Амплитудные селекторы 13 в начале первого цикла сканирования имеют минимальный пороговой уровень селекции для фильтрации высокочастотных помех, так как на выходе интеграторов 20 сигнал равен нулю. Формирователи 14 формируют по передним фронтам импульсов амплитудных селекторов 13

прямо угольные импульсы нормализован- 15 в поле обзора. Формирователь 5 на

ной амплитуды и длительности, приче их длительность выбирают на основе соотношений вероятных искривлений и других возмущений направляющей лини ширины поля зрения фотоприемника и длительности периода сканирования.

В моменты начала и конца сканирования поля обзора отсчетное устройсво 2 вырабатывает сигналы, по кото- рьм формирователь 17 формирует прям угольный строб обзора, разрешающий счет счетчику 16, причем передний фронт строба обздра. сбрасьшает последний на нуль. Счетчик 16 начинает считать импульсы на выходе формирователя 14, соответствующие появляющимся в поле оброра светоконтрастным образованиям.

Схема 18 сравнения кодов при превышении числа импульсов счетчика 16 над заданным задатчиком 19 числом открывает ключ 21, и импульсы формирователя 14 начинают поступать на вход интегратора 20. Последний имеет постоянную времени возрастания меньшую,чем постоянная времени убывания выходного сигнала примерно и соотношении длительностей импульсов формирователя 14 и Периода сканирования, причем постоянная времени убывания выбирается сравнимой или меньшей постоянной времени колебаний солнечной освещенности при переменной облачности с целью ус

корения адаптации к этим колебаниям. 50 литудного селектора, включающим счетНа выходе интегратора 20 начинает формироваться напряжение порогового уровня селекции, поступающее на соответствующий вход амплитудного селекчик, подключенный счетным входом к выходу формирователя импульса, входами установки нуля и разрешения счета к отсчетному устройству через

тора 13. Подбором постоянных времени 55формирователь строба обзора, а вьгинтегратора 20 обеспечивается быстро-ходом - к схеме сравнения кодов

действие, обеспечивающее достижениесчетчика и задатчика числа импультребуемого значения порогового уров-сов и интегратор, вход которого со

ня ( и заданного на цикл ска шрова- ния числа импульсов на выходах формирователей 14) в течение нескольких циклов сканирования, не более десятых долей секунды.

Последовательности импульсов с выходов формирователей 14 каналов 6 и 7 ФПУ поступают на вход схемы 8 совпадения, которая пропускает только совпадающие во времени импульсы и, таким образом, отсеивает помехи, в том числе превышающие по- лезньш сигнал по амплитуде, обеспечивая выделение полезного сигнала

в поле обзора. Формирователь 5 на

основе этого сигнала, используя также сигнал отсчетного устройства 2, вырабатывает аналоговый выходной сигнал датчика, величина которого про- порциональна отклонению направляющей линии от номинального положения.

Формула изобретения

Оптико-злектронныр датчик для систем автоматического вождения мобильных агрегатов, содержащий оптико- механическое сканирующее устройство, соединенное с ним механически отсчетное устройство и оптически фотоприемное устройство, к выходу которого подключен формирователь выходного сигнала датчика, причем оптическое фотоприемное устройство включает не менее двух аналогичных каналов, подключенных выходами к схеме совпаде

ния, а каждый канал этого устройства содержит последовательно соединенные фотоприемник, предварительный усили- 40 тель, схему автоматической регулировки усиления, дифференциатор, амплитудный селектор, формирователь импульса, отличающийся тем, что, с целью noBbmieния помехо- устойчивости датчика путем стабили- зацш количества импульсов на выходах каналов, каждьй канал фотоприемного устройства снабжен блоком регулирования порогового уровня ампчик, подключенный счетным входом к выходу формирователя импульса, входами установки нуля и разрешения счета к отсчетному устройству через

51315915 6

единен с выходом формирователя им- плитудного селектора, а управляющий пульсов через ключ, выход - с вхо- вход ключа соединен с выходом схемы дом установки порогового уровня ам- сравнения кодов.

26 31 37 Ъ2

U(t)

Фиг.Ъ

Редактор И,Шулла

Составитель А.Сапоженков

Техред М.Ходанич Корректор С.Черни

Заказ 2356/48 Тираж 730 . Подписное ВЕ1Ш- ПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Моск ва )К-35, Раушская наб ., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие , г.Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для автоматизации вождения любых наземных.безрельсовых транспортных средств. Цель изобретения - повьшение помехоустойчивости датчика. Датчик содержит оптико-механическое сканирующее 1, отсчетное 2, фотоприемное 4 устройства и формирователь 14 импульсов. Фотоприемное устройство 4 включает, не менее двуз4 каналов 6 и 7. Каналы подключают к формирователю 14 импульсов через схему 8 совпадения. В каждый фотоприемный канал введен блок 15 регулирования порогового уровня амплитудного селектора 13 по количеству импульсов на выходе канала, 3 ил. : S (Л СП со А ел fPuiJ