仿生偏振導(dǎo)航傳感器原理樣機(jī)與性能測(cè)試研究.pdf

1、導(dǎo)航能力對(duì)于動(dòng)物和機(jī)器人來(lái)說(shuō)都是至關(guān)重要的。許多動(dòng)物應(yīng)用不同的導(dǎo)航策略在它們居住的環(huán)境中生存。例如在撒哈拉沙漠中沙蟻Cataglyphis能夠在數(shù)百米外覓食而返回巢穴時(shí)近乎于一條直線。生物學(xué)家的研究表明,沙蟻Cataglyphis能夠借助天空中的偏振光進(jìn)行導(dǎo)航定位,一是因?yàn)樘炜罩写嬖谝粋€(gè)相對(duì)穩(wěn)定的偏振光分布模式,二是沙蟻的視覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)光偏振方向極其敏感。 根據(jù)生物學(xué)家的研究成果,本文從工程實(shí)現(xiàn)的角度設(shè)計(jì)了一種嵌入式仿生偏振導(dǎo)航傳感

2、器樣機(jī)。 主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:第一,分析了沙蟻利用偏振光進(jìn)行導(dǎo)航的機(jī)理,設(shè)計(jì)了仿沙蟻復(fù)眼的偏振光接收結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)內(nèi)置六個(gè)偏振通道,分別放置濾光片、偏振片和硅光電二極管,用于接收外界偏振光信息;第二,設(shè)計(jì)了以ARM為核心的傳感器樣機(jī)電路,該電路包括光電轉(zhuǎn)換及調(diào)理電路,A/D轉(zhuǎn)換電路,基于串口通信和以太網(wǎng)通信的接口電路,FLASH和SDRAM存儲(chǔ)電路,實(shí)現(xiàn)了對(duì)外界偏振光信號(hào)的轉(zhuǎn)換、采集、存儲(chǔ)、處理和輸出;第三,針對(duì)當(dāng)前傳感器的智能化、

3、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢(shì),為該傳感器樣機(jī)設(shè)計(jì)了獨(dú)立的Bootloader程序,滿足傳感器調(diào)試和運(yùn)行應(yīng)用程序的需求,在詳細(xì)討論和分析以太網(wǎng)通信協(xié)議的基礎(chǔ)上,定制了最小化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧,包括UDP、IP、ARP、Ethernet協(xié)議,滿足了傳感器網(wǎng)絡(luò)化的需求,同時(shí)降低了程序?qū)崿F(xiàn)的復(fù)雜性:最后,設(shè)計(jì)制作了印刷電路板,將硬件和軟件結(jié)合對(duì)各個(gè)系統(tǒng)模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)試,裝配成完整的傳感器樣機(jī)。 傳感器樣機(jī)的室外測(cè)試實(shí)驗(yàn)證實(shí)該樣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,性能穩(wěn)定,工作可靠,能滿