仿生偏振導航傳感器原理樣機與性能測試研究.pdf

1、導航能力對于動物和機器人來說都是至關重要的。許多動物應用不同的導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近乎于一條直線。生物學家的研究表明,沙蟻Cataglyphis能夠借助天空中的偏振光進行導航定位,一是因為天空中存在一個相對穩(wěn)定的偏振光分布模式,二是沙蟻的視覺神經系統(tǒng)對太陽光偏振方向極其敏感。 根據(jù)生物學家的研究成果,本文從工程實現(xiàn)的角度設計了一種嵌入式仿生偏振導航傳感

2、器樣機。 主要內容包括以下幾個方面:第一,分析了沙蟻利用偏振光進行導航的機理,設計了仿沙蟻復眼的偏振光接收結構。該結構內置六個偏振通道,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,設計了以ARM為核心的傳感器樣機電路,該電路包括光電轉換及調理電路,A/D轉換電路,基于串口通信和以太網通信的接口電路,FLASH和SDRAM存儲電路,實現(xiàn)了對外界偏振光信號的轉換、采集、存儲、處理和輸出;第三,針對當前傳感器的智能化、

3、網絡化發(fā)展趨勢,為該傳感器樣機設計了獨立的Bootloader程序,滿足傳感器調試和運行應用程序的需求,在詳細討論和分析以太網通信協(xié)議的基礎上,定制了最小化網絡協(xié)議棧,包括UDP、IP、ARP、Ethernet協(xié)議,滿足了傳感器網絡化的需求,同時降低了程序實現(xiàn)的復雜性:最后,設計制作了印刷電路板,將硬件和軟件結合對各個系統(tǒng)模塊進行實驗調試,裝配成完整的傳感器樣機。 傳感器樣機的室外測試實驗證實該樣機結構設計合理,性能穩(wěn)定,工作可靠,能滿