AI視覺組基于ESP32的裁判系統(tǒng)第一版本設(shè)計(jì)要求

簡(jiǎn) 介：

面對(duì)第十六屆全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽中新增加的一些組別的要求，比如室內(nèi)AI組，對(duì)于車模任務(wù)增加的檢測(cè)任務(wù)，設(shè)計(jì)了基于ESP32為核心的比賽系統(tǒng)。本文給出了對(duì)于比賽系統(tǒng)功能的要求。

關(guān)鍵詞：

比賽系統(tǒng)，ESP32，室內(nèi)AI，智能車競(jìng)賽

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01

AI室內(nèi)視覺組裁判系統(tǒng)要求

1.裁判系統(tǒng)要求

在 全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽 中的 室內(nèi)AI視覺組 要求參賽車模根據(jù)識(shí)別路邊場(chǎng)景完成相應(yīng)的動(dòng)作：

對(duì)于動(dòng)物圖片要求在規(guī)定區(qū)域停止3秒鐘；

對(duì)于水果圖片要求使用車載激光器投射光斑；

對(duì)于三岔路口的數(shù)字要求選擇左行和右行；

因此對(duì)于裁判系統(tǒng)需要能夠完成以下判斷功能：

判斷車模在某一區(qū)域是否能夠停留三秒鐘；

判斷車模在通過三岔路口是否首次按照規(guī)定路口行進(jìn)；

判斷車模是否將激光盤點(diǎn)投射在圖片中心；

車模運(yùn)行時(shí)間計(jì)時(shí)功能；

由于比賽中檢測(cè)點(diǎn)比較多，至少包括有一個(gè)三岔路口、一個(gè)動(dòng)物圖片、一個(gè)水果圖片。在決賽的時(shí)候有可能還會(huì)增加到 4~ 5個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。因此要求設(shè)計(jì)的檢測(cè)點(diǎn)能夠離散分布設(shè)置，并通過現(xiàn)場(chǎng)WiFi網(wǎng)絡(luò)連接在一起進(jìn)行統(tǒng)一的設(shè)置與讀取信息。

對(duì)于車模形式出車庫與返回車庫之間的時(shí)間差進(jìn)行計(jì)時(shí)。

它能夠通過WiFi與其它各個(gè)模塊相連，也可以單獨(dú)作為計(jì)時(shí)器系統(tǒng)應(yīng)用于其它各賽題組。

檢測(cè)經(jīng)過125Hz調(diào)試的激光光斑信號(hào)。

功能描述：

對(duì)于水果目標(biāo)靶，如果靶心檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)到信號(hào)，而四周檢測(cè)點(diǎn)沒有檢測(cè)到信號(hào)，則表示激光發(fā)送成功；如果任何一個(gè)四周檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)到激光信號(hào)，都表示激光發(fā)送失?。?/p>

對(duì)于動(dòng)物目標(biāo)靶，任何一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)到激光信號(hào)，都表示激光投射失?。?/p>

檢測(cè)到激光發(fā)送成功時(shí)，綠色LED點(diǎn)亮，同時(shí)蜂鳴器鳴叫，五秒鐘后停止； 檢測(cè)到激光發(fā)送失敗時(shí)，紅色LED閃爍，頻率10Hz，占空比50%，持續(xù)時(shí)間五秒鐘，同期蜂鳴器也做相同的斷續(xù)鳴叫。

檢測(cè)車模進(jìn)入AprilTag前后各50厘米的范圍內(nèi)，車模停留的時(shí)間。只是對(duì)于動(dòng)物標(biāo)靶旁邊的范圍，檢查車模是否停留超過3秒鐘。

如果車模停留時(shí)間少于3秒鐘，則紅色LED閃爍，頻率10Hz，占空比50%，持續(xù)時(shí)間五秒鐘，同期蜂鳴器也做相同的斷續(xù)鳴叫。

如果車模在停留區(qū)的時(shí)間超過3秒鐘，則綠色LED點(diǎn)亮，同時(shí)蜂鳴器鳴叫，五秒鐘后停止。

檢測(cè)車模在通過三岔路口時(shí)，是否安裝正確的路徑行進(jìn)。

對(duì)于判斷結(jié)果成功與識(shí)別的知識(shí)與前面【判斷停留時(shí)間功能】相同。

由于比賽中可能同時(shí)具有多個(gè)檢測(cè)模塊，所以要求這些模塊能夠通過局部WiFi鏈接在一起，由控制軟件同一控制。

為了防止局域網(wǎng)中斷或者不具備，各個(gè)模塊也可以單獨(dú)進(jìn)行設(shè)置工作。

控制模塊采用相同的主板，通過其中的撥碼開關(guān)來設(shè)置具體的功能（計(jì)時(shí)、三岔路口、停留時(shí)間、激光光板檢測(cè)）；

模塊可以通過3.7 ~4.8V de 充電電池供電。整體功率消耗小于20mA。在2AH的蓄電池供電下可以持續(xù)工作100小時(shí)；

模塊也可以通過5V直流電源提供電源；

2.前期驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

1. 在 推文 傅里葉幫我看看，誰在照射我？ 描述了檢測(cè)投射在水果圖片上激光信號(hào)的檢測(cè)方案。給出了激光投射器的調(diào)制頻率的要求；并對(duì)基于 微型光電二極管（SP-1CL3） 檢測(cè)調(diào)制激光信號(hào)的方法進(jìn)行驗(yàn)證。

2. 在 ESP32檢測(cè)調(diào)制激光信號(hào)程序優(yōu)化 ；測(cè)試ESP32S基本模塊的功能，并驗(yàn)證是否可以應(yīng)用在AI智能車競(jìng)賽檢測(cè)激光信號(hào)中 驗(yàn)證并優(yōu)化了基于ESP32對(duì)信號(hào)采集與檢測(cè)的驗(yàn)證；

3. 在 基于ESP32模塊利用檢測(cè)線圈檢測(cè)車模停止時(shí)間，室內(nèi)視覺AI裁判系統(tǒng) 驗(yàn)證了通過簡(jiǎn)單的感應(yīng)線圈來判斷車模通過時(shí)間的方案。

因此，基于以上實(shí)驗(yàn)，下面的設(shè)計(jì)便是基于ESP32模塊的設(shè)計(jì)方案。由于該模塊比較便宜（單個(gè)模塊大約為￥10元），集成有WiFI，藍(lán)牙通信功能。提供了豐富的外部模塊，AD（六個(gè)通道），DA，SPI，I2C,UART等等。

逐飛科技給出可對(duì)于AI視覺裁判系統(tǒng)的驗(yàn)證演示結(jié)果。在實(shí)際識(shí)別圖片中心和四周布置光電檢測(cè)之后，來識(shí)別調(diào)制（125Hz）激光信號(hào)的功能。驗(yàn)證了對(duì)于激光調(diào)制信號(hào)檢測(cè)方案的靈敏性和快速響應(yīng)特性。

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02

設(shè)計(jì)參考方案

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)組成

為了便于部署安裝，AI檢測(cè)系統(tǒng)包括三部分：

控制主板： 包括了ESP32，激光檢測(cè)放大電路，感應(yīng)線圈放大電路，3.3V穩(wěn)壓源等

LED，蜂鳴器小板： 包括有紅色LED（D:10mm）,綠色LED（D:10mm），蜂鳴器以及它們相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路；通過6PIN接口與主板相連。

電源： 包括5V電源，或者相關(guān)4.8V充電電池與充電器等；

2.電路主控板1

下面給出了基于ESP32的檢測(cè)系統(tǒng)主控板設(shè)計(jì)。

可以在上述原理圖上，增加CH340G（或者CH340E）與UART2相連，這樣主板就可以具有WiFi，USB端口與裁判系統(tǒng)計(jì)算機(jī)相連了。

由U2組成了兩路感應(yīng)線圈放大電路。對(duì)于來自于感應(yīng)線圈的電磁信號(hào)進(jìn)行放大濾波之后再由ESP32進(jìn)行采集、數(shù)字濾波、判斷處理。具有兩個(gè)獨(dú)立的線圈輸入端口P1,P2。

兩路線圈可以應(yīng)用在：

判斷區(qū)域停留時(shí)間，將兩個(gè)線圈部署在相距1米的距離處；

判斷三岔路通過順序，將兩個(gè)線圈部署在三岔路口兩個(gè)串口處；

由U3組成光電信號(hào)放大電路。用于激光檢測(cè)的光電傳感器使用 微型光電二極管(SP-1CL3) 。

光電二極管分為兩組：

中心靶位：由一個(gè)SP-1CL3光電二極管組成，部署在目標(biāo)靶位的中心位置；

四周靶位：由四個(gè)SP-1CL3并聯(lián)組成，部署在目標(biāo)靶位四個(gè)邊的中心位置；

這部分內(nèi)容主要是為了能夠?qū)硖娲?】中的感應(yīng)線圈，而使用黃色LED制作的光電檢測(cè)板。在 基于黃色LED反向電流的光電檢測(cè)板 給出了對(duì)于這種檢測(cè)方式的測(cè)試的結(jié)果。

3.指示燈小板

LED，蜂鳴器小板是用來承載指示兩個(gè)指示LED和蜂鳴器的小板。將來它固定在目標(biāo)板的上方。

在小板上包括有驅(qū)動(dòng)LED，蜂鳴器的 UNL2003(達(dá)林頓管陣列)，6PIN的接口以及LED， 蜂鳴器焊盤等。

4.快速制版測(cè)試電路板

▌設(shè)計(jì)總結(jié)

本

文給出了用于AI視覺組的裁判系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和參考方案。它除了具備有傳統(tǒng)的計(jì)時(shí)功能之外，還可以對(duì)于車模停留時(shí)間，激光信號(hào)檢測(cè)，三岔路口通過順序等進(jìn)行判斷。

AI視覺組標(biāo)靶檢測(cè)方案測(cè)試演示

基于ESP32的設(shè)計(jì)，使得其可以在未來比賽中直接將比賽成績(jī)信息上傳到云端，完成原始信息的獲取?；赪iFi還可以將現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)（3~5）相互連接在一起形成統(tǒng)一的開啟和設(shè)置。

■ 相關(guān)文獻(xiàn)鏈接:

第十六屆全國(guó)大學(xué)智能汽車競(jìng)賽競(jìng)速比賽規(guī)則

第十六屆全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽競(jìng)速組-室內(nèi)視覺組補(bǔ)充說明

傅里葉幫我看看，誰在照射我？

微型光電二極管（SP-1CL3）

ESP32檢測(cè)調(diào)制激光信號(hào)程序優(yōu)化

測(cè)試ESP32S基本模塊的功能，并驗(yàn)證是否可以應(yīng)用在AI智能車競(jìng)賽檢測(cè)激光信號(hào)中

基于ESP32模塊利用檢測(cè)線圈檢測(cè)車模停止時(shí)間，室內(nèi)視覺AI裁判系統(tǒng)

基于黃色LED反向電流的光電檢測(cè)板

● 相關(guān)圖表鏈接:

逐飛科技給出的裁判系統(tǒng)的演示

光電檢測(cè)傳感器的位置分布

目標(biāo)靶位上的響應(yīng)LED

逐飛科技給出的AI檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

電路原理圖整體設(shè)計(jì)

感應(yīng)線圈

SP-1CL3 外形與尺寸

兩組光電二極管

LED，蜂鳴器小板

快速制版實(shí)驗(yàn)電路PCB設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)參考方案AD工程文件:AD\SmartCar21\LaserDetect\AILasserDetectrESP32.PcbDoc ??

AI 硬件開發(fā)

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