| 摘要：随着汽车工业的不断发展， 智能控制理论与技术广泛应用在 运输工程上，智能汽车的设计走 入人们的视野。路径识别是智能 车系统设计中最主要的模块之一， 该方案设计的情况，在很大程度 上影响着智能车的性能。本文从 智能车工作的基本原理入手，分 析了光电传感器智能车道系统的 设计情况，介绍了合理设计智能 车的路径设别模块。 【关键词】智能车 光电传感器 应用 随着汽车工业的快速发展，智能汽车的 设计和开发受到人们的广泛关注，智能汽车会 改革原有汽车信息采集、数据处理、导航定位 等方面的设计，智能化汽车成为今后汽车工业 发展的趋势。智能车设计的系统是以标准的汽 车模型为依据，为了确保智能车的行驶速度及 可靠性，单机片必须对运行的路径展开判断。 实现智能车自动驾驶的重要保障是获取正确 的路面信息。路径识别模块是智能车系统不可 替代的设计，路径是被可以采用光电传感器、 CCD/CMOS 图像传感器进行设计。本文以光 电传感器的路径设计为研究对象，提出合理设 计路径模块的方案。 1 简述智能车工作的基本原理 智能车又可以称作无人车，是一种及环 境感知规划和多等级辅助于一体的综合系统。 随着传感器技术的不断发展，智能车的发展也 步入新的时期。光学传感器在智能车的设计中 占据重要位置，该传感器可以获取道路的信息， 把正在运行中的车速传递给系统，系统对收到 的信息和图像加以分析，采用相应的控制算法 算出最合理的速度及旋转角度。光电传感器通 常情况下可以划分为发送器、检测电路、接收 器组合而成。传感器作为智能车的眼睛，必须 可以真实、快速反映赛道的信息，方便系统对 智能车进行掌控。 2 基于光电传感器智能车道系统的设计 2.1 设计激光传感器 设计激光传感器的原理与一般的光电传 感器原理相同，通常由发射和接收两个套件组 成。发射套件采用振荡管发射出来特定的频率 震荡波之后，采用三极管不断放大，促使激光 管发出光。接收部位依靠接收管接收所反回来 的光强，采用电容滤波输送至单机片的I/O 口， 根据返回电压的情况，对前方的路径展开合理 的判断。为了避免激光传感器出现互相干扰的 情况，可以采用程序掌控三极管，达到对不同 激光传感器进行分时发光的目的。把全部的激 光传感器划分为多个小组，采用飞思卡尔单片 机的I/O 口掌控各个小组传感器发光的情况。 如此一来，接收管就无法接收相邻传感器发射 出来的激光，有效的防治相邻传感器出现的干 扰问题。 2.2 设计反射式光电传感器 红外线反射式传感器进行路面检测的原 理是根据光外线所发射的红外线，照射在地面 进行信息的收集，随后反射到接收管。红外线 处于黑白色之间的反射系数有所不同，红外线 会吸收多数的黑色道路，白色道路则会被反射 回来。传感器的接口会把所接收的红外线光根 据正比转化成电压的输出信号，从而有效的对 黑白路面进行区分。采用此种装置进行测量， 是把发射信号调制以后输送到红外线发射，光 敏管把反射的红外信号接收进来。如果反射面 物质相同，反射强度I 被称为反射面与传感器 之间距离x 的非线性函数值，三者之间的关系 如图1. 在进行电路设计之时，必须确保小车的 体积不能太大，可以选用漫反射传感器RPR- 220，该探测器的最优的探测距离在6—8mm 之间，在这个区间内的反应强度最大。该传感 器的滤光性能较好，其内部设置的可见光过滤 器可以把离散光减小。反射型光电探测器其接 受器的响应波处于760mm-850mm 之间。在设 计实际电路中为了合理增加探测距离，削减外 界红外线的不良影响，可以运用单机片发出脉 冲信号，实现调制发射和接收电路的效果，从 而组成传感器的模块。在实际设计智能车之时， 可以在其头部设置对歌接受传感器，采用光线 爱闹的漫反射效应，组合成线型传感器阵列， 依照不同传感器所得的探测数据算出黑、白路 面的范围及界限。 2.3 比较反射式传感器与激光传感器的利弊 反射式传感器对反射光加以测量，其 中的某些器件会采用滤波、频率调制等方式提 升其精度值，其测量效果 的准确性和可靠性有很 大的提升空间。激光传感 器的波长具有一定的单 一性能，且该接收管只会 把同一频率的反射光进 行接收，可以很好的预防 可见光对反射激光产生 的影响，激光传感器的可 靠性、准确性在很大程度 上大于红外光传感器。反 射式传感器的探测距离 通常在1cm 之下， 该传 感器在进行自主寻迹、躲 避障碍的近距离应用是 图1：反射光强度I 与距离之间关系图 有效的。在进行智能车黑白赛道的测试时，必 须把其安装于小车的地盘之下，确保探测环境 处于阴影范围，不会遭受日光的干扰。激光传 感器的探测距离大约为40—50cm，具有较好 的前瞻性能，比较适合用于智能车的设计上。 3 合理设计智能车的路径设别模块 路径识别就是依靠不同的发射、接收管， 对黑线位置进行探测，从而判断小车的运行方 向。在智能车行驶的时候，因赛道复杂多变， 小车处于赛道的状态会出现不同的情况。据相 关研究得出，一般黑线的位置会存在19 种常 规状态，在加上检测不到东西、出现干扰的情 况、十字交叉这些特殊的状态，一共是21 种。 位置状态是所有的数字量，具有刷新速度较快、 响应及时的特点，设计智能车之时，可以才有 S12 芯片I/O 多口的优势。进行设计时数字量 可以通过单机片的不同输入，对探测的数据进 行处理，检测不同状态的偏离情况。 4 结束语 飞思卡尔智能车设计的时候，才有光电 传感对路径的信息进行采集，确保小车的安全 性、可靠性。文中以光电传感器智能车道系统 的设计为研究依据，介绍了合理智能车的路径 设别设计的方案。 参考文献 [1] 吕霞付, 罗萍. 基于光电传感器的智 能车自动寻迹系统设计[J]. 压电与声 光,2011,33(6):939-942. [2] 王江华. 基于XS128 单片机的智能 车赛道识别装置的设计[J]. 价值工 程,2011,30(17):155-156. [3] 周杰, 詹灯辉. 基于MC9S12DG128 的智能 车的控制系统的设计[J]. 自动化技术与 应用,2011,30(1):77-81. 作者单位 中南大学 湖南省长沙市 410012 |
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