傳感器與智能車的路徑識別方式

引言

“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能車競賽是以HCS12 MCU為核心的大學(xué)生課外科技競賽。組委會提供了一個標(biāo)準(zhǔn)的汽車模型、直流電機(jī)和可充電式電池，參賽隊(duì)伍要制作一個能夠自主識別路線的智能車并在專門設(shè)計(jì)的跑道上自動識別道路行駛，其中比賽限制規(guī)則之一就是傳感器的總數(shù)不能超過16個。由于路徑識別在本智能車控制系統(tǒng)中的重要地位，而路徑識別結(jié)果的好壞又與傳感器的選擇、傳感器的數(shù)量有直接關(guān)系，因此，本文針對應(yīng)用于路徑識別的傳感器進(jìn)行討論。

圖1 智能車整體實(shí)物照片

傳感器概述

光電傳感器與CCD/CMOS圖像傳感器是較為常見的應(yīng)用于路徑識別的傳感器。光電傳感器物理結(jié)構(gòu)、信號處理方式簡單但檢測距離近。CCD/CMOS能更早感知前方路徑信息，但數(shù)據(jù)處理方式復(fù)雜，將CCD/CMOS圖像傳感器應(yīng)用于路徑識別是發(fā)展趨勢。

紅外傳感器分為數(shù)字與模擬兩種。數(shù)字紅外傳感器硬件電路簡單但采集路徑信息粗糙，模擬式通過將多個模擬紅外傳感器進(jìn)行適當(dāng)組合，可以再現(xiàn)賽道準(zhǔn)確信息，但需占用微處理器較多的AD端口。CCD/CMOS圖像傳感器可分為線陣式與面陣式兩種。線陣式圖像傳感器應(yīng)用于系統(tǒng)對檢測精度有特殊要求的場合，一般價格較昂貴。面陣式圖像傳感器應(yīng)用于普通的視頻檢測，價格較便宜。對于HCS12單片機(jī)的處理能力，在這里只能選用CCD/CMOS圖像傳感器的信號輸出格式為電視信號。

設(shè)計(jì)方案

針對第一屆全國大學(xué)生智能車競賽的賽道特色，基于上述對傳感器的說明，下面討論紅外傳感器與CCD/CMOS圖像傳感器的路徑識別方案。

基于反射式紅外傳感器的數(shù)字光電傳感器陣列的路徑檢測方法具有較高的可靠性與穩(wěn)定性，且單片機(jī)易于處理。雖然大賽限制傳感器為16個，但仍不足以解決精度問題，而且光電傳感器本身存在著檢測距離近的問題，不能對遠(yuǎn)方的路徑進(jìn)行識別，降低了對環(huán)境的適應(yīng)能力，影響了智能車的快速性和穩(wěn)定性。它利用傳感器對白色和黑色的反射率大小,把最大、最小值之間分為n個index區(qū)間，通過對各個傳感器index值的組合基本能夠確定智能車的位置,從而對位置和行駛方向都能做較精確的控制。但這種方法對識別道路的計(jì)算量大，計(jì)算時間較長，且檢測距離也不是很遠(yuǎn)[1]。

基于圖像傳感器的智能控制，利用CCD/CMOS圖像傳感器的特點(diǎn)在小車前方虛擬出24個光電傳感器，能夠精確地感知智能車的位置，并且硬件安裝簡單，調(diào)試方便。基于CCD/CMOS傳感器的路徑檢測方法具有探測距離遠(yuǎn)的優(yōu)勢，能夠盡可能早的感知前方的路徑信息進(jìn)行預(yù)判斷，再現(xiàn)路徑的真實(shí)信息。與光電傳感器陣列配合使用具有遠(yuǎn)近結(jié)合的優(yōu)勢,且具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。但大賽所要求的MC9S12DG128，總線時鐘最高25M，無法實(shí)現(xiàn)高級的圖像算法和控制算法,且硬件電路較為復(fù)雜。

將以上各方案結(jié)合MC9S12DG128 MCU的運(yùn)算能力，在追求系統(tǒng)簡潔性的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能車控制系統(tǒng)路徑識別的準(zhǔn)確性，我們選擇了基于CCD/CMOS圖像傳感器的智能控制方案應(yīng)用于最終的大賽。