激光传感器在智能寻迹小车中的应用

曹磊1曹蕊1华永康2

（1.汉中职业技术学院，陕西汉中723003；2.汉中市人事考试中心，陕西汉中723000）

【摘要】使用精度高、反射式抗干扰强的激光传感器构成智能寻迹小车的道路识别系统，搭配驱动电路和转向控制电路，采用适合的控制算法，组成一套能自动识别道路，能够平稳，高速行驶的智能系统。该系统采用飞思卡尔公司的MC9SC12的16位单片机。

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关键词 激光传感器；智能寻迹；抗干扰；单片机

0引言

道路识别模块是智能寻迹小车系统的中最关键的模块之一，道路识别方案的好坏，直接关系到小车自动形式性能的好坏，也关系其他模块和控制算法的设计。一般传感器模块的选择主要有两种方案方案：反射式红外传感器、CCD摄像头识别。采用反射式红外传感器，短距情况下，它体积小，方便安装，环境要求不高，还可以避免其他可见光线的干扰，且可以比较容易的改变红外管的阵列排列，以适应不同情况的需求。反射式红外传感器阵列数据输出的量校，数据处理快捷，可以使用单片机控制。CCD(ChargeCoupleDevice)摄像头传感器是一种MOS(金属-氧化物-半导体)结构的新型器件。CCD的优点是它获取外界的信息量巨大，可以较为准确地区分出直线道路与弯道，并计算出道路的曲率。但是它的硬件复杂、价格较高、要求系统的运算能力较高。并要求道路的光照稳定，因为CCD无法分辨物体亮度大范围的变化。在以前几届智能寻迹小车比赛中，采用反射式红外传感器的道路识别系统，因为其抗干扰能力弱，为解决这一问题，我们设计了一种采用激光传感器的道路识别系统，该系统具有高速、准确、识别距离大、抗干扰能力强等特点，能更高校地为智能寻迹小车寻迹。

1激光传感器

1.1工作原理

反射式激光传感器阵列，利用激光发射和接收对管组成阵列，激光发射管发出激光，经过路面发射，由光敏接收管接收，反射光线的强弱随不同反射物体的颜色而变化，传感器输出的电压值也随之变化。通过模数转换将传感器输出信号都转换成数字信号，根据激光阵列的排列位置，识别出道路中线的位置。通过多个激光传感器的组合排列，经算法处理，可以计算出小车的位置。

1.2传感器的选择

根据实际道路宽度，以及传感器的高度选择合适的激光传感器。一般为了保证准确性，最好选择电压-偏离距离特性曲线中急剧上升斜率越大的传感器，但是如果斜率过大，电压的变化范围又会过小，将会降低传感器的探测宽度。

2硬件设计

2.1道路识别系统布局

一字型布局

一字型布局是最常用的布局形式，即各个传感器分布在一条直线上，保证了纵向的一致性，让控制算法主要集中在横向上。对于分布间隔的选择，视情况也相对不同。本次设计采用间隔20mm两并列的布局方式，这样在小车行驶时可以产生多种不同的情况。首先，传感器必有输出值的情况，就可以根据它所在的位置进行控制；另外，对于丢失道路的情况，可根据前面的传感器输出位置来判断校车此时所在区域。采用两两并列就是为了区分出具体区域，如果不这样排列，则当出现丢失道路的情况时，小车无法判断道路中心在左边还是右边。道路识别模块与地面形成一个夹角，上排激光发射传感器用于道路前瞻，下排对道路始点进行侦测，计算道路中心线的偏差和车身纵轴线，让小车正确地调整姿态。从横向来看上下层布局与一字型相似，但与一字布局相比多了横向的特性，让小车的横向控制有了一定的前瞻性。将中间三传感器进行前置，让小车能够早一步识别前方是否是直道，控制驱动进行加速。经过调试，采用上下层布局的道路识别系统，通过弯道时更加平稳，因此上下层布局，道路识别能力更强。

2.2道路识别电路的设计

采用DL-7147激光管作为道路的基本检测元件。发射、接收电路（如图1）

发射电路：R14输入5V高电平，三极管U12导通，通过R15使激光管L11发射180kHz频率的激光；接收电路：接收管L12接收到道路中心线反射回的激光时，从OUT1输出高电平，通过模数转换转换成一组二进制数列，通过算法计算确定小车的位置。

3调试及结论

智能寻迹小车实际行驶由检测发现，当车速为0.8米每秒时车的不平稳度不超过10°,车速在米每秒时车的不平稳度不大过15°。由小车形式测试得出智能小车直线行驶轨迹平稳，转弯流畅，系统较稳定，达到了设计要求的控制效果。

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参考文献

［１］卓晴,黄开胜,邵贝贝.学做智能寻迹小车[M].北京航空航天大学出版社,2007

［２］周斌,刘旺,林辛凡,等.智能寻迹小车道路记忆算法的研究[J].电子产品世界,2006(15):160-166.

［３］周斌,李立国,黄开胜.智能寻迹小车光电传感器布局对道路识别的影响研究[J].电子产品世界,2006(9):139-140.

［责任编辑：汤静］