一種光電傳感和路徑記憶的智能車導航系統(tǒng)的實現

智能車的誕生為人類提供了一種全新的緩解城市交通擁堵、提高車輛安全性的交通工具。在眾多的智能車導航方案中，視覺導航由于與人類的駕駛方式最為接近，成為智能車研究熱點之一。目前，視覺導航方法在高速公路環(huán)境中已經獲得了初步成功，這類環(huán)境結構化程度較高，道路曲率有限、路況相對簡單。然而，隨著城市環(huán)境智能車研究的興起，視覺導航面臨了新的挑戰(zhàn)。城市環(huán)境中的道路不僅種類多，而且轉彎半徑大，常常會因視野有限而導致道路跟蹤失敗。本文將從該智能車總體方案、路徑識別方案選擇、轉向和驅動控制及路徑記憶算法等方面進行介紹。

　　智能車總體方案

　　智能車系統(tǒng)以飛思卡爾公司的MC68S912DP256為核心，由電源模塊、傳感器模塊、直流電機驅動模塊、轉向電機控制模塊、控制參數選擇模塊、單片機 模塊等組成，如圖1所示。智能車系統(tǒng)工作電壓由+1.6V、+5V、7.2V三個系統(tǒng)混合組成，其中7.2V用于給驅動電機和轉向舵機供電，5V給車速傳 感器、MCU以及光電傳感器接收管供電，1.6V給發(fā)光管供電。為了在線控制參數的調整方便，還設置了一個控制參數選擇模塊，可以通過幾個按鍵的設置，調 用不同的程序或控制參數，以適應不同場地條件的要求。

　　圖1 智能車總體結構

　　智能車的工作模式是：光電傳感器探測賽道信息，轉速傳感器檢測當前車速，電池電壓監(jiān)測電路檢測電池電壓，并將這些信息輸入單片機進行處理。通過控制算法對賽車發(fā)出控制命令，通過轉向舵機和驅動電機對賽車的運動軌跡和速度進行實時控制。

　　路徑識別方案選擇與電路設計

　　路徑識別方案是首先需要確定的，主要有以下幾個問題。

　　*光電識別還是攝像頭識別;

　　*傳感器如何排列?間隔多大、形狀如何、單排還是雙排;

　　*傳感器可向前探測的遠度;

　　*傳感器信號采用數字式還是模擬式;

　　*電路上如何實現。

　　由于光電識別方案簡單可靠，因此本文采用了光電識別方案。

　　數字式光電識別與模擬式光電識別

　　光電式傳感器是以光電器件作為轉換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等;也可用來檢測能轉換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，因此在工業(yè)自動化裝置和機器人中獲得廣泛應用。近年來，新的光電器件不斷涌現，特別是CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進一步應用開創(chuàng)了新的一頁。

　　模擬式光電傳感器從理論上可以大大提高路徑探測精度。模擬式光電傳感器的發(fā)光和接收都是錐角一定的圓錐形空間，其電壓大小與傳感器距離黑色路徑標記線的水 平距離有定量關系：離黑線越近，電壓越低，離黑線越遠，則電壓越高(具體的對應關系與光電管型號以及離地高度有關)，如圖2所示。

　　圖2 傳感器電壓與偏移距離關系示意圖

　　因此，只要掌握了傳感器電壓-偏移距離特性關系，就可以根據傳感器電壓大小確定各傳感器與黑色標記線的距離(而不是僅僅粗略判斷該傳感器是否在線上)，進而獲得車身縱軸線相對路徑標記線的位置，得到連續(xù)分布的路徑信息。

　　根據實車試驗，可以將路徑探測的精度提高到1mm.這樣傳感器采集的信息就能保證了單片機可以獲得精確的賽道信息，從而為提高賽車的精確控制提供了保證。