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1、1基于激光传感器智能车的单个激光 管检测坡道的设计与实现闫 浩（军械工程学院，河北 石家庄 050003）摘要：提出一种基于激光传感器智能车的检测坡道方案，介绍了该方案的 硬件设计和软件实现。根据分析结果，该方案对于坡道的识别比较灵敏， 可靠性较高，并且能够提前检测到坡道，对提前量的大小可以进行调整。 关键词：激光传感器；智能车；坡道检测 Design and Implementation of A Ramp Recognition Program for Laser Sensor-based Smart Car Yan Hao (Mechanical Engineering College,
2、Shijiazhuang,Hebei 050003,China)Abstract:The paper addresses a Ramp Recognition Program for Laser Sensor-based Smart Car,describes the hardware design and software implementation of the program.According to the results of the program for the ramp is more sensitive and more reliable,and is able to de
3、tect in advance of the ramp and adjust the distance. Key words:Laser sensor;Smart Car;Ramp Recognition引言本文基于激光传感器智能车，利用 单个水平照射的激光传感器，有效地检 测坡道信息，并针对坡道做出相应的控 制方案。由于该车模是自动循迹的，因 此对赛道信息的依靠程度比较高，对传 感器的精度和抗干扰能力要求也比较高。 激光传感器通过调制发射避免了自然光对其造成的影响，提高了抗干扰能力。 激光传感器相比于红外传感器在作用距 离方面要远远优先，因此前瞻距离较大， 大大提升了控制效果，而且激光传感器
4、 的接收电路能直接得到二值化后的结果， 省去了中间模数转换和二值化的过程， 采集到的信号返回给单片机直接是 0 和 1，减少了单片机的工作量，提高单 片机的整体运算速度。但激光传感器也2存在不能克服的问题，正是因为激光的 作用距离远，也就出现了难以检测坡道 信息的问题。1 问题描述激光传感器的智能车在上坡时，由 于光作用距离的变化以及坡面对光的反 射，会产生干扰信号，导致激光传感器 无法正常识别黑线的位置，最终使车模 无法通过坡道。针对这一问题，目前已 有多种解决方案，这些方案大体上可以 分为两类：一类是盲过法，另一类是非 盲过法。非盲过法过程如下：首先由红 外传感器采集数据，然后对所采得的数
5、 据进行模数转换，此时在黑线附近采得 的数据会比干扰信号高，再经过简单的 滤波，就能很容易判断出黑线的位置。 但这种方法需要模数转换，而且需要红 外传感器的参与，还需要设定阈值进行 二值化来判断黑线位置，硬件实现和算 法过程都较为复杂，且占用较多单片机 的资源。盲过法过程如下：首先由某种 坡道传感器检测坡道，一旦检测到立即 屏蔽激光传感器，利用上一时刻传感器 采集到的数据进行估算，当坡道传感器 检测到车模已经通过坡道时，立即打开 激光传感器，车模进入正常行驶状态。 盲过法相比于非盲过法，主要问题是盲 目性太大，但因为赛道上的坡道大多数 都在直道上，所以影响不会很大，也可 以通过再加一排红外传感
6、器或者作用距 离比较近的激光传感器来克服这个不足。 本文主要以盲过法为例进行介绍。2 单激光管坡道检测方案2.1 硬件设计激光传感器的工作原理如图 1 所示，当发射管发射的激光照射到赛道的白 色部分时，有光线经过漫反射被反射回 去，接收管接收到光线，传送到单片机 的数据为 0，当激光照射到赛道的黑色 部分时，大量光线被吸收，接收管没有 接收到光线，传送到单片机的数据为 1。图 1 激光传感器原理示意图根据以上传感器识别赛道的原理， 可以把激光管和接收管放置在车模前侧 的左边或右边，使发射的激光平行于赛 道，如图 2 所示，还可以通过调整激光 的作用距离来调整检测坡道提前量的大 小。图 2 传感
7、器安装示意图2.2软件实现当车模前方没有坡道时，由于激光 平行于赛道，此时光线不会被反射，即 接收管不会接收到光线，单片机收到的 返回值为 1。当车模靠近坡道到一定距 离时，因为赛道的两侧是白色部分，而 激光管又置于车模的两侧，所以此时激 光照射到赛道的白色部分，光线被反射， 接收管接收到光线，单片机收到的返回 值为 0。当车模处于爬坡状态和坡顶时， 光线照射不到赛道，不会被反射，接收车 模车 模3管不会接收到光线，单片机收到的返回 值为 1。当车模处于下坡阶段时，光线 照射到赛道的白色部分，发生反射，接 收管接收到光线，单片机收到的返回值 变为 0。当车模通过坡道后，光线又照 射不到赛道，不
8、会被反射，接收管不会 接收到光线，单片机收到的返回值为 1。具体过程如图 3 所示。接近坡道时上坡阶段处于坡顶时下坡阶段时通过坡道后 图 3 智能车坡道检测示意图在车模通过坡道的整个过程中，不 难发现，单片机接收到的信号由以下变 化过程 1-0-1-0-1，共发生了 4 次跳变， 根据这个原理设计算法。当发生第一次 跳变时，说明车模前方有坡道，此时车 模进入盲过阶段，车模按前一状态保持 运动，直至单片机检测到最后一次跳变为止，具体程序流程如图 4 所示，如此 便可以实现单个激光传感器对坡道的检 测。图 4 坡道检测流程图3 实验结果分析将该方案应用到智能车实际的赛道 检测算法中，通过实验，该方
9、案可以提 前检测到跑道，而且提前量可以根据自 己的需要进行调整。相比于用倾角传感 器和加速度传感器检测坡道的方案，该 方案既经济实惠又能提前检测出坡道。 但应用盲过法对车模的机械要求较高， 在通过坡道的过程中不能自行调整，实 验过程中可以根据实际情况选择是否再否是否否是开 始接收信号为 0车模锁定上坡前的姿态和速度，记录接收信号的跳变次数跳变次数为 4车模解除锁定状态结束检测接受到的信号4加一排红外传感器或作用距离比较近的 激光管来克服这个不足。 实验过程中还发现一些问题，即在 车模前部的左侧或右侧放置的激光管如 果太靠近地面，则容易把周围的浅色物 品识别为坡道，因此传感器的放置位置 应当尽可能高一些，或者把激光的功率 适当调小，使其作用距离不要太远，减 小误判的几率。结束语本文介绍了一种激光传感器智能车 利用单个激光管检测坡道的方法，通过 记录信号跳变次数，从而得到了智能车 通过坡道时的相关信息。通过实验，该 方法简便可行，易于实现，成本较低， 可以提前检测到坡道，且提前量的大小 可以调整，利用该方案智能车可以顺利 地通过坡道。参考文献1 卓晴，黄开胜，邵贝贝学做智能车挑战“飞思卡尔”杯M北京航空航天大学出版社，20072 邵贝贝微控制器嵌入式应用的在线开发方法M清华大学出版社，2007
