傳感器與智能車路徑識別

1、傳感器與智能車路徑識別王明順沈謀全（東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院遼寧沈陽110004）摘要：路徑識別是體現(xiàn)智能車智能水平的一個重要標(biāo)志，而傳感器是智能車進(jìn)行路徑識別的關(guān)鍵檢測元件。針對智能車在特殊路徑與傳感器數(shù)目限制的條件下的路徑識別，提出了基于紅外傳感器的路徑識別方案與基于圖像傳感器的路徑識別方案，并對兩種方案的應(yīng)用性能進(jìn)行了比較。通過將基于面陣圖像傳感器的路徑識別方案應(yīng)用于第一屆“飛思卡爾”杯全國智能車競賽并取得優(yōu)異成績，驗證了該方案

2、的可行性與有效性。關(guān)鍵字：路徑識別；智能車；紅外傳感器；圖像傳感器引言“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能車競賽是在飛思卡爾半導(dǎo)體公司資助下舉辦的以HCS12MCU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

3、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。傳感器概述光電傳感器與CCDCMOS圖像傳感器是較為常見的應(yīng)用于路徑識別的傳感器。光電傳感器由于本身物理結(jié)構(gòu)、信號處理方式的簡單而被廣泛應(yīng)用，但存在檢測距離近的弱點(diǎn)。CCDCMOS圖像傳感器能更早的感知前方的路徑信息，但存在著復(fù)雜的信號輸出方式所導(dǎo)致復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理方式，從而使很多研究者望而卻步。但是隨著計算機(jī)技術(shù)、高級人工智能技術(shù)的發(fā)展，CCDCMOS圖

4、像傳感器識別方案的研究也逐漸深入，將CCDCMOS圖像傳感器應(yīng)用于智能車的路徑識別是智能車研究的發(fā)展趨勢。紅外傳感器的輸出可分為數(shù)字式與模擬式紅外傳感器兩種。數(shù)字式紅外傳感器具有與微處理器相對應(yīng)的接口，使得硬件電路簡單，但是存在采集路徑信息粗糙、丟失路徑信息的缺點(diǎn)。模擬式紅外傳感器輸出的模擬信號，通過將多個模擬式紅外傳感器進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合，可以再現(xiàn)賽道路徑的準(zhǔn)確信息。在使用多個模擬式紅外傳感器的情況下需占用微處理器較多的AD端口。CCDC

5、MOS圖像傳感器可分為線陣式與面陣式兩種。線陣式圖像傳感器常常應(yīng)用于系統(tǒng)對檢測精度有特殊要求的場合，由于具有較高的精度，一般價格較昂貴。面陣式圖像傳感器常被應(yīng)用于普通的視頻檢測，價格較便宜。在實際應(yīng)用中，常選用面陣式圖像傳感器。然而，由于常用的CCDCMOS圖像傳感器可分針對2006年第一屆“飛思卡爾”杯全國智能車邀請賽，我們采取了基于圖像傳感器的路徑識別方案.其參賽的智能車的整體實物照片如圖1所示.圖1智能車整體實物照片全國智能車邀請

6、賽指定的唯一微處理器為Freescale公司的HCS12DG128B16位MCU，128K字節(jié)的FlashEEPROM，8K字節(jié)的RAM，2K字節(jié)的EEPROM，2個異步串行通信接口(SCI)2個串行外圍接口(SPI)，1個8通道的輸入捕捉輸出比較(ICOC)增強(qiáng)型捕捉定時器，2個8通道、10位轉(zhuǎn)換精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，1個8通道的脈沖調(diào)制器(PWM)，豐富的IO資源，內(nèi)部集成PLL鎖相環(huán)，可以提高系統(tǒng)時鐘工作頻率。然而，S12單

7、片機(jī)的上限內(nèi)部總線頻率25MHz。在此限制條件下，將微處理器的總線時鐘設(shè)定為24MHz。根據(jù)智能車賽道引導(dǎo)線與其背景的巨大反差的特點(diǎn)，這里只需要選擇具有全電視信號輸出的黑白圖像傳感器即可.由于所選的黑白圖像傳感器為PAL制，故行頻為64us，場頻20ms，行同步為12us(行消隱脈沖4.7uS)，場同步脈沖寬度為25個行周期(2.048ms)，去掉行同步時間，則每行的有效信息時間是52us.通過將圖像傳感器輸出的視頻信號接至視頻同步分離

8、芯片LM1881的視頻輸入端，就可以得到行同步、場同步、奇偶場同步信號等，這里只使用行同步、奇偶場同步信號作為單片機(jī)進(jìn)行視頻AD采集的控制信號.有關(guān)于使用LM1881提取視頻信號中的行、場同步信號的電路原理如圖2所示。圖2LM1881視頻同步分離電路根據(jù)處理器MC9S12DG128進(jìn)行AD采樣與轉(zhuǎn)換的時間要求，這里我們使用24MHz的總線速度，這樣每采集一個點(diǎn)的時間大約是2us，每行的掃描時間是64us，去掉行消隱與行同步時間12us，

9、每行有效信息時間為52us.從數(shù)據(jù)可靠性與穩(wěn)定性的角度考慮，我們選擇每行采集24個點(diǎn)，每場采集200行，但在實際應(yīng)用中，每場采取每間隔10行采集一行數(shù)據(jù)的策略，如此操作就能夠滿足控制系統(tǒng)的精度要求.這樣，圖像傳感器每場的數(shù)據(jù)變換成一個20行、24列的一個二維數(shù)組.由于微處理器HCS12DG128B的AD默認(rèn)參考電壓為5V左右，而視頻信號的白電平為1.2V左右、黑電平0.5V左右，為了體現(xiàn)白黑的巨大差異，這里將AD采集的參考電壓調(diào)整為1.