智能車也稱無(wú)人車， 是一個(gè)集環(huán)境感知規(guī)劃 決策和多等級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)。1953 年， 界 上 第 一 臺(tái) 無(wú) 人 駕 駛 牽 引 車 誕 世 生， 這是一部采用埋線電磁感應(yīng)方式跟蹤路徑的自動(dòng)導(dǎo)向車。如今， 隨著傳感技術(shù)的不斷進(jìn)步， 無(wú) 人駕駛車發(fā)展也越來(lái)越快。智能車的光學(xué)傳感器 模塊起到了至關(guān)重要的作為。光學(xué)傳感器將獲得 測(cè)速傳感器將現(xiàn)行車速信息傳遞至的道路信息、 系統(tǒng)， 系統(tǒng)對(duì)獲得的圖像和數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處 理， 經(jīng)過(guò)特定的控制算法計(jì)算得出*速度和舵 機(jī)轉(zhuǎn)角，這是智能車系統(tǒng)的基本工作原理 。傳感器是智能車的“眼睛 ” 必須能夠真實(shí)、快速地反饋賽道信息。光電傳感器和攝像頭是兩 種工業(yè)應(yīng)用zui廣泛的光學(xué)傳感器 。光電傳感器包括紅外傳感器、 激光傳感器等， 廣泛應(yīng)用于無(wú)人生 產(chǎn)線，自動(dòng)巡邏等領(lǐng)域; 攝像頭則廣泛應(yīng)用于汽 車安全的智能技術(shù)中，如視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)、 前照燈自 動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)、 轉(zhuǎn)向監(jiān)視系統(tǒng)等。

　　本文結(jié)合我校開(kāi) 展智能車設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)， 介紹了智能車設(shè)計(jì)中用到 并比較兩者的性能差別。 的光電傳感器和攝像頭，1 光電傳感器智能車道路識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)光電傳感器（ 反射式） 的光源有很多種， 常用 ， 的有紅外發(fā)光二極管 普通發(fā)光二極管和激光二24 極管， 前兩種光源容易受到外界光源的干擾， 識(shí)別 效果和工作環(huán)境有一定限制; 而激光二極管發(fā)出 的光的頻率較集中， 傳感器只接收很窄的頻率范 不容易被干擾，但價(jià)格較貴。在智能車系 圍信號(hào)， 常用的反射式光電傳感器包括紅外反射型 統(tǒng)中， 和激光反射型兩種。

　　1. 1 紅外反射式光電傳感器的設(shè)計(jì)紅外反射式光電傳感器檢測(cè)路面信息的原理 是由光外線發(fā)射管發(fā)射一定波長(zhǎng)的紅外線 ， 照射實(shí)際電路中為了增加探測(cè)距離， 減低外界光線中 使 紅外 線 的 影 響， 用單 片 機(jī) 的PWM 模 塊 產(chǎn) 生38kHz 的脈沖信號(hào)，對(duì)發(fā)射電路和接收電路進(jìn)行 共同構(gòu)成傳感器模塊。 在智能車的實(shí)際設(shè) 調(diào)制， 在智能車的頭部裝備多個(gè)（ 比如八個(gè)） 接受 計(jì)中， 傳感器， 利用光線的漫反射效應(yīng)， 形成線型傳感器 并根據(jù)此多個(gè)傳感器的探測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算前方 陣列， 黑路白路的范圍和界限地面收集道路信息， 之后反射到接收管。 其關(guān)鍵 原理在于紅外線在黑白兩色上的反射系數(shù)不同， 黑色道路上大部分紅外線被吸收， 而白色道路上 的大部分紅外線被反射回接受傳感器 。傳感器接 口電路將接收到的紅外線光強(qiáng)按正比轉(zhuǎn)化為電壓[1 ] 即可以將黑白路面區(qū)分開(kāi)來(lái) 。 紅外 輸出信號(hào)， 反射式傳感器由1 個(gè)紅外發(fā)射管（ 發(fā)射器） 和1 個(gè)光電二極管（ 接收器） 構(gòu)成。 測(cè)量原理是將發(fā) 射信號(hào)經(jīng)調(diào)制后送到紅外管發(fā)射， 光敏管接收反射回來(lái)的紅外信號(hào)。 對(duì)于同一張反射面物質(zhì)， 反 射光強(qiáng)度I 是反射面與傳感器之間距離x 的非線 性函數(shù)， 其關(guān)系如圖1 所示。 傳感器接口電路的 輸出電壓V out 與光強(qiáng)I 成正比。 對(duì)于特定的距離x， 設(shè)定一 個(gè) 閾 值 電 壓V X ， 果 輸 出 電 壓V out > 如VX ， 則認(rèn)定 為 白 色 道 路; 反 之 認(rèn) 定 為 黑 色 道 路。 閾值電壓V X 是距離x 的函數(shù)。

　　電路設(shè)計(jì)的過(guò)程中， 考慮到小車體積不易過(guò) 大， 可選擇漫反射式光電傳感器RPR - 220， 反射型光電探測(cè)器RPR - 220 另一種可選的紅外傳感器件為FS - 359F 反射紅外傳感器， 采用048W 型封裝。 該封裝形狀 規(guī)則， 便于安裝。在約40mA 的發(fā)射電流， 沒(méi)有強(qiáng) 烈日光干擾（ 在有日光燈的房間里） 的情況下， 探 測(cè)距離能達(dá)8mm， 基本滿足探測(cè)距離要求。

　　*探測(cè)距離為6 ～8mm，如圖3 所示， 在此區(qū)間 其具有zui大的反射強(qiáng)度。此傳感器具有較好的濾 光性能， 其內(nèi)置的可見(jiàn)光過(guò)濾器可減小離散光、 可 見(jiàn)光對(duì)傳感器的影響， 如圖4 所示， 其接受器的響 應(yīng)波長(zhǎng)集中在760nm - 850nm 左右的紅外波段。

　　激光傳感器的設(shè)計(jì)

　　激光傳感器與普通的光電傳感器的基本原理 是一樣的， 但是其前瞻能力遠(yuǎn)大于普通的光電傳可以達(dá)到 40 ～50cm， 是光電傳感器的50 倍 感器， 以上。激光傳感器由發(fā)射部分和接受部分構(gòu)成，如圖5 所示。 發(fā)射部分（ LED2） 由一個(gè)振蕩管發(fā) 經(jīng)三極管放大，激光 出180kHz 頻率的振蕩波后， 管發(fā)光; 接收部分由一個(gè)相匹配180kHz 的接收 管（ LED1） 接收返回的光強(qiáng)， 經(jīng)過(guò)電容濾波后直接接入單片機(jī)， 檢測(cè)返回電壓的高低 。智能車設(shè) 計(jì)時(shí)， 同樣使用多個(gè)激光傳感器并“一 ” 字排布以 識(shí)別道路

　　要求的場(chǎng)合， 一般價(jià)格較昂貴。 面陣式圖像傳感 價(jià)格較便宜。 一般競(jìng) 器應(yīng)用于普通的視頻檢測(cè)，賽用智能車選用面陣式CCD 圖像傳感器即可， 輸 只需 出格式為PAL 電視信號(hào)。為實(shí)現(xiàn)路徑識(shí)別， 而不必提取其色彩信息， 所 提取畫(huà)面的灰度信息， 以一般均使用CCD 黑白攝像頭。 具體而言，如圖6， 攝像頭連續(xù)地掃描圖像上 的一行， 輸出一段連續(xù)的視頻信號(hào)， 該電壓信號(hào)的 高低起伏正反映了該行圖像的灰度變化情況。當(dāng) 掃描完一行， 視頻信號(hào)端輸出一個(gè)低于zui低視頻 信號(hào)電壓的電平（ 如0. 3V） ， 保持一段時(shí)間然后 掃描新的一行， 如此下去， 直到掃描完該場(chǎng)的信 號(hào)， 發(fā)出場(chǎng)同步脈沖， 標(biāo)志著新的一場(chǎng)的到來(lái)。攝25 幀圖像， 像頭一般每秒掃描 每幀又分奇、 偶兩 故每秒掃描50 場(chǎng)圖像。場(chǎng)，

　　紅外反射式傳感器與激光傳感器的比較 紅外反射式光電傳感器對(duì)反射光強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量，雖然部分器件會(huì)通過(guò)頻率調(diào)制、 濾波等方法提 高其精度， 但其測(cè)量結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性仍有 待提升。 而激光傳感器得益于激光的波長(zhǎng)單一 并且接收管只能接受相同頻率的反射光， 因而 性， 其信噪 可以有效防止可見(jiàn)光對(duì)反射激光的影響， 比、 可靠性均大大高于紅外光傳感器 。 在探測(cè)距離方面， 紅外反射式傳感器反射距 其在自主式尋跡、避障機(jī)器 離一般在1cm 以下， 人上的近距離傳感的應(yīng)用是可行的 。在智能車的 必須安裝在小車的底盤(pán)下， 保 黑白賽道的探測(cè)上， 證探測(cè)環(huán)境都在陰影之下， 不易受到日光的干擾同時(shí)保證距離范圍。激光傳

　　感器探測(cè)距離可以達(dá) 到40 ～50cm，因而前瞻性更好， 更適合用在競(jìng)速 的智能車上， 當(dāng)然價(jià)格也較貴。2 攝像頭智能車道路識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì) 攝像頭采集部分一般由CCD 攝像頭、 視頻同 步信號(hào)分離芯片、 單片機(jī)處理器等部分構(gòu)成。 其 中CCD 圖像傳感器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(duì)檢測(cè)精度有特殊

　　對(duì)于CCD 掃描得到PAL 制式信號(hào)， 需要通 過(guò)封裝組合電路（ PAC） 或者模數(shù)轉(zhuǎn)換A / D 等硬 件通過(guò)計(jì)算提取賽道信息， 目前主要有兩種方法： 微分邊緣檢測(cè)和二值化閾值比較檢測(cè)法 。微分邊 緣檢測(cè)即通過(guò)對(duì)CCD 圖像電信信息做微分， 取微 分值較大部位賽道邊界; 此方法對(duì)直線賽道原處而且近處也可能出現(xiàn)丟失賽 的處理可信度較低， 道的邊緣的情況。 二值化算法的基本思路， 是設(shè) 定一個(gè)閾值， 對(duì)于視頻信號(hào)矩陣中的每一點(diǎn)， 若像 素值大于或等于閾值則判定為白色賽道; 反之則 判定黑色引導(dǎo)線3 結(jié) 論

　　整體來(lái)講， 光電傳感器的優(yōu)點(diǎn)是采樣速度快 ， 電路設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)是檢測(cè)精度較低，耗電 量較大， 需要充分調(diào)試后才能提高抗干擾性能。 激光傳感器的準(zhǔn)確度、 可信度和前瞻距離均有優(yōu) 勢(shì)， 但價(jià)格較高， 設(shè)備比較復(fù)雜。攝像頭的優(yōu)點(diǎn)是 檢測(cè)前瞻距離遠(yuǎn)，范圍寬， 道路參數(shù)多， 算法*， 抗干擾性能強(qiáng)。 缺點(diǎn)是采樣速度低， 需要處理的 數(shù)據(jù)量大， 電路相對(duì)復(fù)雜， 不適用在小體積系統(tǒng)中

　　26 使用， 并且還涉及圖象采集、圖象識(shí)別等領(lǐng)域。 智能車的設(shè)計(jì)涉及到傳感器、 硬件電路及相 應(yīng)的算法， 鍛煉學(xué)生和教師的綜合應(yīng)用能力。 通 過(guò)對(duì)光電傳感器和攝像頭的原理和硬件電路設(shè)計(jì) 學(xué)校便于在已有的硬件條件下選擇不同的介紹， 的傳感器， 進(jìn)行相繼的智能車教學(xué)實(shí)踐和研究 。 當(dāng)然， 單一傳感器獲得的信息非常有限 ， 由于 傳感器受到自身性能的影響也帶有不確定性 。隨 著傳感器種類的增多，一個(gè)*的智能系統(tǒng)應(yīng)該 是一個(gè)多傳感器系統(tǒng)。比如電磁傳感器在智能車 競(jìng)賽中特定的賽道上， 也有出色的發(fā)揮。另外， 同 種傳感器可以用于傳感不同的信息， 比如在以往的教學(xué)中， 我們使用紅外反射式光電傳感器在自 動(dòng)尋跡的往返小車上， 以及用于障礙的判斷和主 。 在開(kāi)放性教學(xué)實(shí)踐中， 應(yīng)該拓寬 動(dòng)輪的測(cè)速上 學(xué)生的思路， 努力創(chuàng)造條件。這樣不僅可以提高 鞏固書(shū)本知識(shí)， 更能增強(qiáng)學(xué)生的 學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。