传感器和路径识别.docx

《传感器和路径识别.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器和路径识别.docx（4页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、引言飞思卡尔杯全国高校生智能车竞赛是以HCS12 MCU为核心的高校生课外科技竞 赛。组委会供应了一个标准的汽车模型、直流电楣口可充电式电池，参赛队伍要制作一个 能够自主识别路线的智能车并在特地设计的跑道上自动识别道路行驶，其中竞赛限制规章 之一就是传感器的总数不能超过16个。由于路径识别在本智能车掌握系统中的重要地位, 而路径识别结果的好坏又与传感器的选择、传感器的数量有直接关系，因此，本文针对应 用于路径识别的传感器进行争论。传感器概述光电传感器与CCD/CMOS图像传感器是较为常见的应用于路径识别的传感器。光电 传感器物理结构、信号处理方式简洁但检测距离近。CCD/CMOS能更早感知前方

2、路径信 息，但数据处理方式简单，将CCD/CMOS图像传感器应用于路径识别是进展趋势。红外传感器分为数字与模拟两种。数字红外传感器硬件电路简洁但采集路径信息粗糙, 模拟式通过将多个模拟红外传感器进行适当组合，可以再现赛道精确 信息，但需占 用微处理器较多的AD端口。CCD/CMOS图像传感器可分为线阵式与面阵式两种。线阵 式图像传感器应用于系统对检测精度有特别要求的场合，一般价格较昂贵。面阵式图像传 感器应用于一般的视频检测，价格较廉价。对于HCS12单片机的处理力量，在这里只能 选用CCD/CMOS图像传感器的信号输出格式为电视信号。设计方案针对第一届全国高校生智能车竞赛的赛道特色，基于上述

3、对传感器的说明，下面争论红外传感器与CCD/CMOS图像传感器的路径识别方案。基于反射式红外传感器的数字光电传感器阵列的路径检测方法具有较高的牢靠性与稳 定性，且单片机易于处理。虽然大赛限制传感器为16个，但仍不足以解决精度问题，而 且光电传感器本身存在着检测距离近的问题，不能对远方的路径进行识别，降低了对环境 的适应力量，影响了智能车的快速性和稳定性。它采用传感器对白色和黑色的反射率大小, 把最大、最小值之间分为n个index区间，通过对各个传感器index值的组合基本能够确 定智能车的位置，从而对位置和行驶方向都能做较精确的掌握。但这种方法对识别道路的计 算量大，计算时间较长，且检测距离也

4、不是很远1。基于图像传感器的智能掌握，采用CCD/CMOS图像传感器的特点在小车前方虚拟出 24个光电传感器，能够精确地感知智能车的位置，并且硬件安装简洁，调试便利。基于 CCD/CMOS传感器的路径检测方法具有探测距离远的优势，能够尽可能早的感知前方的 路径信息进行预推断，再现路径的真实信息。与光电传感器阵列协作使用具有远近结合的 优势，且具有较高的稳定性和牢靠性。但大赛所要求的MC9S12DG128，总线时钟最高 25M ,无法实现高级的图像算法和掌握算法，且硬件电路较为简单。将以上各方案结合MC9S12DG128 MCU的运算力量，在追求系统简洁性的基础上实 现智能车掌握系统路径识别的精

5、确性，我们选择了基于CCD/CMOS图像传感器的智能掌握方案应用于最终的大赛。详细应用我们实行了基于图像传感器的路径识别方案，其参赛的智能车的整体实物照片如图1 所示。邀请赛指定唯一微处理器为Freescale HCS12DG128B16位MCU , 128K字节的Flash EEPROM , 8K字节的RAM , 2K字节的EEPROM , 2个异步串行通信接口(SCI) , 2 个串行外围接口(SPI) , 1个8通道的输入捕获/输出比较(IC/OC)增加型捕获定时器，2个8 通道、10位转换精度的模数转换器(ADC) , 1个8通道的脉冲调制器(PWM),丰富的I/O 资源，内部集成PL

6、L锁相环，可以提高系统时钟工作频率。然而，S12单片机的上限内部 总线频率25MHz。在此限制条件下，将微处理器的总线时钟设定为24MHz。依据智能车赛道引导线与其背景的巨大反差的特点，这里只需要选择具有全电视信号 输出的黑白图像传感器即可。由于所选的黑白图像传感器为PAL制，故行频为64ms ,场 频20ms行同步为12ms(行消隐脉冲4.7mS)场同步脉冲宽度为25个行周期(2.048 ms), 去掉行同步时间，则每行的有效信息时间是52mso通过将图像传感器输出的视频信号接 至视频同步分别芯片LM1881的视频输入端，就可以得到行同步、场同步、奇/偶场同步 信号等，这里只使用行同步、奇/

7、偶场同步信号作为单片机进行视频AD采集的掌握信号。 使用LM1881提取视频信号中的行、场同步信号的电路原理如图2所示。处理器MC9S12DG128进行AD采样与转换的时间要求，这里使用24MHz的总线速 度，这样每采集一个点的时间大约是2ms ,每行的扫描时间是64ms ,去掉行消隐与行同 步时间12ms，每行有效信息时间为52ms。从数据牢靠性与稳定性的角度考虑，我们选择 每行采集24个点，每场采集200行，但在实际应用中，每场实行每间隔10行采集一行数 据的策略，如此操作就能够满意掌握系统的精度要求。图像传感器每场的数据变换成一个 20行、24列的一个二维数组。由于微处理器HCS12DG

8、128B的AD默认参考电压为5V 左右，而视频信号的白电平为L2V左右、黑电平0.5V左右，为了体现白黑的巨大差异， 这里将A/D采集的参考电压调整为1.5V从而使得AD采集的正常结果通常是在85 204 之间。结语本文从传感器与路径识别的关系动身，争论了红外传感器与CCD/CMOS图像传感器 识别方案的优缺点，并优选出CCD/CMOS图像传感器用于智能车路径识别与传感。通过将 基于面阵CCD/CMOS图像传感器的路径识别方案应用于第一届飞思卡尔杯全国高校 生智能车竞赛，并从众多使用红外传感器的参赛队伍中脱颖而出，证明白该方案较红外传 感器在路径识别中更具潜在优势。参考文献：1.黄开胜，金华民，蒋狄南，韩国智能模型车技术方案分析J,电子产品世界， 2006(3):150-152.