智能车光电传感器布局对路径识别的影响研究
引言
如何设计路径识别方案是参赛队伍们首先必须面对的问题之一,根据韩国比赛情况参赛队伍所采用的路径识别方案大致可分为两种：使用光电传感器和使用CCD摄像头,其中尤以光电传感器方案最为常用。本文是基于智能车仿真模型软件Plastid来进行研究的,该系统基于LabVIEW虚拟仪器技术所开发,可针对不同的赛车、赛道、路径识别方案、控制策略等内容,进行相关分析。
光电传感器
本文实验中采用型号为SG-2BC的光传感器,它体积小,便于布置安装,输出是模拟量。为了模拟试验的简便,本文将传感器的模拟信号都处理成数字量以便于单片机处理。
对于传感器的安装位置,根据其输出与反射距离的关系（如图1所示）。为便于单片机处理,需要将传感器输出电流信号提取出来转化为电压信号,可以采用采样电阻或电流-电压放大器两种方案。由于本应用对精度要求不是很高,采用了采样电阻提取电压的方案。
如图2所示方案,合理的匹配采样电阻RL和电压Vcc,使光电管分压不小于1.5V,可以使采样电阻分压与光电流解藕,忽略采样电阻的负载效应。外接5V电源时,采样电阻可获得的分压为0~3.5V,流经电流为2mA,所以采样电阻可取1.7K,为便于调整使各传感器一致,可采用2K的可调电阻。
图2 采样电阻提取电压 图3 Plastid仿真系统赛车设置界面
输入给控制程序,如图3所示。
布局相关参数
有关传感器布局的参数有很多,本节将主要针对其中最重要的两个参数进行定性的讨论。
1 传感器间隔
各个传感器的布局间隔对智能车行车是有一定的影响的。根据本届邀请赛的赛道规则,中间黑色导引线的宽度为25mm,因此如果要求传感器间不出现同时感应现象（即每次采集只出现一个传感器值为1）,那么传感器间隔就必须大于25mm。如果将间隔设计成小于25mm,从而产生更多的情况,有利于车与赛道偏移距离的判断。此外,如果间隔过大,还会出现另一种情况,即在间隔之间出现空白。
为了便于比较不同的传感器间隔造成的影响,在Plastid仿真系统中使用相同的控制策略,并且在控制策略中设定了限制速度（从1m/s按0.5m/s的间隔递增,直到车出现飞车完成不了单圈为止）,赛道也选用韩国大赛的标准赛道进行测试,仿真周期设为15ms。整个控制策略采用最简单的分段控制,如图4中的红框区域。仿真得到结果如图5所示,根据仿真的结果显示,传感器间隔对于过弯道精确性以及防止飞车的能力有很大的关联。
