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寻迹智能车系统中光电传感器的应用_论文

1  0 6 应 用 科 学  2 第1 科年 1  0 荔 1 期   0 寻迹智能车 系统 中光 电传感器 的应用  王 谛 ,高久淳 ,姚 培  ( 西南交通大学 ,四川成都 6 15 ) 17 6   摘 要 在寻迹智 能车系统 中 ,光 电传 感器的选 用十分重要 ,特别是要 求能够在 高速运 行条件下 达到稳定状 态的系统 中 ,其重要性 更为突  出。经过反复 实验验证 ,在系统达 到稳定的前 提下 ,一般 的光敏三极 管 ,如 国产 3 U D 系列 ,对 路面反射光 信号的检测距 离在 1c 左右。激  5m 光传感器对路 面反 射光信号 的检测距 离可 以达 ̄9 c   ] 10m。 关键 词 光 电传感器 ;检测距 离 ;前瞻性 ;寻迹智能车  中 图分类 号 T   文献标 识 码 A 文章 编 号 17— 61(00 6— 160  P   6397一2 1) 100- 1 0 - 在 自动 寻迹智 能车系统中 ,光 电传感器 的选 用是一个至关重要 的  问题 。现在有很多智能 车竞赛都是要 求能够完成 自动寻迹 ,如 : “ 飞  思 卡”杯智能车比赛 、瑞萨车模比赛和2 0 年全 国大学生电子设计竞赛  03 “ 简易智能电动车”等。 自动寻迹 主要是要求系统能够辨别出路面的差  异 ,一般是对黑色和白色进行辨别 。由于不同颜色的反射率不同 ,产生  强度不同的光信号 。采用相应的光 电传感器就可 以对信号做出正确的判  断。   本文主要讨论三种不 同特性 的光电传感器对智能车系统的影响,以  及它们的优缺点。   1 系统 概述  寻迹智能车主要包括 :光电传感器 , 于检测路面信息 , 用 将光信号  转化为电信 号;单片机,单片机的选择范围比较广泛 ,但也有一些 比赛  中指定了具体的型号。其主要作用是对光电传感器采集 的信号进行判断  处理 ,控制整个系统 的运行 ;车模 ,主要包括驱动电机 、转向舵机 ;电  源模块提供光电传感器 、单片机和电机的电源 。   整个系统的工作原理为 :光 电传感器能够检测 到路面反射光信号的  强弱 。因为寻迹 智能车路面一般采用 白色为 背景 ,上 面铺 有黑色的条  带 。采用数量合适 的光电传感器就可以检测 出路面各个位置的光信号强  度, 并将其转化为相应的电信号。将光电传感器输 出的 电信号送人单片   机进行处理 ,判断出当前车模 的位置信息 ,进而单片机发出控制信号控  制驱动电机 以及舵机做出相应 的动作使车模沿着黑色条带运行 。由此可  见 ,光 电传感器就是智能车的 “ 眼睛”。   光敏j极管对反射光 的检测信号一般 为1 c  ̄ 右 。同样也会受到  5r n 外界光线的影响。严重时将导致检测到 的信号不能正确的反应路面的信  息。   调试 结 果 :经 过反 复 实 验验 证 ,光 敏  极 管 因 为检 测 距 离 比发 射 、   接 收一体的光电传感器要远 ,所以在高速运行 的只能车系统中要优于一  般 的发射、接收一体的光 电传感器 。但是在智能车系统 中,光电传感器  要 达到一定的数量才能满足对路面信息检测 的要求 ,而每一个光敏三  极管要对应 一个发光二极管 ,为了避免相邻 的发光二极管对光敏三极管  的影响 ,每个光敏三极管最好用黑色的热缩管套住用于消除干扰 。但实  际实 验 中 由 于干 扰 因 素 比较 多 ,如 :外 界不 均 匀 光线 、发 光 二极 管 与对   应 的光敏二极管的安装角度等 , 三 导致调试非常困难。若算法不佳 ,常常  会 出现反复调试的现象。而且每一个光敏三极管的参数都不是完全相同   的,若采用单片机 的普通 Y O口接收信号 ,有可能因为高低 电平达不到要  求 ,而产生错误 的判断 。若采用单片机 的AD口,经过相应 的算法控制  / 则能一定程度地消除上述影响。由于前瞻性 的限制,采用普通光敏三极  管仍然不能满足更高速度智能车系统 的要求 。   23 激光 传 感器  . 2 几 种 光电传 感器 的工作 原理 与调试 结果  21发射一接收一体器件 。光耦合器  . 这种光电传感器 的型号有很多 ,3 T 8 、T R 50 等 。它们的共   ̄S 18 C T 00 同特点是 内部同时集成有发光部分与接收部分。其工作原理为发光部分  发出光线到路面,经过路 面反射 ,反射光线被接收部分接收。接收部分  由于接收到不同强度的光信号会导致 电阻的相应变化。这样,通过适 当  的放大与整形电路 ,可在输出端得到不同的电压。   这种发射 、接收一体的光电传感器一般对路面反射光信号的检测距  离为5 m c 左右 ,而且都不同程度受到外界光线的干扰 ,从而使得 信号不  稳 定 甚 至失 真 。   调试结果 :经过反复实验验证 ,发射 、接收一体的光电传感器具有  以下优缺点 :1 这种传 感器 的电路较为简单 ,使用方便 , ) 具有一定的  精度 。2 这种传感器适 合于较低速度运行 的智能车系统。因为检测距  ) 离有限 ,导致前瞻不足,从而对前方路面采集到 的信息数量有限 ,所以  导致智能车不能提前做出相 应的动作 ,使得提速受到限制。3 这种传  ) 感器适合于在光线比较均匀的环境下使用 ,因为不均匀的光强将对该传  感器的稳定性产生不 同程度的影响 。如果光线不均匀 ,可能会导致对路  面情况产生错误的判断。   22 发射一接收分离器件 ,发光二极管与光敏 三极管  . 发光二极管与光敏三极管 的型号也有很多 。 能车系统中主要用到  智 的有 可见 光 类 型 和红 外 线 类 型 。例 如 智 能车 系 统 可 以选 用 的光敏 三 极 管  型号一般有国产3 U系列 :3 2 D 5 。其工作原理为:利用发光二  D DU ,3 U 等 极管发 出可见光或者红外光 照射到路面,经过路面反射 ,反射光线