智能車也稱無人車， 是一個集環境感知規劃 決策和多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統。1953 年， 界 上 第 一 臺 無 人 駕 駛 牽 引 車 誕 世 生， 這是一部采用埋線電磁感應方式跟蹤路徑的自動導向車。如今， 隨著傳感技術的不斷進步， 無 人駕駛車發展也越來越快。智能車的光學傳感器 模塊起到了至關重要的作為。光學傳感器將獲得 測速傳感器將現行車速信息傳遞至的道路信息、 系統， 系統對獲得的圖像和數據信息進行分析處 理， 經過特定的控制算法計算得出*速度和舵 機轉角，這是智能車系統的基本工作原理 。傳感器是智能車的“眼睛 ” 必須能夠真實、快速地反饋賽道信息。光電傳感器和攝像頭是兩 種工業應用zui廣泛的光學傳感器 。光電傳感器包括紅外傳感器、 激光傳感器等， 廣泛應用于無人生 產線，自動巡邏等領域; 攝像頭則廣泛應用于汽 車安全的智能技術中，如視覺增強系統、 前照燈自 動調整系統、 轉向監視系統等。

　　本文結合我校開 展智能車設計的經驗， 介紹了智能車設計中用到 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別系統設計光電傳感器（ 反射式） 的光源有很多種， 常用 ， 的有紅外發光二極管 普通發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， 識別 效果和工作環境有一定限制; 而激光二極管發出 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，但價格較貴。在智能車系 圍信號， 常用的反射式光電傳感器包括紅外反射型 統中， 和激光反射型兩種。

　　1. 1 紅外反射式光電傳感器的設計紅外反射式光電傳感器檢測路面信息的原理 是由光外線發射管發射一定波長的紅外線 ， 照射實際電路中為了增加探測距離， 減低外界光線中 使 紅外 線 的 影 響， 用單 片 機 的PWM 模 塊 產 生38kHz 的脈沖信號，對發射電路和接收電路進行 共同構成傳感器模塊。 在智能車的實際設 調制， 在智能車的頭部裝備多個（ 比如八個） 接受 計中， 傳感器， 利用光線的漫反射效應， 形成線型傳感器 并根據此多個傳感器的探測數據計算前方 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。 其關鍵 原理在于紅外線在黑白兩色上的反射系數不同， 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按正比轉化為電壓[1 ] 即可以將黑白路面區分開來 。 紅外 輸出信號， 反射式傳感器由1 個紅外發射管（ 發射器） 和1 個光電二極管（ 接收器） 構成。 測量原理是將發 射信號經調制后送到紅外管發射， 光敏管接收反射回來的紅外信號。 對于同一張反射面物質， 反 射光強度I 是反射面與傳感器之間距離x 的非線 性函數， 其關系如圖1 所示。 傳感器接口電路的 輸出電壓V out 與光強I 成正比。 對于特定的距離x， 設定一 個 閾 值 電 壓V X ， 果 輸 出 電 壓V out > 如VX ， 則認定 為 白 色 道 路; 反 之 認 定 為 黑 色 道 路。 閾值電壓V X 是距離x 的函數。

　　電路設計的過程中， 考慮到小車體積不易過 大， 可選擇漫反射式光電傳感器RPR - 220， 反射型光電探測器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 規則， 便于安裝。在約40mA 的發射電流， 沒有強 烈日光干擾（ 在有日光燈的房間里） 的情況下， 探 測距離能達8mm， 基本滿足探測距離要求。

　　*探測距離為6 ～8mm，如圖3 所示， 在此區間 其具有zui大的反射強度。此傳感器具有較好的濾 光性能， 其內置的可見光過濾器可減小離散光、 可 見光對傳感器的影響， 如圖4 所示， 其接受器的響 應波長集中在760nm - 850nm 左右的紅外波段。

　　激光傳感器的設計

　　激光傳感器與普通的光電傳感器的基本原理 是一樣的， 但是其前瞻能力遠大于普通的光電傳可以達到 40 ～50cm， 是光電傳感器的50 倍 感器， 以上。激光傳感器由發射部分和接受部分構成，如圖5 所示。 發射部分（ LED2） 由一個振蕩管發 經三極管放大，激光 出180kHz 頻率的振蕩波后， 管發光; 接收部分由一個相匹配180kHz 的接收 管（ LED1） 接收返回的光強， 經過電容濾波后直接接入單片機， 檢測返回電壓的高低 。智能車設 計時， 同樣使用多個激光傳感器并“一 ” 字排布以 識別道路

　　要求的場合， 一般價格較昂貴。 面陣式圖像傳感 價格較便宜。 一般競 器應用于普通的視頻檢測，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。為實現路徑識別， 而不必提取其色彩信息， 所 提取畫面的灰度信息， 以一般均使用CCD 黑白攝像頭。 具體而言，如圖6， 攝像頭連續地掃描圖像上 的一行， 輸出一段連續的視頻信號， 該電壓信號的 高低起伏正反映了該行圖像的灰度變化情況。當 掃描完一行， 視頻信號端輸出一個低于zui低視頻 信號電壓的電平（ 如0. 3V） ， 保持一段時間然后 掃描新的一行， 如此下去， 直到掃描完該場的信 號， 發出場同步脈沖， 標志著新的一場的到來。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 場圖像。場，

　　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反射光強進行測量，雖然部分器件會通過頻率調制、 濾波等方法提 高其精度， 但其測量結果的可靠性和準確性仍有 待提升。 而激光傳感器得益于激光的波長單一 并且接收管只能接受相同頻率的反射光， 因而 性， 其信噪 可以有效防止可見光對反射激光的影響， 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、避障機器 離一般在1cm 以下， 人上的近距離傳感的應用是可行的 。在智能車的 必須安裝在小車的底盤下， 保 黑白賽道的探測上， 證探測環境都在陰影之下， 不易受到日光的干擾同時保證距離范圍。激光傳

　　感器探測距離可以達 到40 ～50cm，因而前瞻性更好， 更適合用在競速 的智能車上， 當然價格也較貴。2 攝像頭智能車道路識別系統設計 攝像頭采集部分一般由CCD 攝像頭、 視頻同 步信號分離芯片、 單片機處理器等部分構成。 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用于系統對檢測精度有特殊

　　對于CCD 掃描得到PAL 制式信號， 需要通 過封裝組合電路（ PAC） 或者模數轉換A / D 等硬 件通過計算提取賽道信息， 目前主要有兩種方法： 微分邊緣檢測和二值化閾值比較檢測法 。微分邊 緣檢測即通過對CCD 圖像電信信息做微分， 取微 分值較大部位賽道邊界; 此方法對直線賽道原處而且近處也可能出現丟失賽 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 定一個閾值， 對于視頻信號矩陣中的每一點， 若像 素值大于或等于閾值則判定為白色賽道; 反之則 判定黑色引導線3 結 論

　　整體來講， 光電傳感器的優點是采樣速度快 ， 電路設計相對簡單。 缺點是檢測精度較低，耗電 量較大， 需要充分調試后才能提高抗干擾性能。 激光傳感器的準確度、 可信度和前瞻距離均有優 勢， 但價格較高， 設備比較復雜。攝像頭的優點是 檢測前瞻距離遠，范圍寬， 道路參數多， 算法完善， 抗干擾性能強。 缺點是采樣速度低， 需要處理的 數據量大， 電路相對復雜， 不適用在小體積系統中

　　26 使用， 并且還涉及圖象采集、圖象識別等領域。 智能車的設計涉及到傳感器、 硬件電路及相 應的算法， 鍛煉學生和教師的綜合應用能力。 通 過對光電傳感器和攝像頭的原理和硬件電路設計 學校便于在已有的硬件條件下選擇不同的介紹， 的傳感器， 進行相繼的智能車教學實踐和研究 。 當然， 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，一個強大的智能系統應該 是一個多傳感器系統。比如電磁傳感器在智能車 競賽中特定的賽道上， 也有出色的發揮。另外， 同 種傳感器可以用于傳感不同的信息， 比如在以往的教學中， 我們使用紅外反射式光電傳感器在自 動尋跡的往返小車上， 以及用于障礙的判斷和主 。 在開放性教學實踐中， 應該拓寬 動輪的測速上 學生的思路， 努力創造條件。這樣不僅可以提高 鞏固書本知識， 更能增強學生的 學生的學習興趣。