智能车光电传感器布局对路径识别的影响研究(1)

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 引言

  如何设计路径识别方案是参赛队伍首先要面对的问题之一,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,其中尤以光电传感器方案最为常用。本文是基于仿真模型软件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。

  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1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。

 

  由于光电传感器已可通过电路转换为数字量输出,因此在仿真系统中已简化为直接数字量输出,即当传感器遇到黑线时则输出为1,否则输出为0。Plastid仿真系统最多提供8个光电传感器,其安装坐标可任意选择,在仿真过程中会即时地将传感器的值以布尔型的数组类型输入给控制程序。

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。

  传感器间隔

  各个传感器的布局间隔对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。

  对于防飞车能力,我们可以用最大限制速度来衡量。20mm间隔的最大限制速度在3m/s,40mm间隔的最大限制速度则为3.3m/s。经过分析后,我们认为这是由于传感器间隔大造成车的横向控制范围较大(40mm的车控制在±13mm内,而20mm的则在±7mm内),因此它不易造成迷失。

  径向探出距离

  径向探出距离是指光电传感器离车头的径向距离。它主要影响的预测性能。对于未知的赛道,如果能早一步了解到前方道路的情况,那么就可以早些做出调整,从而使车以相应最优策略通过赛道。所以,理论上探出距离是越大越好,但是如果距离过大,可能会发生重心偏移,造成行驶不稳、振动等一系列问题。因此,为了既能增加径向距离,又不引起重心偏移,我们可以采用带倾角的传感器安装方式(如图2(a)(b)所示)。

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