P關(guān)于智能車模起跑線識(shí)別方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、欄目編輯 設(shè)計(jì)思想及算法實(shí)現(xiàn)車模與賽道的參數(shù)如圖1所示。車模運(yùn)行的主要形式主要是車模的規(guī)定的賽道內(nèi)行進(jìn),賽道中央有一條25mm 寬的黑色引導(dǎo)線。常用的車模巡線方案有光電傳感器陣列和CCD 探測(cè)法等,這里介紹光電傳感器陣列的設(shè)計(jì)方案。光電傳感器是靠紅外發(fā)射管和紅外接收管組成的傳感器,如圖2所示。紅外發(fā)射管發(fā)射的紅外線具有一定的方向性,當(dāng)紅外線照射到白色表面上時(shí)會(huì)有較大的反射,如果距離D l 取值合適,紅外接收管可接收到反射回的紅外線,再利用紅外接收管的電氣特性,在電路中處理紅外線的接收信息;如果反射表面為黑色,紅外光會(huì)被表面將其大部分吸收,紅外接收管就難以收到紅外線。這樣,就可以利用紅外收發(fā)管組

2、成的光電傳感器檢測(cè)賽道黑線,實(shí)現(xiàn)智能車的巡線方案。 光電傳感器陣列布局參數(shù)的確定 如圖3所示,光電傳感器陣列參數(shù)主要有管距D(管內(nèi)側(cè)距離,管直徑d,影響光電傳感器陣列參數(shù)的主要因素有: 起跑標(biāo)志線和十字交叉線;比賽規(guī)則對(duì)車模尺寸的限制;跑道黑色引導(dǎo)線的寬度;舵機(jī)轉(zhuǎn)彎精度。根據(jù)以上影響因素,建立模型如圖3和圖4所示。起跑標(biāo)志線和十字交叉線的識(shí)別方案要和光電傳感器陣列參數(shù)聯(lián)系起來考慮,所以首先根據(jù)起跑標(biāo)志線的基本識(shí)別方法來確定光電傳感器陣列參數(shù)。單片機(jī)在處理起跑標(biāo)志線和十字交叉線的區(qū)別時(shí),較方便的方法就是當(dāng)光電傳感器陣列經(jīng)過十字交叉線時(shí)7個(gè)傳感器全檢測(cè)到黑線,而經(jīng)過起跑標(biāo)志線時(shí)會(huì)有個(gè)別傳感器檢測(cè)到

3、白色賽道表面。根據(jù)這個(gè)道理,建立模型如圖3和圖4所示,分兩種情況討論:1光電傳感器陣列有2個(gè)傳感器檢測(cè)到白色跑道而其它傳感器檢測(cè)到黑線時(shí),如圖3所示;2光電傳感器陣列有1個(gè)傳感器檢測(cè)到白色跑道而其它傳感器檢測(cè)到黑線時(shí),如圖4所示。根據(jù)以上兩種情形,在光電傳感器陣列采用等距分布的情況下,可有如(1式所示的數(shù)學(xué)描述。(1(2(3關(guān)于智能車模起跑線識(shí)別方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)Scratch Line Identification Method Design and Realization for Intelligent Smart-Car Model太原理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與軟件學(xué)院姚世選裴永斌常曉明太原理工大學(xué)

4、信息工程學(xué)院薄志強(qiáng)圖1車模及賽道的相關(guān)參數(shù) 欄目編輯 文蘊(yùn)蘊(yùn) 155圖7改變數(shù)據(jù)后數(shù)軸標(biāo)注D 的取值范圍根據(jù)(3式,做如圖5所示的數(shù)軸標(biāo)注方法來表示不等式的取值范圍。圖5中計(jì)算所得的D 值范圍為(25,30-1.5d。但是也要考慮特殊情況。由于車身在經(jīng)過起跑標(biāo)志線時(shí)并不是每次都能保持和跑道引導(dǎo)線平行,所以要考慮當(dāng)車身偏斜進(jìn)入起跑線時(shí)的情況會(huì)不會(huì)使(1式有所變化。如圖5所示?？紤]偏斜的角度如圖6所示,車身偏斜時(shí)在起跑線白色間隙的長(zhǎng)度f=19mm,這樣(1式的數(shù)學(xué)描述中發(fā)生變化的僅僅是圖4所示中的跑道間隙值17.5mm,該值被f代替。帶入新值后用數(shù)軸標(biāo)注法標(biāo)注D 值的區(qū)間如圖7所示。比較圖6發(fā)現(xiàn),

5、A 點(diǎn)向B點(diǎn)靠近形成A點(diǎn),并沒有超過B 點(diǎn);C 點(diǎn)和D 點(diǎn)分別移動(dòng)到C點(diǎn)和D點(diǎn)位置,所以D 的取值范圍有擴(kuò)大的趨勢(shì),這樣,圖5標(biāo)注的D 值范圍符合要求。如果偏斜角度繼續(xù)增大,前排光電傳感器陣列不能同時(shí)進(jìn)入起始標(biāo)志線,這樣在單片機(jī)編程算法中很容易處理這種情況。綜合以上討論,可知:光電傳感器的管距(管內(nèi)側(cè)距離D 取值范圍為(25,30-1.5d;根據(jù)誤差理論,單純從傳感器的外徑尺寸上考慮,其值d 越小越好;本設(shè)計(jì)中取光電管直徑d 值為3mm,D 值范圍(25mm,25.5mm。實(shí)測(cè)效果根據(jù)以上分析的光電傳感器的管距D 取值范圍制作車模的尋線傳感器陣列,對(duì)車模進(jìn)行了大于50次的測(cè)試,實(shí)測(cè)結(jié)果表明:車模均能正確識(shí)別到起跑線。但是,設(shè)計(jì)還存在一些問題,主要有:對(duì)D的取值要求苛刻;要求紅外傳感器的正常工作率為90%以上。結(jié)語(yǔ)本文分析了智能車模比賽中的相關(guān)技術(shù)參數(shù),建立了光電傳感器陣列的數(shù)學(xué)模型,確圖4光電傳感器陣列與起跑線的相對(duì)關(guān)系(2圖3光電傳感器陣列與起跑線的相對(duì)關(guān)系(1圖5數(shù)軸標(biāo)注D的取值范圍(a白色反射面下的紅外反射(b黑色反射面下的紅外吸收?qǐng)D2用于路況識(shí)別的紅外光電傳感器圖6車身偏斜進(jìn)入起跑標(biāo)志線的情況定了陣