摘要：提出一種基于激光傳感器智能車的檢測(cè)坡道方案，介紹了該方案的硬件設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)。根據(jù)分析結(jié)果，該方案對(duì)于坡道的識(shí)別比較靈敏，可靠性較高，并且能夠提前檢測(cè)到坡道，時(shí)提前量的大小可以進(jìn)行調(diào)整。
關(guān)鍵詞：激光傳感器；智能車；坡道檢測(cè)；靈敏度；可靠性

    基于激光傳感器智能車，利用單個(gè)水平照射的激光傳感器，有效地檢測(cè)坡道信息，并針對(duì)坡道做出相應(yīng)的控制方案。由于該車模是自動(dòng)循跡的，因此對(duì)賽道信息的依靠程度比較高，對(duì)傳感器的精度和抗干擾能力要求也比較高。激光傳感器通過(guò)調(diào)制發(fā)射避免了自然光對(duì)其造成的影響，提高了抗干擾能力。激光傳感器相比于紅外傳感器在作用距離方面要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)先，因此前瞻距離較大，大大提升了控制效果，而且激光傳感器的接收電路能直接得到二值化后的結(jié)果，省去了中間模數(shù)轉(zhuǎn)換和二值化的過(guò)程，采集到的信號(hào)返回給單片機(jī)直接是0和1，減少了單片機(jī)的工作量，提高單片機(jī)的整體運(yùn)算速度。但激光傳感器也存在不能克服的問(wèn)題，正是因?yàn)榧す獾淖饔镁嚯x遠(yuǎn)，也就出現(xiàn)了難以檢測(cè)坡道信息的問(wèn)題。

1 問(wèn)題描述
    激光傳感器的智能車在上坡時(shí)，由于光作用距離的變化以及坡面對(duì)光的反射，會(huì)產(chǎn)生干擾信號(hào)，導(dǎo)致激光傳感器無(wú)法正常識(shí)別黑線的位置，最終使車模無(wú)法通過(guò)坡道。針對(duì)這一問(wèn)題，目前已有多種解決方案，這些方案大體上可以分為兩類，一類是盲過(guò)法，另一類是非盲過(guò)法。非盲過(guò)法過(guò)程如下：首先由紅外傳感器采集數(shù)據(jù)，然后對(duì)所采得的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，此時(shí)在黑線附近采得的數(shù)據(jù)會(huì)比干擾信號(hào)高，再經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的濾波，就能很容易判斷出黑線的位置。但這種方法需要模數(shù)轉(zhuǎn)換，而且需要紅外傳感器的參與，還需要設(shè)定閾值進(jìn)行二值化來(lái)判斷黑線位置，硬件實(shí)現(xiàn)和算法過(guò)程都較為復(fù)雜，且占用較多單片機(jī)的資源。盲過(guò)法過(guò)程如下：首先由某種坡道傳感器檢測(cè)坡道，一旦檢測(cè)到立即屏蔽激光傳感器，利用上一時(shí)刻傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，當(dāng)坡道傳感器檢測(cè)到車模已經(jīng)通過(guò)坡道時(shí)，立即打開激光傳感器，車模進(jìn)入正常行駛狀態(tài)。盲過(guò)法相比與非盲過(guò)法，主要問(wèn)題是盲目性太大，但因?yàn)橘惖郎系钠碌来蠖鄶?shù)都在直道上，所以影響不會(huì)很大，也可以通過(guò)再加一排紅外傳感器或者作用距離比較近的激光傳感器來(lái)克服這個(gè)缺陷。本文主要以盲過(guò)法為例進(jìn)行介紹。

2 單激光管坡道檢測(cè)方案
2．1 硬件設(shè)計(jì)
    激光傳感器的工作原理如圖1所示，當(dāng)發(fā)射管發(fā)射的激光照射到賽道的白色部分時(shí)，大量光線經(jīng)過(guò)漫反射被反射回去，接收管接收到光線，傳送到單片機(jī)的數(shù)據(jù)為0，當(dāng)激光照射到賽道的黑色部分時(shí)，大量光線被吸收，接收管沒(méi)有接收到光線．傳送到單片機(jī)的數(shù)據(jù)為1。

    根據(jù)以上傳感器識(shí)別賽道的原理，可以把激光管和接收管放置在車模前側(cè)的左邊或右邊，使發(fā)射的激光平行于賽道，如圖2所示，還可以通過(guò)調(diào)整激光的作用距離來(lái)調(diào)整檢測(cè)坡道提前量的大小。

2．2 軟件實(shí)現(xiàn)
    當(dāng)車模前方?jīng)]有坡道時(shí)，激光平行于賽道，此時(shí)，光線不會(huì)被反射，即接收管不會(huì)接收到光線，單片機(jī)收到的返回值為1。當(dāng)車?？拷碌赖揭欢ň嚯x時(shí)，由于賽道的兩側(cè)是白色部分，激光管又置于車模的兩側(cè)，所以此時(shí)激光照射到賽道的白色部分，光線被反射，接收管接收到光線，單片機(jī)收到的返回值為0。當(dāng)車模處于爬坡狀態(tài)和坡頂時(shí)，光線照射不到賽道，不會(huì)被反射，接收管不會(huì)接收到光線，單片機(jī)收到的返回值為1。當(dāng)車模處于下坡階段時(shí)，光線照射到賽道的白色部分，發(fā)生反射，接收管接收到光線，單片機(jī)收到的返回值變?yōu)?。當(dāng)車模通過(guò)坡道后，光線又照射不到賽道，不會(huì)被反射，接收管不會(huì)接收到光線，單片機(jī)收到的返回值為1。具體過(guò)程如圖3所示。

    在車模通過(guò)坡道的整個(gè)過(guò)程中，不難發(fā)現(xiàn)，單片機(jī)接收到的信號(hào)由以下變化過(guò)程1—0—1—0—1，共發(fā)生了4次跳變，根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)算法。當(dāng)發(fā)生第一次跳變時(shí)，說(shuō)明車模前方有坡道，此時(shí)車模進(jìn)入盲過(guò)階段，車模按前一狀態(tài)保持運(yùn)動(dòng)，直至單片機(jī)檢測(cè)到最后一次跳變?yōu)橹?，具體程序流程如圖4所示，如此便可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)激光傳感器對(duì)坡道的檢測(cè)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
    將該方案應(yīng)用到智能車實(shí)際的賽道檢測(cè)算法中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，該方案可以提前檢測(cè)到跑道，而且提前量可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行調(diào)整。相比于用傾角傳感器和加速度傳感器檢測(cè)坡道的方案，該方案既經(jīng)濟(jì)實(shí)惠又能提前檢測(cè)出坡道。但應(yīng)用肓過(guò)法對(duì)車模的機(jī)械要求較高，在通過(guò)坡道的過(guò)程中不能自行調(diào)整，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以根據(jù)實(shí)際情況選擇是否再加一排紅外傳感器或作用距離比較近的激光管來(lái)克服這個(gè)不足。
    實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，即在車模前部的左側(cè)或右側(cè)放置的激光管如果太靠近地面，則容易把周圍的淺色物品識(shí)別為坡道，因此傳感器的放置位置應(yīng)當(dāng)盡可能高一些，或者把激光的功率適當(dāng)調(diào)小，使其作用距離不要太遠(yuǎn)，減小誤判的幾率。

4 結(jié)束語(yǔ)
    本文介紹了一種激光傳感器智能車?yán)脝蝹€(gè)激光管檢測(cè)坡道的方法，通過(guò)記錄信號(hào)跳變次數(shù)，從而得到了智能車通過(guò)坡道時(shí)的相關(guān)信息。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，該方法簡(jiǎn)便可行，易于實(shí)現(xiàn)，成本較低，可以提前檢測(cè)到坡道，且提前量的大小可以調(diào)整，利用該方案智能車可以順利地通過(guò)坡道。