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　　智能车也称无人车， 是一个集环境感知规划 决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。1953 年， 界 上 第 一 台 无 人 驾 驶 牵 引 车 诞 世 生， 这是一部采用埋线电磁感应方式跟踪路径的自动导向车。如今， 随着传感技术的不断进步， 无 人驾驶车发展也越来越快。智能车的光学传感器 模块起到了至关重要的作为。光学传感器将获得 测速传感器将现行车速信息传递至的道路信息、 系统， 系统对获得的图像和数据信息进行分析处 理， 经过特定的控制算法计算得出*速度和舵 机转角，这是智能车系统的基本工作原理 。传感器是智能车的“眼睛 ” 必须能够真实、快速地反馈赛道信息。光电传感器和摄像头是两 种工业应用zui广泛的光学传感器 。光电传感器包括红外传感器、 激光传感器等， 广泛应用于无人生 产线，自动巡逻等领域; 摄像头则广泛应用于汽 车安全的智能技术中，如视觉增强系统、 前照灯自 动调整系统、 转向监视系统等。

　　本文结合我校开 展智能车设计的经验， 介绍了智能车设计中用到 并比较两者的性能差别。 的光电传感器和摄像头，1 光电传感器智能车道路识别系统设计光电传感器（ 反射式） 的光源有很多种， 常用 ， 的有红外发光二极管 普通发光二极管和激光二24 极管， 前两种光源容易受到外界光源的干扰， 识别 效果和工作环境有一定限制; 而激光二极管发出 的光的频率较集中， 传感器只接收很窄的频率范 不容易被干扰，但价格较贵。在智能车系 围信号， 常用的反射式光电传感器包括红外反射型 统中， 和激光反射型两种。

　　1. 1 红外反射式光电传感器的设计红外反射式光电传感器检测路面信息的原理 是由光外线发射管发射一定波长的红外线 ， 照射实际电路中为了增加探测距离， 减低外界光线中 使 红外 线 的 影 响， 用单 片 机 的PWM 模 块 产 生38kHz 的脉冲信号，对发射电路和接收电路进行 共同构成传感器模块。 在智能车的实际设 调制， 在智能车的头部装备多个（ 比如八个） 接受 计中， 传感器， 利用光线的漫反射效应， 形成线型传感器 并根据此多个传感器的探测数据计算前方 阵列， 黑路白路的范围和界限地面收集道路信息， 之后反射到接收管。 其关键 原理在于红外线在黑白两色上的反射系数不同， 黑色道路上大部分红外线被吸收， 而白色道路上 的大部分红外线被反射回接受传感器 。传感器接 口电路将接收到的红外线光强按正比转化为电压[1 ] 即可以将黑白路面区分开来 。 红外 输出信号， 反射式传感器由1 个红外发射管（ 发射器） 和1 个光电二极管（ 接收器） 构成。 测量原理是将发 射信号经调制后送到红外管发射， 光敏管接收反射回来的红外信号。 对于同一张反射面物质， 反 射光强度I 是反射面与传感器之间距离x 的非线 性函数， 其关系如图1 所示。 传感器接口电路的 输出电压V out 与光强I 成正比。 对于特定的距离x， 设定一 个 阈 值 电 压V X ， 果 输 出 电 压V out > 如VX ， 则认定 为 白 色 道 路; 反 之 认 定 为 黑 色 道 路。 阈值电压V X 是距离x 的函数。

　　电路设计的过程中， 考虑到小车体积不易过 大， 可选择漫反射式光电传感器RPR - 220， 反射型光电探测器RPR - 220 另一种可选的红外传感器件为FS - 359F 反射红外传感器， 采用048W 型封装。 该封装形状 规则， 便于安装。在约40mA 的发射电流， 没有强 烈日光干扰（ 在有日光灯的房间里） 的情况下， 探 测距离能达8mm， 基本满足探测距离要求。

　　*探测距离为6 ～8mm，如图3 所示， 在此区间 其具有zui大的反射强度。此传感器具有较好的滤 光性能， 其内置的可见光过滤器可减小离散光、 可 见光对传感器的影响， 如图4 所示， 其接受器的响 应波长集中在760nm - 850nm 左右的红外波段。

　　激光传感器的设计

　　激光传感器与普通的光电传感器的基本原理 是一样的， 但是其前瞻能力远大于普通的光电传可以达到 40 ～50cm， 是光电传感器的50 倍 感器， 以上。激光传感器由发射部分和接受部分构成，如图5 所示。 发射部分（ LED2） 由一个振荡管发 经三极管放大，激光 出180kHz 频率的振荡波后， 管发光; 接收部分由一个相匹配180kHz 的接收 管（ LED1） 接收返回的光强， 经过电容滤波后直接接入单片机， 检测返回电压的高低 。智能车设 计时， 同样使用多个激光传感器并“一 ” 字排布以 识别道路

　　要求的场合， 一般价格较昂贵。 面阵式图像传感 价格较便宜。 一般竞 器应用于普通的视频检测，赛用智能车选用面阵式CCD 图像传感器即可， 输 只需 出格式为PAL 电视信号。为实现路径识别， 而不必提取其色彩信息， 所 提取画面的灰度信息， 以一般均使用CCD 黑白摄像头。 具体而言，如图6， 摄像头连续地扫描图像上 的一行， 输出一段连续的视频信号， 该电压信号的 高低起伏正反映了该行图像的灰度变化情况。当 扫描完一行， 视频信号端输出一个低于zui低视频 信号电压的电平（ 如0. 3V） ， 保持一段时间然后 扫描新的一行， 如此下去， 直到扫描完该场的信 号， 发出场同步脉冲， 标志着新的一场的到来。摄25 帧图像， 像头一般每秒扫描 每帧又分奇、 偶两 故每秒扫描50 场图像。场，

　　红外反射式传感器与激光传感器的比较 红外反射式光电传感器对反射光强进行测量，虽然部分器件会通过频率调制、 滤波等方法提 高其精度， 但其测量结果的可靠性和准确性仍有 待提升。 而激光传感器得益于激光的波长单一 并且接收管只能接受相同频率的反射光， 因而 性， 其信噪 可以有效防止可见光对反射激光的影响， 比、 可靠性均大大高于红外光传感器 。 在探测距离方面， 红外反射式传感器反射距 其在自主式寻迹、避障机器 离一般在1cm 以下， 人上的近距离传感的应用是可行的 。在智能车的 必须安装在小车的底盘下， 保 黑白赛道的探测上， 证探测环境都在阴影之下， 不易受到日光的干扰同时保证距离范围。激光传

　　感器探测距离可以达 到40 ～50cm，因而前瞻性更好， 更适合用在竞速 的智能车上， 当然价格也较贵。2 摄像头智能车道路识别系统设计 摄像头采集部分一般由CCD 摄像头、 视频同 步信号分离芯片、 单片机处理器等部分构成。 其 中CCD 图像传感器分为线阵式与面阵式两种。 线阵式图像传感器应用于系统对检测精度有特殊

　　对于CCD 扫描得到PAL 制式信号， 需要通 过封装组合电路（ PAC） 或者模数转换A / D 等硬 件通过计算提取赛道信息， 目前主要有两种方法： 微分边缘检测和二值化阈值比较检测法 。微分边 缘检测即通过对CCD 图像电信信息做微分， 取微 分值较大部位赛道边界; 此方法对直线赛道原处而且近处也可能出现丢失赛 的处理可信度较低， 道的边缘的情况。 二值化算法的基本思路， 是设 定一个阈值， 对于视频信号矩阵中的每一点， 若像 素值大于或等于阈值则判定为白色赛道; 反之则 判定黑色引导线3 结 论

　　整体来讲， 光电传感器的优点是采样速度快 ， 电路设计相对简单。 缺点是检测精度较低，耗电 量较大， 需要充分调试后才能提高抗干扰性能。 激光传感器的准确度、 可信度和前瞻距离均有优 势， 但价格较高， 设备比较复杂。摄像头的优点是 检测前瞻距离远，范围宽， 道路参数多， 算法完善， 抗干扰性能强。 缺点是采样速度低， 需要处理的 数据量大， 电路相对复杂， 不适用在小体积系统中

　　26 使用， 并且还涉及图象采集、图象识别等领域。 智能车的设计涉及到传感器、 硬件电路及相 应的算法， 锻炼学生和教师的综合应用能力。 通 过对光电传感器和摄像头的原理和硬件电路设计 学校便于在已有的硬件条件下选择不同的介绍， 的传感器， 进行相继的智能车教学实践和研究 。 当然， 单一传感器获得的信息非常有限 ， 由于 传感器受到自身性能的影响也带有不确定性 。随 着传感器种类的增多，一个强大的智能系统应该 是一个多传感器系统。比如电磁传感器在智能车 竞赛中特定的赛道上， 也有出色的发挥。另外， 同 种传感器可以用于传感不同的信息， 比如在以往的教学中， 我们使用红外反射式光电传感器在自 动寻迹的往返小车上， 以及用于障碍的判断和主 。 在开放性教学实践中， 应该拓宽 动轮的测速上 学生的思路， 努力创造条件。这样不仅可以提高 巩固书本知识， 更能增强学生的 学生的学习兴趣。