使用反射传感器与CCD传感器进行智能小车自动导航系统设计的资料

　　整个系统以 MC9S12DG128B 为核心，为了能够让系统快速有效的工作，设计了路况识别单元、电源管理单元、电机驱动单元、轮速采集单元和信息处理单元。同时辅助于一定的机械结构设计，使整个有机的结合在一起，智能汽车的整体结构如图1-1 所示。

　　图 1-1 智能汽车的整体设计结构

　　传感器部分采用光电传感器作为基本的感应单元，整个传感器部分由8 个光电传感器组成。每个传感器电路配备一个电位器，用以调节传感器的灵敏度。采用LM324 对传感器采集的模拟信号进行整型，最终的信号以8 位数字信号的方式通过数据线传递出去。

　　由于系统电源由电压为 7.2V 的蓄电池供电，而系统的单片机电源、舵机单元以及一些芯片需要5V 电源供电，为此设计制作了电源单元。根据不同的单元部分对电流的需要，采用分开独立供电的方式对系统进行供电。

　　直流电机采用组委会提供的半桥式驱动器 MC33886 作为主要的驱动芯片，采用驱动芯片说明书上提供的典型电路配置作为参考设计驱动电路，在实际的设计中，为了增强对电机的驱动能力，同时考虑到电机只需要正转即可，我们将MC33886 的两个半桥合并在一起，提高了工作效率。系统采用PWM 信号对电机的转速进行控制，考虑到汽车在转弯时可能需要紧急制动，同时使用了MC33886 的制动功能。

　　为了能够实时的监控汽车的行驶速度，我们设计了轮速测量单元。采用一个发光二极管和光敏三极管作为基本的采集单元，在二者之间加入一个带有空格的圆形单元，当汽车行驶时，圆形单元切割光线，产生类似正弦波形，通过整形电路，将正弦波变成标准的方波。通过S12 单片机的Input capture 功能模块计算出轮速。

　　单片机单元是整个系统开发的重中之重，根据实际的需要，我们主要开发了单片机的I/O 功能模块、PWM 功能模块、定时器模块和信号输入捕捉模块。其中采用S12 的I/O 模块采集来自传感器部分的信号，PWM 模块产生PWM 信号控制伺服电机的转速，定时器模块主要用来产生实时中断，对整个系统的信息进行实时监控处理，信号输入捕捉模块主要用来采集轮速信号，对车辆的轮速进行计算。单片机采用C 语言为基本的工具进行开发，对于各个功能模块的底层开发以单片机的说明书为指导进行。

　　本文在对自动汽车导航设计中最为常用的红外反射传感器设计和 CCD 传感器设计方式优缺点深入分析的基础上，提出了一种兼顾二者优势，同时最大程度的避免二者缺点的算法。其主要思想是：利用CCD 传感器判断范围远的优点进行路径预判；同时利用红外反射传感器灵敏精确的特点进行当前路径控制。并通过将二者处理结果进行比较和综合，得到最为精确的方向与速度控制信号，保证车辆运行正确性与高速性。同时，算法采用模糊控制的思想可以进一步优化车辆运行的最佳路线。此外，并行设计的容错系统可以保证当某个传感信号出现较大误差或错误时，系统仍可通过备用信号控制保证车辆运行的稳定性与可靠性，从而极大的提高了无人导航汽车运行的安全性。

　　反射式光电传感器的光源有多种，常用的有红外发光二极管，普通发光二极管，以及激光二极管，前两种光源容易受到外界光源的干扰，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围信号，不容易被干扰但价格较贵。理论上光电传感器只要位于被测区域反射表面可受到光源照射同时又能被接收管接收到的范围就能进行检测，然而这是一种理想的结果。因为光的反射受到多种因素的影响，如反射表面的形状、颜色、光洁度，日光、日光灯照射等不确定因素。如果直接用发射和接收管进行测量将因为干扰产生错误信号，采用对反射光强进行测量的方法可以提高系统的可靠性和准确性。