第七届飞思卡尔传感器解决方案

第七届飞思卡尔智能车大赛传感器解决方案

（光电组）

院系名称：电气工程学院

专业班级：电气1103班

学生姓名：周伟伟

协会：电子科技协会

光电组传感器解决方案

今年的第七届飞思卡尔智能车大赛与前几届比赛最大的区别就是赛场的改变，以往我们都采用中间黑线的赛道，今年是第一次用两边黑线的赛道。本次比赛中，光电组车模改装完毕后，车模尺寸可以达到350mm宽。而上届比赛要求是尺寸不能超过250mm 宽，并且赛道宽度由原来不小于50cm改为现在不小于45cm。车变宽，道变窄，我觉得这都是给赛道转型一个过渡。尽管如此，新的规则在难度上还是有很大的提升，以往的很多经验不能再直接拿过来用。

查阅了近几年来飞思卡尔智能车大赛的视频和技术报告，我发现在光电组中凡是名次靠前的队伍，全部用的是的激光来作为光电传感器。相对于红外传感器来讲，在前瞻和视野上，激光传感器有着自身极大的优势。由此我认为在智能车比赛中激光传感有完全替代红外传感的趋势，并且这次赛道的改革定会加快这一趋势，使得激光传感的优势更加明显。

虽然我校是全国最早参加飞思卡尔智能车大赛的学校之一，并且在河南省高校中此项目处于领先位置，但是我们也不得不去注意我们与大赛排名靠前的院校的差距。就光电组来讲，我们学校历年来一直采用传统的红外传感，更多注重算法的运用，对硬件的重视程度并不是很突出。对于激光传感、摇头循迹这面的技术还处于初级水平，并未得到实际的运用。

此次赛道的改革，定将引起各大院校的技术改革，面对新的规则，大家再一次站到同一起跑线。这对于我们来说是一个挑战，更是一个机遇。同时我也希望可以在这次挑战和机遇中和大家一起努力，学到更多知识，提升自己水平。

说实在，以前没有接触过智能车，对此根本不了解。只能根据所查的资料进行分析，设定以下几种方案，可能都存在其弊端，望谅解。

我的方案分为两大类，一类是基于红外传感，因为我们学校对于红外传感的使用有着较长的历史，有着丰富的经验，在技术上比较娴熟。另一类是基于激光传感，因为激光传感有着它自身的优势，为提高车速增加了空间。

方案A1：红外循双边

今年虽然赛道变窄，车体变宽，但是赛道最

小宽度为45cm，赛车最大宽度为35cm，要想用红

外传感器来保证赛道两边的黑线都在传感器之下

是不肯能做到的。我这里所说的循双边是讲在赛

车的前进中两边的黑线都能利用到，但实际上并

没有将任何一根黑线压在传感器之下。也就是说，

赛车实际实在白色的赛道上前行，如果是直道且

赛车并未偏离赛道时，所有传感器都不会检测到

黑线。只有当赛车在遇到转弯或者偏离中心位置

时，传感器才发挥其作用。

如果这样安装传感器的话，赛车在直道上行驶时并不能准确的判断自己的位置，因为即使赛车在赛道中心，最靠边的传感器至少也要距黑线5cm，一旦在高速行驶的情况下遇到弯度较大的大S弯道时，来不及减速转向，很容易冲出赛道。为了解决这个问题，我在保证赛车的稳定性为

前提下，通过将传感器排布成倒“八”字来提

高赛车前瞻性，这样赛车可以较早的发现弯道，

做出相应的减速，防止冲出跑道。

但是这个仅仅只是个理论，可行与不可行

只有通过实际测试才能知道。这是我最早的构

想，因为传感器这样的安装类似于我们以往的

方案，只不过是黑线检测的方式变了些。但对

于这个方案，我自己感觉其中有很多不确定因

素。例如：赛车在行进过程中距离黑线有一定

距离，如果赛车在进入弯道前处于弯道内侧黑

线附近，那么进入弯道后它就不能即使检测到弯道，会与弯道外侧黑线形成一个较大的夹角，因而降低转弯效率。在遇到交叉口时，由于四周全无黑线，以白色为准的赛车会很容易失控。对于这些，我完全没有任何经验，还望给予指导，或许用程序可以弥补这些缺陷。

方案A2：红外循单边

如果说我的上一个方案是改变算法但不改变车型的话，那么我这个方案就是改变车型但不改变算法。虽然赛道改成了两边黑线，但是两条黑线中的任意一条都是贯穿整个赛道，我们可以只使用赛道上

其中的一条黑线，利用赛车宽度增加这个优

势，将所有传感器置于赛车的一侧，通过确

定确定中心传感器的位置来确定赛车的位

置。

在赛车行进时，就像以往几界比赛一样，

如果中间的传感器检测到黑线，就证明赛车

在赛道的正中心，同样也可以根据检测到黑

线的不同传感器来计算赛车的偏离位置和

弯道曲率。在这个方案中，循迹方式和传统

的红外循迹类似，所以以往的部分经验仍可

以移植过来。

但是这个仅仅只是个理论，可行与不可行只有通过实际测试才能知道。由于传感器都安装在赛车的一侧，不对称的车身除了影响美观外，更重要的是赛车的重心将会发生偏移。为了更好的循迹，传感器做的很长，力矩自然增大，为了使赛车重心不发生太大偏移，需要在另一侧安装配重，这无疑增加了赛车自身的重量。还有就是较长的传感器跟容易发生抖动和如何让赛车顺利穿过交叉口，也是需要我们解决的问题。

方案B1：激光循双边

我相信今年大多学校会选择激光作为主要传感器，当然也会用红外作为辅助判断起跑线。这种情况下，重点发展激光是必要的。参考了网上其他学校的激光

排布，我做了这套方案。由于激光可以通过

分时点亮实现多对一，即多个发射管发射激

光，一个接收管接收，所以大大的提高了传

感器的利用率，再加上激光可以达到60cm

左右，用激光做到双边循迹不成问题。

传感器板子可以做成“八”字形，使得

激光可以照射在赛道两端的黑线上。为了车

子有更好的前瞻性，我们可以将激光的照射

点打向赛车前方40cm，在这距离内，我们

用5mW的激光管可以稳定的工作。为了防止

赛车在过弯道时信号丢失，和确保车子的灵

活性，可以采用在赛车上加装一个舵机来控

制激光照射方向，保证时刻双边都在黑线之上，通过判断舵机的角度，来判断弯道的曲率。

但是这个仅仅只是个理论，可行与不可行只有通过实际测试才能知道。这个过程中，激光的调试，摇头舵机的控制，新算法的应用，这些都是有待我们去学习的东西。

方案B2：激光循单边

这里的单边意思是将两条黑线分成两条单一的黑线利用，而不是只利用一条黑线。这个方案是借鉴以往比赛中有些院校采用双排激光循迹的方法，一条远观，一条近看，从而省去了用舵机来防止丢线的

问题。

相对于上个方案，在左右两排激光的安

装位置上有所改变，我们可以将一侧的激光

照射的远一点，保证赛车的前瞻性，将另一

侧的激光照射的近一点，保证赛车的稳定

性。赛车在直道上高速行驶时，可以通过靠

前的激光判断是否到达弯道以及弯道曲率，

在进入弯道之后，赛车则可以通过靠后的激

光稳定转弯，当然在整个过程中这两组激光

是相互配合相互弥补的。

但是这个仅仅只是个理论，可行与不可

行只有通过实际测试才能知道。这个方案中靠前的激光检测外道，靠后的激光检测内道更为合适，但是在比赛中赛车不定要向左转还是向右转，很难通过理论来判断这个方案在实际应用中的效果，需要实际实验才能下结论。

因为是大一学生，知识欠缺，以上方案仅仅是自己的一些想法，甚至有些完全不可行，还望谅解，希望各位学长批评指点。

周伟伟