前言

全国各地高等院校自动化机械专业课堂教学具体指导分联合会受中国教育部授权委托，举行第一届“飞思卡尔”杯在校大学生智能小车公开赛。在智能小车比赛中，途径鉴别方法首要有两类，一类是借助红外线光学感应器，一类是借助监控摄像头。红外线红外传感器以其体型小、质优价廉、安裝灵巧便捷且不会受到自然环境能见光影响等特性获得了普遍的运用。

针对此类感应器而言，相对应于差异的道路标准（主要是黑与白度），接受管传输到路面漫反射光红外感应后其两直流电压将各有不同，即感应器接受管正对着乳白色地面，则其工作电压较高，若正对着灰黑色的途径标识线，则工作电压较低。因而，根据这一基本原理能够明确提出一种较为常用的途径离散变量鉴别优化算法：根据一般I/O端口号将接受管工作电压读取单片机设计，依据端口号填写的高低电频逻辑性来判定该感应器是不是处在途径标识线上边，再挑选出全部处在标识线上边的感应器，便能够大概分辨这时车体相对性路面的部位，明确途径信息内容。

这类离散变量优化算法简单易行，对硬件配置及优化算法规定都非常低，在感应器数量较多的情形下也能完成较高的鉴别精确性。但它的一个致命性缺点取决于途径信息内容仅仅根据间距布置的感应器的离散值，针对2个邻近感应器中间的“盲点”没法出示合理的距離信息内容，因而在感应器数量受限制的智能小车比赛中，其途径鉴别精密度巨大地受限于感应器数量以及间隔。

即便 感应器数量不受到限制，途径鉴别精密度充足高，离散变量途径鉴别优化算法仍有其难以克服的原有缺点。因为离散变量优化算法获得的途径信息内容为离散值，假如同时使用到转为及时速控制方法中，必然导致转为及时速调整的阶跃式转变，这可能对跑车的功能造成下列不好危害：其一，转为及时速操纵肌肉僵硬，对途径转变反映失灵，与此同时易发生超调量及震荡状况;其二，舵机輸出拐角相对性于途径为阶跃式延迟时间回应，针对追求完美快速功能的高时速短管理决策周期时间控制方法而言，很可能由于舵机回应不如而导致操纵无效。

为了更好地彻底解决上述难题，一方面能够从途径鉴别优化算法上下手，找寻鉴别高精度，不会受到感应器数量限定，鉴别信息内容持续的途径鉴别优化算法;另一方面还可以从控制系统上下手，找寻根据离散变量途径信息内容的持续控制系统。文中紧紧围绕第一条构思，明确提出一种将比较有限间距排列感应器收集的数据信息持续化的方式 ，来完成持续途径鉴别。

红外传感器特点

该持续化方式 主要是创建在对红外传感器特点的深入分析的根基上。

实际上，红外线红外传感器特点并不是至始文上述那样简单（白区高电压，黑条低压），其工作电压尺寸与感应器间距灰黑色途径标识线的水平距离有定量分析关联：离黑条越近的，工作电压越低，离黑条越长，则工作电压越高，（实际的对应关系与放电管型号规格及其离地高宽比相关），如图所示1所显示。

图1 感应器工作电压与偏位间距关联平面图

因而，只需了解了感应器工作电压—偏位间距特点关联，就可以依据感应器工作电压上的尺寸明确各感应器与灰黑色标识线的间距（而不是只是粗略地分辨该感应器是不是线上上），从而得到车体绝对路径标识线的部位，获得持续遍布的途径信息内容。

持续途径鉴别优化算法

优化算法总步骤框架图如图2所显示，分成红外传感器特点测量、开赛前预校准、宣布赛事三个流程。

（1）感应器特点测量

感应器工作电压—偏移间距曲线图的测量是保持持续途径鉴别的基本，需要在手机软件调节环节事先进行。下列将以一套具体制定的控制器为案例，表明曲线图测量的全过程。

感应器组主要参数如表1所显示。

表1 感应器组主要参数

图3 评测感应器工作电压—偏移间距特点曲线图

图4 归一化后的感应器工作电压—偏移间距特点曲线图

测量全过程中，最先必须挑选测试用例，即挑选与路面标识线近远间距不一样的点，如10cm、9cm、8cm……2cm、1cm等;随后在这种点上开展感应器工作电压取样，获得这种点所相对应的控制器接受管工作电压值;最终将工作电压值与间距主要参数一一对应，便可制作出感应器工作电压—偏移间距曲线图。评测曲线图如图所示3所显示。

从曲线图中可以看出，因为元器件生产制造加工工艺的难题，每个放电管的特性特点存有非常大差别，尤其是电流变化范畴相距很大。因而，为了更好地给优化算法制订统一的规范，给数据处理方法产生便捷，需对各控制器的性能曲线图开展归一化处理，具体做法有很多，例如能够把各控制器的电流值都解决成相对性该感应器较大工作电压（白区工作电压）和最少工作电压（黑区工作电压）的转变百分数，以使全部的性能曲线图的标准都将在0到100中间。

归一化处理后的性能曲线图如图4。由曲线图得知，这种情况放电管感应器的工作电压—偏移间距特点曲线图大部分展现三段形状：即两侧偏移黑条较远方为切线斜率较小的垂直线段，正中间为切线斜率很大的陡升段，黑条周边处底端展现小服务平台（一些感应器特点曲线图沒有展现出服务平台是由于检测点间距很大的缘故）。运用工具软件对这种曲线图开展按段平行线线性拟合，以获得可供优化算法运用的简易线性相关曲线图，結果如图所示5。

图5 线性拟合后感应器工作电压—偏移间距特点

拥有这种曲线图，便还可以按照感应器工作电压，来测算各感应器与跑道管理中心标识线相互间的间距，从而获得持续遍布的途径信息内容。在优化算法撰写全过程中，需将以上获得的感应器特点曲线图主要参数载入程序流程，做为数据库查询开展储存。

（2）预校准

充分考虑跑道差别及其感应器温漂对感应器工作电压总体转变造成的危害，每一次跑车考虑前必须开展跑道预校准，进而为下边优化算法途径鉴别一部分中的归一化处理给予精确的归一化主要参数。

在校准全过程中，跑车处在泊车情况，但感应器以及工作电压A/D变换安全通道仍在工作中，单片机设计持续纪录读取的电流值。在跑道上挪动跑车使其全部感应器均能划过乳白色的道路及其灰黑色的跑道标识线，那样单片机设计就能纪录下到该跑道上路面感应器的工作电压最高值（白区工作电压）及其极小值（黑区工作电压），为优化算法中的归一化处理给予主要参数。

（3）途径鉴别

途径鉴别（即途径信息内容获得）为控制系统的具体内容，各流程在单独决策控制周期时间内进行。

最先，在每一个决策控制周期时间中，根据A/D变换将感应器工作电压变换为数据量读取单片机设计中。

随后，运用在校准全过程中获得的感应器工作电压较大、极小值将获得的感应器工作电压开展归一化处理。

下边必须明确可以用以明确途径信息内容的合理感应器。从初始感应器特点曲线图中可以看出，曲线图在低压值处的平行度不错，切线斜率很大，与人们所选定的按段平行线实体模型比较类似，而在高电压值处则有很大误差，因而为了能确保途径信息内容精确性，必须对感应器信息内容开展挑选，采用这些所得的工作电压值百分数较小，即与灰黑色跑道标识线距离较近这些感应器。比如能够挑选工作电压百分数最少的三个感应器做为合理感应器。

然后，就必须启用感应器特点曲线图主要参数开展途径信息内容测算。从特点主要参数数据库查询中启用此前明确的合理感应器的陡升段切线斜率，感应器管理中心部位等基本参数。随后依据那些主要参数及其感应器工作电压百分数，就可以测算由每一个合理感应器获得的车体管理中心部位偏移途径标识线的间距。

最终，为了更好地可以提升途径信息内容的精确性，减少单独感应器检测及数据交换的偏差，能够将依据三个合理感应器测算获得的三个偏位间距取均值，获得比较确切的途径信息内容。

特别注意的是，那样获得的途径信息内容是车体管理中心偏位途径标识线的间距，是一个持续改变的量，不仅能在感应器处在跑道标识线上方时检测到跑道，也可以在感应器偏位标识线时得出详细的倾斜间距，因而解决了感应器空隙的“盲点”，完成了持续的途径鉴别。

难题及未来展望

持续途径误差鉴别优化算法相比一般离散变量优化算法而言，不仅具备精准定位精准、回应持续的特性，并且从理论上而言持续优化算法能够在随意数量感应器配备的自动控制系统上都确保不错的途径鉴别实际效果，为操纵的流畅性保证了很有可能。

与此同时必须强调的是，选用该优化算法时硬件开发上必须留意一些有关难题：

（1）必须按照具体途径标识图形界限度，及其感应器离地高宽比挑选适宜的红外传感器。从总体上，为了更好地确保按段线性模型的精确性，最好是选用这些感应器工作电压—偏移间距特点曲线图中陡升段切线斜率很大的感应器，但与此同时若切线斜率过大，又将促使感应器最少到最大工作电压变动的间距范畴过小，进而减少感应器信息内容的检测总宽。此外，尽可能采用特点曲线图无服务平台的感应器，以防危害途径鉴别精确性并给优化算法解决上产生不便。

（2）为了更好地确保优化算法的简易，使全部感应器可以同用一个按段线性模型，最好是可以确保全部感应器的均一性，即全部感应器的性能曲线图都具备基本相同的样子。这一点事实上难以保证，但若设记时稍稍留意，如对部件开展等级分类挑选，仍能够一部分改进难题，给优化算法完成上产生便捷。

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