2 方案设计与论证

2.1 智能行驶方案

2.1.1寻光方案

为了检测光线的强弱，我们在小车左前方、右前方加了2只光敏传感器，即光敏电阻。光敏传感器根据照射在它上面的光线的强弱，阻值发生变化，输出电压随之变化，通过ADC0809后，得到与光强相对应的数字量，从而引导小车，向光源靠近。不同型号的光敏电阻，暗电阻及亮电阻差别较大，需根据不同参数的光敏电阻，选用不同大小的分压电阻。

光敏电阻：

光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；它的特性可以概括为：入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

光敏电阻大致可以分为表2-1几类。

表2-1 光敏电阻的分类

类型 紫外光敏电阻器 红外光敏电阻器 特点 对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。 主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。 可见光光敏电阻器 包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面

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小车行驶时，寻的是自然光源，所以本设计的寻光传感器选择上面选择了可见光光敏电阻作为光线传感器，同时也排除了红外遥控对于寻光行驶的影响。

常用的光敏电阻器有MG41~MG45系列，主要参数如表2-2所示，根据小车系统的参数和缩小体积的原则，我们选用了MG44-2型光敏电阻，该型号体积小，额定功率也能达到小车的系统要求。

表2-2 常用光敏电阻的参数

2.1.2 检障方案

2.1.2.1 传感器的比较

识别障碍的首要问题是传感器的选择，下面对几种传感器的优缺点进行说明（见表2.2）。探测障碍的最简单的方法是使用超声波传感器，它是利用向目标发射超声波脉冲，计算其往返时间来判定距离的。该方法被广泛应用于移动机器人的研究上。其优点是价格便宜，易于使用，且在10m以内能给出精确的测量。

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表2-2 传感器性能比较

传感器类型 超声波 视觉 激光雷达 优 点 格合理，夜间不受影响。 易于多目标测量和分类，分辨率好。 夜间不受影响不受灯光、天气影响。

缺 点 测量范围小，对天气变化敏感。 不能直接测量距离，算法复杂，处理速度慢。 对水、灰尘、灯光敏感。 价格贵 视觉传感器在CW系统中使用得非常广泛。其优点是尺寸小，价格合理，在一定的宽度和视觉域内可以测量定多个目标，并且可以利用测量的图像根据外形和大小对目标进行分类。但是算法复杂，处理速度慢。雷达传感器在军事和航空领域已经使用了几十年。主要优点是可以鲁棒地探测到障碍而不受天气或灯光条件限制。近十年来随着尺寸及价格的降低，在汽车行业开始被使用。但是仍存在性价比的问题。

超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，其频率超过20KHz，分横向振荡和纵向振荡两种，超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。它有折射和反射现象，且在传播过程中有衰减。利用超声波的特性，可做成各种超声波传感器，结合不同的电路，可以制成超声波仪器及装置，在通讯、医疗及家电中获得广泛应用。

所以本设计采用T/R-40-12小型超声波传感器作为探测前方障碍物体的检测元件。 2.1.2.2 测距方案的选取

当利用超声波探测器测距时常用二种方法——强度法和反射时间法，强度法是利用声波在空气中的传输损耗值来测量被测物的距离，被测物越远其反射信号越弱，根据反射信号的强弱就可以知道被测物的远近，但在使用这种方法时由于换能器之间的直接耦合信号很难消除，在放大器增益较高时这一直接耦合信号就可使放大器饱和从而使整套系统失效其原理如图2.2.1示，由于直接耦合信号的影响强度法测距只适合较短距离的且精度要求不高的场合。

反射时间法是利用检测声波发出到接收到被测物反射回波的时间来测量距离其原理，对于距离较短和要求不高的场合我们可认为空气中的声速为常数，我们通过测量回波时间T利用公式s=v×（t/2）其中，S为被测距离、V为空气中声速、T为回波时间（T?T1?T2），可以计算出路程，这种方法不受声波强度的影响，直接耦合信号的影响也可以通过设置“时间门”来加以克服，因此这种方法非常适合较远距离的测距，如果对声速进行温度修订，其精度还可进一步提高，本题中我们选用此方法。

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2.2 比较器的选择

小车对行驶状态的判定，都需要经过比较器来完成，所有的状态比较最终都转换成为电压的比较。

比较器的特点：

⑴ 工作在开环或正反馈状态。放大、运算电路为了实现性能稳定并满足一定的精度要求，这些电路中的运放均引入了深度负反馈；而为了提高比较器的反应速度和灵敏度，它所采用的运放不但没有引入负反馈，有时甚至还加正反馈。因此比较器的性能分析方法与放大、运算电路是不同的。

⑵ 非线性。由于比较器中运放处于开环或正反馈状态，它的两个输入端之间的电位差与开环电压放大倍数的乘积通常超过最大输出电压，使其内部某些管子进入饱和区或截止区，因此在绝大多数情况下输出与输入不成线性关系，即在放大、运算等电路中常用的计算方法对于比较器不再适用。

⑶ 开关特性。比较器的输出通常只有高电平和低电平两种稳定状态，因此它相当与一个受输入信号控制的开关，当输入电压经过阈值时开关动作，使输出从一个电平跳变到另一个电平。由于比较器的输入信号是模拟量，而它的输出电平是离散的，因此电压比较器可作为模拟电路与数字电路之间的过渡电路。

由于比较器的上述特点，在分析时既不能象对待放大电路那样去计算放大倍数，也不能象分析运算电路那样去求解输出与输入的函数关系，而应当着重抓住比较器的输出从一个电平跳变到另一个电平的临界条件所对应的输入电压值（阈值）来分析输入量与输出量之间的关系。

如果在比较器的输入端加理想阶跃信号，那么在理想情况下比较器的输出也应当是理想的阶跃电压，而且没有延迟。但实际集成运放的最大转换速率总是有限的，因此比较器输出电压的跳变不可能是理想的阶跃信号。电压比较器的输出从低电平变为高电平所须的时间称为响应时间。响应时间越短，响应速度越快。

减小比较器响应时间的主要方法有：

(1) 尽可能使输入信号接近理想情况，使它在阈值附近的变化接近理想阶跃 且幅度足够大。

(2) 选用集成电压比较器。

(3) 如果选用集成运放构成比较器，为了提高响应速度可以加限幅措施，以避免集成运放内部的管子进入深饱和区。具体措施多为在集成运放的两个输入端并联二极管。如图2-4 电压比较器电路所示：

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