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光电传感技术范文1
关键词：光纤；有线电视；超干线传输
前言：当前我国光纤电视不断普及，但是在具体的传输过程中，传输距离逐渐成为了制约光纤有线电视发展主要问题，这就给光纤有线电视超干线传输技术提出了更高的要求。基于以上，本文简要分析了光线有线电视的超干线传输技术。
1超干线传输技术原理
光纤有线电视超干线传输方式主要有两种形式，一种是不进行信号的频带压缩的直接PCM方式，一种是进行进行频带压缩的方式，在干线以及分配网络过程中，对于质量恶化有着一定程度的允许，因此采用频带压缩方式要更好一些，下面简要分析频带压缩方式的超干线传输技术原理。
以MPEG标准对光纤电视信号进行编码，采用计算机来对不同的编码速率进行控制和使用，实现对不同图像的传输。例如光纤电视前端对编码速率的要求为5.0-1.0Mb/s，那么演播室必须以CCIR-601要求为基准，编码的速率应当在6.5-1.0Mb/s之间进行数字压缩，只有这样才最适合电视信号的传输[1]。系统应当根据编码器的数量以及编码器的速率来多次付姐到标准的传输速率上。不同的体制所根据的标准不同，因此其得到的标准速率也不相同。光纤电视的编码流程如下：
适配输入信号由视频输入卡来完成，同时视频输入卡还承担着选取系统同步但不同分辨率编码滤波器的工作。
视频输入卡输出ITU-R-601数据，之后由视频编码卡接收，进行视频压缩。首先是对I帧进行压缩，也就是帧内压缩，对P帧的编码进行预测，对B帧的编码进行双向预测，之后进行分立余弦变换，余弦变换的系数由空间信息变化而来，在选择合适的DCT系数的过程中，采用交叉扫描的方式，之后进行传递，为了进一步减少码流中的多于部分，可以进行编码的变长工作。在码流中，采用视频编码卡加入附加码元，这就就能够保证视频信号和音频信号的同步，保证能够正确的识别解码。
音频编码卡和音频输入卡能够提供四路单音频和两对立体声伴音的编码，如果有需要，则可以再增加一块音频编码卡，实现对八路音频的编码。
2信号数据率与频带压缩
PCM方式直接对模拟信号取样、量化和编码，这就能够将模拟信号转变为高速的串行码流。在取样的过程中，根据时间间隔去除信号电平，以奈奎斯特采样定理为基础，采样的频率要比基带信号最高频率大两倍以上，以此来去除原信号锁好的信息。量化的过程就是将取样的信号电平近似成具体的数字，一般采用的方法为8比特量化法。
对与频带压缩来说，在超干线传输过程中，电视信号占据设备的带宽有着一定的严格要求，一般来说要比100MHz大，对于高清电视来说，其带宽标准应当更宽，一个信道的电视节目会占据多个模拟电视频道的带宽需求，这就增加了光纤电视的传输成本，为了降低费用，则需要采取压缩编码技术。
本文主要讨论的是基带式超干线传输比特流，主要采用的方案为时分复用方案，以此来实现对信号的压缩，从而将信号复合，这就形成了一个比特流十分高的信号，以此再经过光纤链路进行传输。经过压缩的电视信号和电信网络传输的计算机数据相同，可以利用基本的额电信设施进行传输，这就大大节约了传输成本。
电视视频数据和图像数据有着较大的冗余度，这也是对光纤电视光纤超干线传输频带压缩的重要依据，视频图像帧内的临近像素之间有着在空域上的相关性，以此来实现频带的帧内压缩。从另外一个角度来看，人类的眼睛和二段有一种不敏感性，对边缘的急剧变化并不敏感，对图像的亮度信息则敏感，对色彩有着较弱的辨别力，这就可以对一些非冗余的信息进行压缩，从而提升数据的压缩比，实现超干线传输。在超干线传输的过程中，需要根据MPEG-2标准来进行频带雅座，MPEG指的是活动图像专家小组，其主要的活动与各种数据的压缩和数据流传输相关，制定了频带压缩标准，为了与CCIR协议相适应，数字视频广播的频带压缩都采用MPEG-2作为主要标准，在室内的机顶盒设计中也以此为标准，这对于保证光纤电视音频信息和视频信息传播质量也有着重要的意义[2]。在标准中建议使用的取样模式为4：2：2模式，对色键等编辑应用的高清带宽进行保留，提升了编码器与演播室设备接口的便捷性和便利性。在MPEG标准下光纤电视图像画面的分辨率为720×480，其能够支持的视频种类多样，例如可以支持电影格式，支持16：9以及4：3的幅比等。
在MPEG-2的标准下，数据率为15Mb/s，适用于高清电视，同时在MPEG-2标准下的解码器能够实现对MPEG-1标准下信息的解码。
MPEG-2标准采用了运动补偿技术和DCT技术，其中运动补偿技术充分利用率时间的冗余度，而DCT技术则充分利用率空间冗余度，实现了良好的能量压缩功能，且成本较低[3]。
此外，可以采用自适应编码技术，这就能够进一步提升编码效率，其中的视频编码对于720行逐行扫描和1080行的间行扫描都能够进行支持，此外能够对宽范围内运动进行估计，实现前向分析，实现双向帧预测，在双向帧预测的过程中，能够对前面的帧进行分析，对后面的帧进行分析，以此来实现对当前帧的预测，这就有效提设个了压缩效率。
结论：综上所述，光线有线电视光纤超干线传输有着抗干扰能力强、稳定性强的优点，其信号传输质量不会受到传输距离的影响，因此对于光线有线电视光纤超干线传输技术的分析和研究是十分必要的。本文从超干线传输的技术原理、信号数据率与频带压缩两个方面分析了光线有线电视超干线传输技术，旨在为促进光线有线电视光纤长距离干线传输的发展作出贡献。
参考文献：
[1]宋英雄. 1550nm超干线及宽带接入光传输关键技术研究[D].上海大学，2007.
光电传感技术范文2
1 引言
潍坊广电网络省干二级干线（OTN）传输系统在2013年经过系统技术选型、设备选型和系统设计，以及新增线路、线路整治、运维管理体系优化等工作后，建设完成并投入使用。
2 技术选型与网络拓扑调整
2.1 技术选型
技术选型要综合考虑当前主流技术、业务需求，与省一级干线传输系统对接等方面，采取与省一级干线传输系统相同的技术，即DWDM+SDH技术，建设一套40波、每一波10Gbps的波分系统。
系统采用OTN（光传送网）技术，以传统的波分为基础，在光层组织网络的传输网，融合了SDH和WDM的优点。
在省二级干线传输中主要负责传输GE（千兆以太网）以上的大颗粒业务。
2.2 网络拓扑调整
2.2.1 调整的原则和目的
网络拓扑调整的原则为：所有站点必须进入环网，每个站点到两个相邻的站点的光缆线路必须在不同路由的不同光缆上，每个环上业务节点数量都尽量接近，不能超过7个。前两项保证所有站点的业务都能够有效地接受波分系统的环保护，控制站点数量可以保证较大的平均带宽，便于波分系统光功率和业务的统一规划和调度。
2.2.2 调整方法
潍坊广电原有传输系统按照光缆路由情况拓扑分为两个环和多个星形链路。东环网包括潍坊、昌邑、高密、诸城、安丘个五个站点，西环网包括潍坊、寿光、青州、临朐、昌乐五个站点，星形网络有：潍坊至寒亭、滨海、峡山、坊子四个站点。
网络拓扑调整的方法：在现有条件下进行站点连接方式的调整、适当增加一些光缆线路后进行调整，调整后把所有县级站点都接入环网。
最终建成传输网以市公司为中心站点，东西两环相切的环切网。东环网包括潍坊、昌邑、峡山、高密、诸城、安丘、坊子七个站点，西环网包括潍坊、寒亭、滨海、寿光、青州、临朐、昌乐七个站点。
3 OTN系统业务规划
3.1 基本原理
根据不同的波长间隔，WDM可以分为CWDM（粗波分）和DWDM
（密集波分）。其中CWDM的波长间隔达到20nm，DWDM的波长间隔小于等于0.8nm，由于系统容量和距离的要求，目前DWDM系统为主流应用的波分系统。
该系统采用40集波分方式（DWDM），就是系统在一根光芯中可以传输40个波长的信号（1520nm～1560nm之间）。OTN既有DWDM大容量长距离传送的功能，同时在电层具有SDH的安全与调度功能。OTN设备可实现对所承载的IP业务灵活调度，使调度和传送合一。
3.2 前期规划
前期每个环中心局到各县级站点均开通1波10G带宽波道，共6个波。每个县级站点提供2个线路侧10G光口且不能在同一块板上。潍坊中心站点同一环上的两个线路侧10G光口也不能在同一板上，做到板件和线路的1+1保护。
前期每个县级站点客户侧开通8GE业务。潍坊分公司新建思科IP播控平台，增加的IP传输的数字电视信号，通过MPEG-over-IP封装技术将所有数字电视节目封装与若干个GE，通过OTN系统的GE通道送到各分公司前端，采用SNCP（子网连接保护，业务从中心站点通过交叉板从环网两个方向同时发送，在各县级站点进行选收）保护，下传到各县级站点。
3.3 后期扩容
根据个别分公司要求，开通1波10G带宽波道，客户侧开通10GE通道作为互联网出口备用通道。
3.3 东西环网波道规划（如表1）
4 运维管理和配套系统的完善
4.1 机房部分
省二级干线传输系统建设前期，市公司对各县（市区）分公司前端机房进行了一次工勘，统计了各机房的环境和传输系统的配套设施情况。随后对各机房基础配套设施（包括机房的基础环境、安装条件、空调、机柜、桥架、ODF架、配电等）提出了具体要求。
考虑到各个县级分公司机房原有48V电源老化和容量小或者没有48V电源等问题，为保证OTN设备正常运行，新上中兴通讯公司的ZXDU68 T301型号电源模块及配套蓄电池13套作为OTN设备的电源供应。
另外，市公司还对各机房人员加强培训，并制定了《OTN日常管理维护制度》，有利保障了设备的稳定安全运行。
4.2 线路部分
（1）为了实现把滨海区、峡山区、坊子区、寒亭区纳入OTN传输环网的需要，新敷设光缆72公里，其中峡山至昌邑16公里，峡山至高密8公里，寒亭至滨海36公里，潍坊至坊子12公里。保证了各个站点都有两条不同路由下传的信号到各分公司。
（2）投入大量人力对省二级干线潍坊广电长途传输网光缆线路进行全面整治改造工作，更换了大量光缆，排除损耗大的故障点，最终实现光缆线路在1550nm平均损耗不大于0.25db/km，完全达到省公司规定不大于0.275db/km指标要求。
（3）对承载光缆线路的潍坊广电长途传输网杆路路由进行维护和改造，更换钢线近110km。
4.3 后期系统完善和运维工作优化
4.3.1 后期系统完善
前期OTN传输系统存在问题：
（1）中心局原有交叉子架，槽位占用率较高，导致机框发热量较大，存在设备运行风险。
（2）东西环业务都在一个交叉子架上，共用同一子架背板，存在重大安全隐患。
从网络安全角度考虑，针对东西环业务子架布放，市公司提出了增加一个交叉子架，东西环业务子架分离解决方案。通过实施方案最终既解决了槽位占用率较高，机框发热量较大问题，也降低东西环业务都在一个交叉子架上运行存在的安全运行的隐患。
4.3.2 运维工作优化
现各分公司前端数字电视信号除了几套本地节目外，全部都是由省二级干线潍坊广电网网络（OTN）传输系统下传到各分公司。省二级干线的重要性不言而喻。
市公司采取以下措施加强二级干线的传输运行安全：
（1）加大省二级干线改造力度，逐步更换老旧线杆和光缆。
（2）全市范围内普查外挂光缆情况，净化杆路，规范省二级干线的建设、维护和使用方法。
光电传感技术范文3
关键词：物联网专业；传感器技术；教学改革
当前，物联网在国内得到了广泛的应用，教师要针对物联网专业的人才培养目标来设计制定相应的课程，其中传感器技术课程是物联网专业的核心课程。以往高职院校的传感器技术这门课程在教学中过多地倾向于传感器原理的介绍，关于测量电路的分析以及传感器的应用实例也多为理论分析，实践机会较少。目前，大多数院校尝试对这门课程进行改革，笔者也针对传感器技术课程教学改革谈几点意见。
一、课程教学内容的调整
高职物联网专业更注重学生应用能力的培养。物联网应用以电子标签技术、传感技术、中间件技术及网络和移动通信技术为支撑。传感器是构成物联网的基础单元，是物联功能的前提，根据物联网专业的知识结构，传感器技术课程教学内容也需要更新。
1.课程内容主线的确定
目前传感器技术这门课程教学内容安排主要是两种：一种按传感器类别划分讲解测量原理，另外一种按被测量的类型来划分讲解测量原理及应用情况。传统的传感器种类已有几十种，并且新功能传感器还在不断推出，随着物联网的不断发展，新知识还要及时补充到课程里去。按照被测量的类别来划分教学内容更易于拓展学生的思维。提出一个被测量物后，教师可以提供几种典型的传感器，简要分析它们的测量原理，然后引导学生根据不同类别的传感器来思考相应的测量方案，分析几种方案的优缺点，考察传感器的工作特性。这样的教学内容安排更灵活，使学生明白传感器提供的是检测手段和方法。
2.光电传感技术
光电传感技术以光电传感器为核心器件，用光电的方法对某些物理量进行信息转换。近年来，光电传感技术发展较迅速，并且光电传感器与其他传感器相比，具有明显的优越性，是一种应用极其广泛的传感器件。物联网技术中较多使用光电传感器节点，所以在课程的教学内容中应加强光电传感技术的介绍，它主要包括典型光电器件、红外传感、激光传感、光纤传感、光栅传感及图像传感技术等方面的内容。
3.传感器网络与节点
物联网应用实现的是对感知获取的数据进行分析和处理后，能有针对性地对标的物进行连续控制、整体控制、动态控制、有效控制。它是一个完整的、流程化的全自动控制过程，因此用来感知数据的“感知层”作为物联网的底层应该做到“全面感知”。另外，智能传感器的开发和大量使用，导致了在分布式控制系统中对传感信息交换提出了许多新的要求，单独的传感器数据采集已经不能适应现代控制技术和检测技术的发展，取而代之的是传感器网络。物联网专业的传感器技术课程中需要重点讲解传感器网络，包括传感器网络的结构、信息交换体系、通信协议、OSI开放系统互连参考模型等都是需要补充的内容，其中无线传感网络、传感器节点的设计是教学重点。无线传感网络是由大量移动或静止传感器节点，通过无线通信方式组成的自组织网络，它的结构和应用是本课程中的重点。传感器节点的设计主要包括传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源模块设计。因为我院自主开发了物联网实验台，并且自行设计了几个典型的传感器节点，所以正好可以作为教学案例，让学生了解传感器节点的主要模块的功能和设计。
4.实训项目
以往的传感器技术课程中实训项目并不多，学校购买的传感器实验台以传统的传感器实验为主，现在学校新建立了物联网实验基地，其中包含物联网传感器实训室，新增了光电、红外、光纤、超声、图像、指纹等新型传感器，实训项目明显增加。另外，学校自主开发的典型传感器节点就可以作为“传感器网络”部分的实训项目。
二、整合教学方法，注重教学效果
采用以学生为主体、教师为主导的现代教学模式，发挥了学生的学习主体作用，利用情境、协作等学习环境激发学生的学习兴趣，挖掘学生的学习潜能和创新能力，最终达到使学生掌握知识和技能、提高综合素质的目的。
1.多种教学方法综合运用
课堂教学中，教师要改变单一的教学方式，结合多媒体、传感器实物来教学，淡化理论推导，注重应用实例。实训教学中，教师要采用“任务驱动”教学方法，基于学校已有的实训设备，安排典型“任务”，并引导学生由简到繁、由易到难、循序渐进地完成一系列“任务”。在完成“任务”的过程中，培养了学生分析问题、解决问题的能力，大大提高了学生的学习效率。
2.细化考核方式
为提高教学质量，保证教学的有效性，教师必须全面了解教学目标的完成情况，并且以此为据及时调整教学过程。教师还应重视学生平时所学知识和能力的检查和测试，及时做好每个学生的学习情况记录，学生的总评成绩包括平时成绩、理论考核、实训考核。其中，理论考核的比例可适当降低，实训考核的比例要提高。
光电传感技术范文4
雅百特(002323)12月19日晚间公告，包括公司董事长陆永等在内的6名董事、2名独立董事、3名监事及董秘均辞职。辞职后，陆永等8人将继续在公司任职，公司表示，目前公司经营一切正常，正积极进行整改。注：就雅百特以虚构海外工程项目粉饰财务报表的信披违法案件，相关当事人于12月15日收到监管层《市场禁入决定书》、《行政处罚决定书》。同时，对雅百特责令改正，给予警告，并处以60万元罚款。
亨通光电与洛克利共同投资25/100G硅光模块项目
亨通光电(600487)19日晚公告，公司与英国洛克利硅光子公司共同出资，设立江苏亨通洛克利科技有限公司，从事25/100G硅光模块生产销售。亨通洛克利注册资本1400万美元，亨通光电出资1051.4万美元占比75.1%。此外，公司还公告，与中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室共同合作设立亨通光电传感技术研究院有限公司，从事物联网用光电传感器的研发。
恒锋信息：社保基金会划转1.54%公司股份 中比基金持股增至5.56%
莎普爱思: 控股股东拟增持
联创光电: 实控人完成增持计划 康恩贝控: 股股东完成增持计划
象屿股份：控股股东拟增持0.5亿元-2亿元
天坛生物：控股股东拟增持不超2%股份
日机密封：控股股东拟增持1%至2% 8名董监高人员**不减持 览海投资：控股股东拟增持0.3亿元-1.2亿元
太极集团：控股股东已累计增持1%股份
赛轮金宇：副董事长拟增持1000万股至2000万股
跨年行情很快来了，市场调整完后就是跨年度红包行情。
红包股猎豹已经选好了：
第一，正宗5G行业个股
光电传感技术范文5
[关键词]卷接包设备；视觉传感技术；有效运用
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）23-0198-01
因为现在大多数工厂都由手工转化为机械智能化，有的是在半制动化的情况，其中卷烟包装技术在近年的发展也是突飞猛进的。如果在卷烟领域中我们把计算机技术应用进去，就可以将卷烟包装的整个生产线联系起来，最终可以实现一个系统的的制动化生产线，下面我们就对卷烟包装机工作中的问题以及发展对其进行阐述。
一、原有卷接机生产过程中出现的问题
我们以前传统的卷烟包装机设备在工作的过程中，会出现很多的问题。你像在把生产出的烟，由输送皮带输送到包装机的过程中，因为卷烟机和翻盘等问题，经常会发生横烟和乱烟的现象，因为是机械皮带的传递方式，如果其间的工作人员对这个问题没有上心，或者因为工作的疏忽而没有及时的进行清理，那么对卷烟的质量会是一个非常大影响。严重的话还会产生包装机烟库下烟道堵塞，进而会影响设备的运行，最终其工作效率就会下降，这些问题一直是困扰卷接包激技术上的问题，所以随着技术的发展，现在人们在卷烟包装机上安装了电子眼，用上这种电子眼，对监控范围内的烟都能做到有效的监控，假如在卷烟传递的时候，出现了混淆等问题，就会被电子眼及时的检测到，就会及时的发出报警，在实验应用的过程中，对卷烟包装的效率有了很大的提高，具体的设计如下图所示：
二、视觉传感技术在改善横烟和乱烟现象的工作原理
这种横烟检测装置是安装在RTS的前面的，也就是说需要卷的烟支，是在翻盘机械的作用下进入RTS中的，这样当要卷的烟支经过安有传感器的横烟检测器上的时候，就能够及时的检测到这些横烟，通过横烟的颜色不同，横烟检测器就可以对这些横烟进行判断和检测，烟检测器里的最关键的技术就是安装有一个颜色传感器，这种传感器主要有七个主要的原始数据，这些原始数据可以对不同效果的装置进行检测，而且对颜色还会有一定的记忆能力，所以如果在卷烟包装的过程中发现问题，就会对出现的错误进行快速的判断，仅仅就是通过外部的信号，就能够快速的对不同产品进行转换。在横烟检测装置上，我们所安装的光电传感器是带有光传感功能的，在其工作中，捕捉高达数千计的像素是其最强大的功能，而且这种电路元件的质量非常高，不仅能够保证图片的清晰度，而且图片的细腻度也是一般的电路元件所无法比拟的，而且还因为其分辨率非常的精确，所以只要有不合格的产品经过的时候其就会立即做出报警的信号。通过这种以像素来判断卷烟质量的技术现在已经被广泛的推广和应用了，而且现在大多数的卷烟包装公司都在使用这种光线传感器。在工作中，只要光电传感器所捕捉到的横烟像素的颜色和之前输入的内部的基本图像像素不符，其就会发出报警，从而达到质量检测的目的。除了卷烟行业，而在很多其他行业中，其优点就不多说了，但是因为其应用的成本是比较高的，所以对其的运用，大多数厂商都是比较小心的。因为在具体的使用安装中，对摄像头的应用量是非常大的。需要有定制的软件，还需要设置一台专的计算机用于监控的操作，这些可以确保粘贴的商标，准确无误的都能贴到移动的横烟上。
三、视觉传感技术在卷烟包装机中的有效运用
我们要想提升卷烟包装机器的工作效率，我们就需要提高包装工厂的自动化还有在包装等一系列过程中和途径上的自动化问题，这才是能够达到提高卷烟包装机的效率的目的，而从本质上来说，这种自动化的实现，其实就是一种对运送中的卷烟的一种真正意义上的监控方式。如果要达到以上这些目的，视觉传感技术的应用在这里面是非常基础的第一步，了而模仿人类的视觉观察效果，进而来实现机器自动化技术就是我们的关键第二部的主要内容。因为这项技术的要求相当的精确，而且这种模拟技术比较复杂，所以和其他的方法性比较，其成本高出了很多，所以，所以机器视觉是实现工厂里的自动化和过程中的自动化的基石。它是真正意义上的自动化的基础。它的有效落实，对产品的质量是一个很好的保障，除了我们上面介绍的传感器以外，还涉及到一些镜头，镜头的关键就在镜头的结构和控制，当下我们已经应用上了有一定可行性的镜头，而且已经代替了人工操作的形式。根据物体所在具体环境的不同，都能匹配各种的物体，而且匹配的程度也是非常高的，无论是尺寸，颜色，还是其他的各种参数，都能够灵活的的适用，这个技术在实际中的可行性，把工作中的效率大大地提高了，减少了因为人工自动化工作的不稳定因素，对卷烟过程中所带来的种种不利的影响，这些先进技术的应用，对于机器视觉的整个产业行业来说，目前在我们国内是比较先进的。现在在国际上，很多公司都已经将各种机器的元件信息存进了公司的数据库，对图纸通过三维码模拟技术进行数字化了以后，就可以直接的在电脑里，把机器的元素和电脑相结合，进而模拟出一种三维的立体模型，这样横烟，乱烟的现象就逃不出它的法眼了。
总结：通过我们以上的分析和总结，相信大家对视觉传感技术在卷烟包装机中的应用都有了深刻的了解，也就是说，如果企业在机台上，安装了视觉传感技术检测装置后，基本上就可以杜绝包装中出现横烟和乱烟的现象，所以说视觉传感器的未来是一片光明的。
参考文献
[1] 沈继斌H条烟装封箱机的工作原理I＼JH包装与食品机械.2006.
光电传感技术范文6
基金项目：中南大学本科生自由探索计划项目(Z12029);中南大学大学生创新训练计划项目(CL12294)
作者简介：施鹤远（1993―），男，湖南安乡人，学士生，研究方向：电气自动化。
文章编号：1003-6199(2014)02-0112-03
摘 要：研究基于Cortex-M4芯片的智能车路径识别最优化方案，选用光电传感器作为路径识别的传感器，结合路径识别算法和控制算法对智能车的坡道、速度和停车位等进行优化配置。制作的小型光电智能汽车，通过增加传感器和改进算法实现了路径识别，使小车循着赛道轨迹行进，在遇到坡道、障碍时能够自动作出响应。实际运行结果验证了所做研究的有效性。
关键词：CortexM4;光电智能汽车;路径识别
中图分类号：TP273+.2文献标识码：A
お
Study on Path Identification Optimization of Photoelectric Intelligent Vehicle Based on CortexM4
お
SHI Heyuan,PENG Kai,SHENZhengwei,LINan,LIYin,WANGJik
(School of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha,Hunan 410075, China)
Abstract:The paper studies the optimization scheme of the intelligent vehicle path identification based on CortexM4, adopts photoelectric sensor for path recognition, combined with the path recognition algorithm and control algorithm of the intelligent vehicle ramp, speed and parking space allocation. A small photoelectric intelligent car was produced, by increasing the sensor and the improved algorithm to achieve the path identification, the car on the track path, in the face of the ramp, obstacles to automatically respond. The actual results validate the research efficiency.
Key words:CortexM4;photoelectric intelligent vehicle;path identification
1 引 言
智能汽车是主要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶的汽车。无人驾驶汽车集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物。目前国内对于无人驾驶车辆主要有三大系统支撑：环境感知系统，定位导航系统，控制系统。智能汽车自主通过程序实现驾驶，给人们的出行安全带来更大的保障。其技术涵盖智能控制、模式识别等学科前沿的热点研究领域，研究与应用具有巨大的理论和现实意义。20世纪70年代开始，美国、英国、德国等发达国家开始进行无人驾驶汽车的研究，目前在可行性和实用化方面都取得了突破性的进展。美国在无人驾驶技术上应该是全球走得最远的国家，他们在2004年、2005年就已经举办过智能车挑战赛。我国从上世纪80年代开始着手无人驾驶汽车的研制开发，虽与国外相比还有一些距离，但目前也取得了阶段性成果。
由教育部高等学校自动化专业教学指导委员会主办的飞思卡尔杯全国大学生智能车竞赛，已列入教育部主办的全国五大竞赛之一，涵盖了控制、电子、电气、传感技术、计算机、模式识别、机械等多个学科的专业知识，极具挑战性。竞赛使用Freescale半导体公司的微控制器作为核心控制模块，通过增加电源管理模块、路径识别模块、车速检测模块、电机驱动电路、舵机转向控制及编写相应软件，制作一部能够自主识别路线的智能车，并在专门设计的跑道上自动识别道路行驶［1］。
目前能够用于智能车路径识别的传感器主要有光电传感器和CCD/CMOS传感器，光电寻迹方案的优点是物理结构简单、信号处理速度快，但是前瞻距离有限；摄像头方案的优点是能更早感知前方路径信息，但是信号数据处理较为复杂。由于路径识别在整个控制系统中占重要地位，而且路径识别的精确程度与传感器的选择和数量有直接联系，因此本文针对光电传感系统，讨论路径识别解决方案。
2 系统设计方案
智能车硬件系统如图 1所示，主要包括控制核心(CortexM4)、电源模块、路径识别模块、车速检测模块、电机驱动电路、舵机转向控制模块。
ネ1 智能车系统结构オ
控制芯片选用基于CortexM4高速内核的低功耗处理器，它可以内嵌实时操作系统，和传统的控制方式相比，外设资源更丰富，可满足各类传感器通讯需求，性能更好。CortexM4内核还带有单精度浮点运算单元(FPU)，数据处理能力更强。整车利用CortexM4作为核心控制单元，利用车体前方的光电传感器作为路径识别的传感器，经MCU的I/O处理，控制车体的运动，同时内部模块发出两路PWM波，驱动直流电机对车体进行加减速控制和驱动伺服电机对车体进行转向控制，完成转向、前进、制动等功能，使智能车在赛道上能自主行使。
光电传感器用于检测路面信息，其原理是由发射管发射一定波长的激光，经地面反射到接收管。发射管发射的激光具有一定的方向性，当激光照射到白色表面上时会有较大的反射，如果距离的取值合适，接收管可接收到反射回的激光，再利用红外接收管的电气特性，在电路中处理激光的接收信息；如果反射表面为黑色，大部分红外光会被表面吸收，接收管就难以收到激光。这样，就可以利用红外收发管组成的光电传感器检测赛道黑线，实现智能车的路径识别。由于采用这种机理，实际的比赛或者测试中同样需要对赛道进行合理设计。
计算技术与自动化2014年6月
第33卷第2期施鹤远等：基于CortexM4的光电智能车路径识别最优化研究
3 路径识别算法设计
3.1 跑道设计
跑道的设计应模拟现实世界。在尽量不改变现实世界中公路的前提下，增加智能车所必须的各种标志，要能够完成车子直道不跑偏、弯道能够顺利转、能根据限速信息限速、在交叉口可以自主选择道路等要求。例如采用将跑道抽象为白色，跑道两边粘贴黑色胶带标志跑道边缘，在需要限速的跑道中央连续贴若干不同宽度的黑胶带，交叉口提前引出黑线，十字交叉口全部空白等的设计方法。
3.2 跑道识别
主控模块需能根据激光模块撒到跑道上的点所接收到的状态值判断出跑道的类型，识别跑道类型是主控模块给定各执行机构控制量的依据。跑道类型包括直道、弯道、十字交叉口、普通交叉口、坡道、限速段、停车位等。
将激光分射在赛道两边，同时获取赛道两边的信息。后排传感器有18个发射单元，6个接收单元，我们使用的是1对3的策略。由于激光点间距2CM，故将18个点分为两组，每组9点，使其中5个点在赛道白板上，余下4个点在黑线外面或黑线上。分布示意图见图 2。
赛道位置获取方案［2］~［4］：首先得到前排激光模块接收到的路面信息的18位数据，0代表白色，1代表黑色。通过分阶段穷举算法得到道路偏转方向及偏转角度。具体算法是：
1）将18位数据分为2个9位数据，分别代表左侧信息和右侧信息；
2）再将左侧9位数据3个3位数据，分别穷举3位数据可能的状态。考虑到在道路上的情况，每个点依次有1、2、4种穷举状态。因此9位数据一共需要7*3=21次穷举即可列举尽所有道路信息，列举过程中赋予相应左侧偏差值；
右侧9位数据列举过程类似步骤②，并赋予相应右侧偏差值。
图2 激光点分布图オ
3.3 其它模式识别与控制
坡道：主控模块需能根据激光模块测到前方的点所接收到的状态值判断出前方一定范围内是否坡道。在程序中设置有标志位，若标志位为1，则转入坡道程序进行处理。
限速：主控模块需能根据激光模块测到跑道中央的点所接收到的状态值判断出跑道是否限速，如有，则根据限速值降速行驶，否则自动选择适当的速度行驶。
停车位：主控模块需能根据激光模块测到跑道中央的点所接收到的状态值判断前方是否有停车标志位，如有，则迅速停车。
转弯：主控模块根据激光模块所接收到的跑道状态的偏差来控制转向舵机的控制值以决定前轮转角转角大小，同时给电机控制部分适当的减速，达到转弯的最优路径，使车辆不会冲出跑道，从而使车子在跑道上始终以最优路径行驶。
其中主要是采用智能模糊控制［5~8］。根据获取的赛道信息数据分析有4种情况：①左右信息均非白；②左右信息全白；③左侧信息全白，右侧不为全白；④右侧信息全白，左侧不为全白。
模糊变量选择如下：
1)偏差E为|Br-Bl|，偏差变化率ΔE=|Br-Bl|-|PreBr-PreBl|；
2)偏差E为前20次E的平均值，偏差变化率ΔE为前20次ΔE的平均值；
3)偏差E为Br，偏差变化率ΔE=Br-PreBr；
4)偏差E为Bl，偏差变化率ΔE=Bl-PreBl。
速度：主控模块根据激光模块接收到的跑道类型以及摇头舵机当前转角与理想转角的偏差来控制当前所需的速度，采用PID算法，并能做到加速及时、减速迅速、需要匀速行驶时速度变化在较小范围内。
定位导航：主控模块在识别到十字交叉口时需能根据激光采集赛道信息，当接收管全能接收到信号时，十字弯标志位置位。在识别起跑线是主要采用跳变法，当下排左右两侧同时出现1次以上的跳变（由白到黑或由黑到白）时，便将起跑线标志位梦弧＊
4 实验结果
搭建模拟现实环境的高逼真赛道和硬件稳定、机械精简安全的高性能智能汽车模型，智能汽车能高速稳定安全的运行完整个赛道，并顺利完成蔽障、停车等功能。硬件方面设计好控制电路PCB板并交付工厂加工制作，同时留有一定的余量。传感器的调试需要考虑前瞻性和精确度，方便采集和接收赛道信息，使用IAR System出品的编译器IAR以及硬件程序下载器――JTAG来开发智能小车的软件系统，并通过程序改动来控制小车的运行情况。基于此，开发了一套适合智能汽车运行的最优化的路径识别控制方案，通过调试和改良，具有很高的可移植性和兼容性。
5 结 语
基于Cortex-M4的光电智能车路径识别是近些年来重要的研究方向。本文基于课题Z12029和CL12294，介绍了该研究的概念、方法和应用领域，提出了路径识别的新型研究，接着，阐述了该研究的主要内容和研究方法。该研究使用飞思卡尔32位微处理器做主控芯片，处理速度快且较为准确，通过激光采集赛道信息转变为电压信号，稳定性较好，接受信息量大。同时位置控制算法使用分段综合模糊化采集信息对相关的研究有一定的指导性，跳变法的使用是该研究的一个亮点，对于任何传感器都是适用的，基于此识别起停跑线出错率减少。此外速度控制主要采用PD控制算法，能有效消除抖动，并预测下一步的动作。实际运行结果验证了所做研究的有效性。
参考文献
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［6］ 王击, 罗安, 蔡自兴. 智能控制在时滞系统中的算法研究［J］. 基础自动化,2001,8(6):4-6.
