激光扫描原理的路径检测方案 第3页
至此硬件电路完成了对引导线的检测与波形处理。
软件实现
将激光扫描器安装在小车的正上方，使扫描线中心点位于车身的轴线上。改变小车轴线距引导线中心的位置y，记下脉冲信号相对于同步信号的偏移位置x，测得一组数据。用最小二乘法拟合可得出y与x的对应关系：
y=k×(x+ref ) (1)
其中直线斜率k与零位偏移ref的值与扫描器安装的位置有关。此外，测量脉冲信号(图3中CH4)宽度，可知此宽度与引导线的宽度成比例关系。
激光扫描器输出两个信号：同步信号与脉冲信号。同步信号用于指示每一个扫描周期的起始位置，而脉冲信号代表了扫描到的引导线信息。因此，可由这两个信号计算出小车当前相对于引导线的位置偏移。
由公式1可知，要得到小车的位置偏移y，必需先确定零位偏移ref及直线斜率k。故在软件中设置自动校准环节：零位校准与斜率校准。具体流程如下：
首先将小车置于赛道中心，程序计算当前的x值，则零位偏移值ref = -x。然后，将小车平行移至一固定位置y(如引导线右方12cm)，程序计算当前的x值，则斜率k = y / (x +ref)。至此校准环节完成。
要计算脉冲信号中心点相对于同步信号中心点的偏移量x，需要得到脉冲信号上升沿时刻s0、下降沿时刻s1，同步信号起始时间t0、同步信号结束时间t1，则有
x=(t1-t0)/2-(s1-s0)/2 (2)
要获得以上参量，最好方法是利用DG128的输入捕捉功能(ECT)。DG128总共包括8个输入捕捉通道，当任意通道的捕捉事件发生时，ECT即将当前的计数器值锁存到相应通道的输入捕捉寄存器。可以使用通道0作为同步信号输入端，通道1作为脉冲信号输入端。将通道0，1均设置为中断允许、任意跳变沿捕捉的方式。脉冲信号中断程序流程图如下：
如图7，index用于保存脉冲个数(可能检测到多个目标)，每次同步信号发生跳变后index被清零，表示一个扫描周期的开始。脉冲信号产生跳变时，即进入此中断程序，首先读取输入捕捉寄存器的值(即跳变发生的时刻)、之后判断此跳变是否为本次扫描周期内的首次跳变(index是否等于0)，若是，且本次跳变为下降沿，则忽略并退出中断;若首次跳变为上升沿，则将此次跳变的时刻存入数组s0[index]。假如并非首次跳变，若该跳变为上升沿，则将跳变的时刻存入数组s0[index];若为下降沿则存入数组s1[index]，并将数组索引号index自加，以准备保存下一脉冲。
如图8，同步信号产生跳变时，表示上次扫描周期完成。进入中断程序，首先记下此次跳变的时刻t1，并获知当前为高电平或低电平，用于确定当前扫描方向;计算上次扫描周期内检测到的所有脉冲宽度，由于引导线宽度固定，而污损、缝隙等产生的脉冲往往宽度很小，可以设置一个合适的阈值，将可能存在的干扰脉冲滤除;由公式(2)与公式(1)计算出小车距引导线的偏移量;最后，将t1的值赋予t0，作为下一扫描周期的起始时刻。
结语
至此，激光扫描器实现了路径检测功能，并成功地应用在我们的智能车上。这种开创性的扫描检测方式，带来了大前瞻、连续的路径检测效果，前瞻距离可以超过70cm，检测精度可达到1mm，使光电管方案产生了突破性的进展。若采用多个扫描器组成多条平行的扫描线，则理论上可得到与CCD相媲美的路径检测能。此外，本文介绍的实现原理，也完全适应于CCD方案，CCD的行同步信号相当于本文中的扫描同步信号，CCD输出的模拟视频信号，相当于本文中的光电信号，利用相同的电路原理，配合DG128的ECT功能，可以用最少的CPU时间开销和内存开销，达到理想的路径检测效果。
参考文献毕业论文
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