紅外感測器的輸出可分為數字式與模擬式紅外感測器兩種。數字式紅外感測器具有與微處理器相對應的介面，使得硬體電路簡單，但是存在採集路徑資訊粗糙、丟失路徑資訊的缺點。模擬式紅外感測器輸出的模擬訊號，通過將多個模擬式紅外感測器進行適當的組合，可以再現賽道路徑的準確資訊。
在使用多個模擬式紅外感測器的情況下,需占用微處理器較多的ad埠。
ccd/cmos影象感測器可分為線陣式與面陣式兩種。線陣式影象感測器常常應用於系統對檢測精度有特殊要求的場合，由於具有較高的精度，一般**較昂貴。面陣式影象感測器常被應用於普通的**檢測，**較便宜。
在實際應用中，常選用面陣式影象感測器。然而，由於常用的ccd/cmos影象感測器可分為usb介面與電視訊號介面兩種型別，需要使用者根據微處理器的處理能力進行選擇。對於hcs12微控制器的處理能力，在這裡只能選用ccd/cmos影象感測器的訊號輸出格式為電視訊號。
設計方案
針對第一屆全國大學生智慧型車競賽的賽道特色，基於上述對感測器的說明，下面討論紅外感測器與ccd/cmos影象感測器的路徑識別方案。
1.基於數字式輸出的光電感測器陣列的智慧型控制
基於反射式紅外感測器的數字光電感測器陣列的路徑檢測方法具有較高的可靠性與穩定性，且微控制器易於處理。雖然本次大賽限制的感測器為16個，但是仍不足以解決精度問題，而且光電感測器本身存在著檢測距離近的問題，不能對遠方的路徑進行識別，降低了對環境的適應能力，影響了智慧型車的快速性和穩定性。
2.基於模擬式輸出的光電感測器陣列的智慧型控制
基於反射式紅外感測器的模擬式輸出的光電感測器陣列的路徑檢測方法，具有較高的可靠性與穩定性。它利用感測器對白色和黑色的反射率大小,把最大、最小值之間分為n個index區間，通過對各個感測器index值的組合基本能夠確定智慧型車的位置,從而對位置和行駛方向都能做較精確的控制。但這種方法對識別道路的計算量大，計算時間較長，且檢測距離也不是很遠[1]。
3.基於影象感測器的智慧型控制
基於ccd/cmos影象感測器的路徑檢測方法具有探測距離遠的優勢，能夠盡可能早的感知前方的路徑資訊以進行預判斷，再現路徑的真實資訊。利用ccd/cmos影象感測器的特點在小車前方虛擬出24個光電感測器，能夠精確地感知智慧型車的位置，並且硬體安裝簡單，除錯方便。
4.基於ccd/cmos影象感測器與光電感測器的智慧型融合控制
基於ccd/cmos感測器的路徑檢測方法具有探測距離遠的優勢，能夠盡可能早的感知前方的路徑資訊進行預判斷，再現路徑的真實資訊。與光電感測器陣列配合使用具有遠近結合的優勢,且具有較高的穩定性和可靠性。但是本次大賽所要求的控制核心微控制器mc9s12dg128，匯流排時鐘最高25m，無法實現高階的影象演算法和控制演算法,且硬體電路較為複雜。
將以上各方案結合mc9s12dg128 mcu的運算能力，在追求系統簡潔性的基礎上實現智慧型車控制系統路徑識別的準確性，我們選擇了基於ccd/cmos影象感測器的智慧型控制方案應用於最終的大賽。
具體應用
針對2023年第一屆「飛思卡爾」杯全國智慧型車邀請賽，我們採取了基於影象感測器的路徑識別方案.其參賽的智慧型車的整體實物**如圖1所示.
圖1 智慧型車整體實物**
全國智慧型車邀請賽指定的唯一微處理器為freescale公司的hcs12dg128b16位mcu，128k位元組的flash eeprom，8k位元組的ram，2k位元組的eeprom，2個非同步序列通訊介面(sci),2個序列外圍介面(spi)，1個8通道的輸入捕捉/輸出比較(ic/oc)增強型捕捉定時器，2個8通道、10位轉換精度的模數轉換器(adc)，1個8通道的脈衝調製器(pwm)，豐富的i/o資源，內部整合pll鎖相環，可以提高系統時鐘工作頻率。然而，s12微控制器的上限內部匯流排頻率25mhz 。在此限制條件下，將微處理器的匯流排時鐘設定為24mhz。
根據智慧型車賽道引導線與其背景的巨大反差的特點，這裡只需要選擇具有全電視訊號輸出的黑白影象感測器即可.由於所選的黑白影象感測器為pal制，故行頻為64us，場頻20ms，行同步為12us(行消隱脈衝4.7us)，場同步脈衝寬度為25個行週期(2.
048 ms)，去掉行同步時間，則每行的有效資訊時間是52us.通過將影象感測器輸出的**訊號接至**同步分離晶元lm1881的**輸入端，就可以得到行同步、場同步、奇/偶場同步訊號等，這裡只使用行同步、奇/偶場同步訊號作為微控制器進行**ad採集的控制訊號.有關於使用lm1881提取**訊號中的行、場同步訊號的電路原理如圖2所示。
圖2lm1881**同步分離電路
根據處理器mc9s12dg128進行ad取樣與轉換的時間要求，這裡我們使用24mhz的匯流排速度，這樣每採集乙個點的時間大約是2us，每行的掃瞄時間是64us，去掉行消隱與行同步時間12us，每行有效資訊時間為52us.從資料可靠性與穩定性的角度考慮，我們選擇每行採集24個點，每場採集200行，但在實際應用中，每場採取每間隔10行採集一行資料的策略，如此操作就能夠滿足控制系統的精度要求.這樣，影象感測器每場的資料變換成乙個20行、24列的乙個二維陣列.
由於微處理器hcs12dg128b的ad預設參考電壓為5v左右，而**訊號的白電平為1.2v左右、黑電平0.5v左右，為了體現白黑的巨大差異，這裡將a/d採集的參考電壓調整為1.
5v，從而使得ad採集的正常結果通常是在85～204之間.圖3給出了影象感測器所採集的部分原始路徑資料值.
圖3 影象感測器採集的直線部分的原始資料
結論 本文從感測器與路徑識別的關係出發，討論了紅外感測器與ccd/cmos影象感測器識別方案的優缺點,並從中優選出ccd/cmos影象感測器用於智慧型車的路徑識別與感測。通過將基於面陣ccd/cmos影象感測器的路徑識別方案應用於第一屆「飛思卡爾」杯全國大學生智慧型車競賽，並從眾多使用紅外感測器的參賽隊伍中脫穎而出，從而證明了該方案較紅外感測器在路徑識別中更具潛在優勢。
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