道路施工車的路況自動識別系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種道路施工車的路況自動識別系統(tǒng)，包括下位機和上位機，該下位機連接有超聲波測距系統(tǒng)和光電傳感器電路，該上位機連接有攝像頭和路徑規(guī)劃與控制系統(tǒng)；采用超聲波測距系統(tǒng)檢測在有效范圍內(nèi)是否有障礙物，判斷是否需要轉(zhuǎn)彎，并判定方向或避障；采用光電傳感器電器控制施工車輛在安全的范圍內(nèi)行駛并實時糾偏；采用攝像頭采集環(huán)境圖像信息，由下位機進行超聲波檢測信號和光電傳感器檢測信號的處理，由上位機進行數(shù)字圖像處理，給出施工車輛的路徑規(guī)劃與控制信息。
【專利說明】道路施工車的路況自動識別系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及自動檢測領域技術，尤其是指一種道路施工車的路況自動識別系統(tǒng)?！颈尘凹夹g】
[0002]由于基于路況識別的控制算法和控制策略對車輛的自適應控制效果和車輛的安全性能夠起到明顯的改進作用，所以實時路況識別技術近年來在國外得到了一定的發(fā)展，研究者們研究出多種不同的方法實現(xiàn)對路況的識別。隨著汽車保有量的迅速增加，交通安全問題日益突出。障礙物信息獲取是路況識別的重要功能之一，也是行車安全不可或缺的基本條件。前方行駛的車輛是最常見的障礙物，利用路況識別技術實時、有效地獲取前方車輛的信息是保持安全車距，防止發(fā)生碰撞事故，保證行車安全的先決條件。
[0003]通過試驗儀器來直接對路面的附著系數(shù)進行測量是一種最簡單的方法。20世紀70年代在英國、瑞典等國家就己經(jīng)有了可以測量路面附著系數(shù)的設備，經(jīng)過多年的發(fā)展不斷得到完善，其種類和測量原理也不盡相同。但測定道路附著系數(shù)的試驗存在可重復性差、成本較高及影響因素多等問題，給精確確定附著系數(shù)造成了一定困難。
[0004]有研究人員將光學傳感器裝備在汽車的前部，通過對地面反射光進行頻譜分析來對路面進行評估，便于汽車的控制系統(tǒng)采取相應的策略。但光學傳感器對工作環(huán)境的要求較苛刻，且受外部影響的因素較多，使用存在局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在之缺失，其主要目的是提供一種道路施工車的路況自動識別系統(tǒng)，由車載超聲波測距模塊、光電傳感器檢測模塊和圖像采集與識別模塊組成的路況檢測與識別系統(tǒng)，使用方便，性能可靠，提高駕駛的安全性。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下之技術方案:
一種道路施工車的路況自動識別系統(tǒng)，包括下位機和上位機，該下位機連接有超聲波測距系統(tǒng)和光電傳感器電路，該上位機連接有攝像頭和路徑規(guī)劃與控制系統(tǒng)；采用超聲波測距系統(tǒng)檢測在有效范圍內(nèi)是否有障礙物，判斷是否需要轉(zhuǎn)彎，并判定方向或避障；采用光電傳感器電器控制施工車輛在安全的范圍內(nèi)行駛并實時糾偏；采用攝像頭采集環(huán)境圖像信息，由下位機進行超聲波檢測信號和光電傳感器檢測信號的處理，由上位機進行數(shù)字圖像處理，給出施工車輛的路徑規(guī)劃與控制信息。
[0007]優(yōu)選的，所述下位機選用80C196KC單片機。
[0008]優(yōu)選的，所述超聲波測距系統(tǒng)包括連接于下位機的超聲波換能器和收發(fā)器，超聲波換能器分為發(fā)射器和接收器兩種；由發(fā)射器和接收器控制超聲波的發(fā)射與接收，由下位機完成確定超聲波換能器的輪流工作順序、發(fā)射時間控制和將返回值送給控制系統(tǒng)。
[0009]優(yōu)選的，所述超聲波換能器和收發(fā)器有四組，分別安裝于施工車輛的左前方、右前方、左后方和右后方，各收發(fā)器通過多路選擇開關連接下位機。
[0010]優(yōu)選的，所述光電傳感器電路包括連接于下位機的發(fā)光元件和接收元件，發(fā)光元件發(fā)出紅外線，利用接收元件檢測反射光的強度并判斷施工車輛在道路中的位置，然后把檢測信號送入下位機。
[0011]優(yōu)選的，所述發(fā)光元件使用紅外線LED，接收元件使用光電二極管。
[0012]優(yōu)選的，所述攝像頭為USB攝像頭。
[0013]優(yōu)選的，所述上位機安裝有圖像采集與識別系統(tǒng)，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡算法來進行不同光照下、各種陰影中及模糊臟污路徑的識別，判斷出道路中的道路信息和障礙物信息，并傳送給路徑規(guī)劃與控制系統(tǒng)進行計算。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果，具體而言，由上述技術方案可知，本文在傳感器技術應用的基礎上，結(jié)合微機控制原理和數(shù)字圖像處理技術，以模塊化的思想設計了由車載超聲波測距模塊、光電傳感器檢測模塊和圖像采集與識別模塊組成的路況檢測與識別系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用方便，性能可靠，道路施工車可以實時監(jiān)控路況，為駕駛員提供參考，提高駕駛的安全性。
[0015]為更清楚地闡述本發(fā)明的結(jié)構特征和功效，下面結(jié)合附圖與具體實施例來對本發(fā)明進行詳細說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明之實施例的系統(tǒng)工作原理框圖；
圖2是本發(fā)明之實施例的4路超聲波測距系統(tǒng)結(jié)構框圖；
圖3 (a)是本發(fā)明之實施例中超聲波測距子程序流程圖；
圖3 (b)是本發(fā)明之實施例的中斷服務程序框圖；
圖4是是本發(fā)明之實施例的光電傳感器原理圖。
[0017]附圖標識說明:
10、下位機11、超聲波測距系統(tǒng)
111、多路選擇開關111112、收發(fā)器112
12、光電傳感器電路20、上位機
21、攝像頭22、路徑規(guī)劃與控制系統(tǒng)
【具體實施方式】
[0018]請參照圖1所示，其顯示出了本發(fā)明之較佳實施例的具體結(jié)構，包括下位機10和上位機20，該下位機10連接有超聲波測距系統(tǒng)11和光電傳感器電路12，該上位機20連接有攝像頭21和路徑規(guī)劃與控制系統(tǒng)22 ;采用超聲波測距系統(tǒng)11檢測在有效范圍內(nèi)是否有障礙物，判斷是否需要轉(zhuǎn)彎，并判定方向或避障；采用光電傳感器電器控制施工車輛在安全的范圍內(nèi)行駛并實時糾偏；采用攝像頭21采集環(huán)境圖像信息，由下位機10進行超聲波檢測信號和光電傳感器檢測信號的處理，由上位機20進行數(shù)字圖像處理，給出施工車輛的路徑規(guī)劃與控制信息。
[0019]所述超聲波測距系統(tǒng)11包括連接于下位機10的超聲波換能器和收發(fā)器112，超聲波換能器按功能分，可分為發(fā)射器和接收器兩種；發(fā)射器和接收器用來控制超聲波的發(fā)射與接收；所述下位機10選用80C196KC單片機，以80C196KC單片機作為超聲波測距系統(tǒng)11的控制器，主要完成確定多個換能器的輪流工作順序、發(fā)射時間控制和將返回值送給控制系統(tǒng)。如圖2所示。本文采用四方向超聲波測距系統(tǒng)11，為施工車輛提供左前方、右前方、左后方和右后方的物體(路標或障礙物)的距離信息，各收發(fā)器112通過多路選擇開關111連接80C196KC單片機。
[0020]超聲波測距系統(tǒng)11的工作原理是:收發(fā)器112在接收到由單片機80C 196KC的HSO 口發(fā)送的脈沖信號時向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻開始計時。超聲波在傳播途中若碰到物體會立即返回，接收器接收到反射波則會輸出一個低電平的檢測器信號，將此信號送入80C 196KC的HSI 口，單片機停止計時。此時計時器記錄了超聲波從汽車到物體間的來回傳播時間t，計算超聲波發(fā)射器到物體的距離D。由于頻率為40 KHz左右的超聲波在空氣中傳播的效率最佳，因此將發(fā)送的超聲波調(diào)制到40 KHz左右。
[0021]四對超聲波換能器安裝在汽車的四角，利用80C 196KC單片機的高速輸出口HS0.0發(fā)送有間隔調(diào)制脈沖信號，由單片機控制的多路選擇開關(CD4052) 111決定四對換能器分時工作的順序，收發(fā)器112內(nèi)部的檢測器輸出的信號送入單片機的高速輸入口HSL2，用于記錄超聲波發(fā)射和接收的時刻。
[0022]該控制器中安裝有測距系統(tǒng)的控制軟件，即超聲波測距子程序和中斷服務程序。程序框圖分別如圖3(a)，(b)所示，超聲波測距子程序主要完成初始化、各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制及記錄超聲波的發(fā)射時刻。中斷服務程序主要完成時間值的讀取、距離計
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[0023]在施工車輛的底部安裝一對光電傳感器，離地面大概30cm左右。光電傳感器電路12的工作原理框圖如圖4所示。首先把被測參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后通過光電傳感器元件變換成電信號。`
[0024]該光電傳感器包括發(fā)光元件和接收元件，工作原理是:發(fā)光元件發(fā)出紅外線，利用接收元件檢測反射光的強度并判斷施工車輛在道路中的位置，然后把檢測信號送入單片機80C 196KC 的 PO 口。
[0025]本發(fā)明采用調(diào)制型光電傳感器57136，其抗外部干擾光線的能力較強，在各種場地中均可使用。發(fā)光元件使用發(fā)光波長與57136感光度特性一致的紅外線LED ;接收元件使用普通光電二極管即可。將光電傳感器57136的輸出引腳接入單片機80C 196KC的引腳P0.0和P0.1。在編程中實現(xiàn)對P0.0和P0.1的信號進行循環(huán)采集。
[0026]所述圖像采集與識別系統(tǒng)由安裝于施工車輛前方的USB攝像頭21及相關軟件構成，主要任務是快速不斷地采集施工車輛前方道路的實時彩色圖像，并將這些數(shù)字圖像通過USB 口傳給上位機20，運用相應的算法處理后識別出道路中的道路信息和障礙物信息，并傳送給路徑規(guī)劃與控制系統(tǒng)22進行相關計算。
[0027]本實施例中，道路識別算法采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡算法來進行不同光照下(包括清晨、傍晚和中午不同時刻、不同強度、不同照射角度的光照及忽明忽暗的光照)、各種陰影中(包括不同的樹影、人影、車影)及模糊臟污路徑的識別，設計了神經(jīng)網(wǎng)絡的結(jié)構，對BP算法的動量項進行了改進，考察了隱層節(jié)點數(shù)對網(wǎng)絡的訓練速度、路徑識別速度和識別效果的影響，并采用混沌優(yōu)化的方法優(yōu)化了網(wǎng)絡的隱層節(jié)點數(shù)，考察了學習率對收斂速度的影響。
[0028]綜上所述，本發(fā)明的設計重點在于:本文在傳感器技術應用的基礎上，結(jié)合微機控制原理和數(shù)字圖像處理技術，對施工車輛路況檢測與識別的一些新技術進行了探討和研究。同時，以模塊化的思想設計了由車載超聲波測距模塊、光電傳感器檢測模塊和圖像采集與識別模塊組成的路況檢測與識別系統(tǒng)。
[0029]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明的技術范圍作任何限制，故凡是依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何細微修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種道路施工車的路況自動識別系統(tǒng)，其特征在于:包括下位機和上位機，該下位機連接有超聲波測距系統(tǒng)和光電傳感器電路，該上位機連接有攝像頭和路徑規(guī)劃與控制系統(tǒng)；采用超聲波測距系統(tǒng)檢測在有效范圍內(nèi)是否有障礙物，判斷是否需要轉(zhuǎn)彎，并判定方向或避障；采用光電傳感器電器控制施工車輛在安全的范圍內(nèi)行駛并實時糾偏；采用攝像頭采集環(huán)境圖像信息，由下位機進行超聲波檢測信號和光電傳感器檢測信號的處理，由上位機進行數(shù)字圖像處理，給出施工車輛的路徑規(guī)劃與控制信息。
2.根據(jù)權利要求1所述的道路施工車的路況自動識別系統(tǒng)，其特征在于:所述下位機選用80C196KC單片機。
3.根據(jù)權利要求1所述的道路施工車的路況自動識別系統(tǒng)，其特征在于:所述超聲波測距系統(tǒng)包括連接于下位機的超聲波換能器和收發(fā)器，超聲波換能器分為發(fā)射器和接收器兩種；由發(fā)射器和接收器控制超聲波的發(fā)射與接收，由下位機完成確定超聲波換能器的輪流工作順序、發(fā)射時間控制和將返回值送給控制系統(tǒng)。
4.根據(jù)權利要求3所述的道路施工車的路況自動識別系統(tǒng)，其特征在于:所述超聲波換能器和收發(fā)器有四組，分別安裝于施工車輛的左前方、右前方、左后方和右后方，各收發(fā)器通過多路選擇開關連接下位機。
5.根據(jù)權利要求1所述的道路施工車的路況自動識別系統(tǒng)，其特征在于:所述光電傳感器電路包括連接于下位機的發(fā)光元件和接收元件，發(fā)光元件發(fā)出紅外線，利用接收元件檢測反射光的強度并判斷施工車輛在道路中的位置，然后把檢測信號送入下位機。
6.根據(jù)權利要求5所述的道路施工車的路況自動識別系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)光元件使用紅外線LED，接收元件使用光電二極管。
7.根據(jù)權利要求1所述的道路施工車的路況自動識別系統(tǒng)，其特征在于:所述攝像頭為USB攝像頭。
8.根據(jù)權利要求1所述的道路施工車的路況自動識別系統(tǒng)，其特征在于:所述上位機安裝有圖像采集與識別系統(tǒng)，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡算法來進行不同光照下、各種陰影中及模糊臟污路徑的識別，判斷出道路中的道路信息和障礙物信息，并傳送給路徑規(guī)劃與控制系統(tǒng)進行計算。
【文檔編號】B60W40/06GK103523015SQ201310257272
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年6月26日 優(yōu)先權日:2013年6月26日
【發(fā)明者】李遵杰, 周愛明 申請人:廣東惠利普路橋信息工程有限公司