Freescale智能小車與顏色識別

看到有Freescale贊助的智能小車大賽，好像是地面上有一條黑色的軌道線，請設(shè)計一輛可按軌道自動前進(jìn)的小車？

參加競賽的朋友第一想法就是要讓小車能自動識別黑色的軌道，這個想法是對的，不過后面的想法就不一定是簡潔有效了，通常都會想到裝一個攝像頭，然后讓程序從圖像中識別出軌道線，進(jìn)而控制小車的運(yùn)轉(zhuǎn)。

不能說這種處理方法不對，如果從系統(tǒng)設(shè)計和程序編寫來說，如果一個新人從頭到尾做下來，相信能力會得到很大的提升，今天我要說一個簡單的方法，完全不需要如此復(fù)雜的系統(tǒng)和程序，甚至不用單片機(jī)都可以實(shí)現(xiàn)。

許多年前我們做過一個類似的樣板，不過并不是我們自己想的方法，是在一本書上找到的。在車頭的兩側(cè)分別裝一個光敏三極管，用套管封好后感應(yīng)面向下，兩路光敏管的輸出接為一個比較器的兩路輸入，比較器的輸出用來來驅(qū)動一側(cè)的車輪，反相后又用來驅(qū)動另外一側(cè)的車輪。

圖一簡單自動尋軌小車電路示意圖

從圖一我們可以看出，如果右側(cè)光敏管的輸出電壓大于左側(cè)，比較器就會輸出高電平，此時右側(cè)馬達(dá)轉(zhuǎn)動，左側(cè)停止，反之是左側(cè)轉(zhuǎn)動右側(cè)停止。

圖二小車工作狀態(tài)示意圖

圖二a左右兩個光敏管的輸出相近，此時左右兩個車輪會被隨機(jī)驅(qū)動；圖二b因?yàn)橛覀?cè)光敏管下面為淺色，左側(cè)光敏管下面為黑色，所以右側(cè)光敏管輸出幅度大，右輪被驅(qū)動，小車前進(jìn)的同時車頭向左側(cè)轉(zhuǎn)；圖二c和b的情況剛好相反，當(dāng)從b狀態(tài)轉(zhuǎn)化成c狀態(tài)后小車就會反相轉(zhuǎn)。這樣小車就會車頭左右擺動，同時順著黑色的軌跡自動前進(jìn)，只是要防止車速過快沖出軌道。

這樣我們不用單片機(jī)就實(shí)現(xiàn)了小車自動尋軌的功能，如果再用一個簡單的單片機(jī)對光敏信號進(jìn)行更細(xì)致的處理，只要簡單的程序就可以實(shí)現(xiàn)各種控制。

說完智能小車再說另外一個有點(diǎn)關(guān)聯(lián)的應(yīng)用，智能小車可以理解成最簡單的顏色識別，通過黑白兩種顏色來判斷軌道，接下來我會講一種更精細(xì)的顏色測量方法，同樣我們不需要利用攝像頭。

還是利用光敏管，但這次直接用光敏管會存在問題，不同的顏色有可能反射的光強(qiáng)度一致，比如淺紅和淺綠光敏管輸出電壓就有可能一樣，這樣就有許多顏色無法識別。

我們知道一個物體，對于不同顏色的光吸收效果不同，同樣反射效果也不同，比如紅色的物體，對于紅色的光反射最強(qiáng)，比較少吸收，其它顏色的光則吸收得厲害一些。如果我們利用這一特性，就有可能利用光敏管進(jìn)行精確的顏色識別。

假設(shè)我們用紅綠藍(lán)三種顏色的分別照射被測物，根據(jù)三原色原理可知不同顏色的物體對這三種光的吸收反射效果不同，紅色物體主要反射紅色，綠色反色綠色，藍(lán)色反射藍(lán)色。

如果在這三種顏色照射被測物的同時用光敏管測反射光強(qiáng)度，實(shí)際上就間接的測出了被測物三原色的成分（電壓幅度與顏色分量不是1：1線性關(guān)系，但趨勢一致），這樣就實(shí)現(xiàn)了顏色的精確識別。

以前我們的實(shí)驗(yàn)即便是超過一百種顏色的標(biāo)準(zhǔn)色卡，都可以分毫不差的識別出來，當(dāng)然這是在自我矯正之后才達(dá)到的效果。實(shí)際應(yīng)用需要考慮發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度具有較大的離散性，每一套都需要提前進(jìn)行自我矯正，并將矯正數(shù)據(jù)保存在課保持存儲器中。另外藍(lán)色發(fā)光二極管價格昂貴，建議改用紅綠黃或橙黃綠。

也許，有些時候并不一定需要很復(fù)雜的方法就能實(shí)現(xiàn)你的想法。