激光扫描原理的路径检测方案
飞思卡尔智能车比赛的赛道，由白色泡沫材料及其中心的黑色引导线组成，对赛道信息捕获的效果好坏，直接决定着智能车的速度及控制性能。通常采用的路径检测方式，不外乎CCD与光电两种。CCD方案具有先天的优势，不仅能得到赛道的丰富信息，而且可实现远距离的前瞻，对车模重量及稳定性的影响也很小;而光电方案受传感器数量、车模重量及稳定性所限，获得的赛道信息十分有限，前瞻距离也不足，使得使用光电管方案的队伍成绩普遍不如使用CCD方案的队伍。
是否光电方案就真的不可能得到连续的、前瞻性好的信息呢?设想如果只用一对光电发射/接收传感器，利用光学装置让发射光线形成一条高速扫描线，就可以得到一行完整的赛道信息，如果有3个这样的装置，即可获得赛道曲率和角度。另外，如果使用能量高度集中的激光作为光源，则检测距离可大大增加。正是基于这种想法，我们想到了利用条码扫描仪中的激光扫描器。
激光扫描器正是利用快速摆动(或旋转)的镜面，反射能量高度集中的激光束，使激光束的出射角度随着反射镜的运动产生连续的变化，从而投射出一条扫描线。虽然只有一个光电检测器和一个光源，但由于反射镜的高扫描频率，使得扫描器几乎可以同时得到一行的图像信息。当然，我们还需要做许多额外工作，才能将条码扫描器应用于路径检测。
激光扫描器检测基本原理
激光扫描器的基本原理与基于红外路径探测的原理类似，但存在如下不同点：
• 激光扫描器通常使用波长为650nm的激光管作为光源，能量高度集中，远距离时光束发散角仍然很小，检测距离远且分辨率高，而红外光电检测方案，其光源发射角大，检测距离有限且分辨率低。
激光扫描器增加一个可控的振镜或旋转棱镜，实现动态扫描检测，可以获得一文图像信息，利用多个(通常3个毕业论文http://www.751com.cn足够的赛道信息，必需足够多的光电传感器，受规则所限的同时还要考虑到车模重量及稳定性，相对于CCD方案，光电方案获得的信息十分有限。
我队所使用激光扫描器原理如下。
光学部分
如图1所示，激光扫描器光学部分包含如下装置：激光二极管、准直透镜、平面镜、凹面镜、滤光片、光敏二极管、振镜。振镜由三部分组成：反射镜、固定于反射镜背面的永磁铁和用于固定反射镜的支架，支架可在一定角度内自由旋转。由激光管发出的光线经准直透镜聚焦后，成为平行光进入平面镜，经平面镜反射后穿过凹面镜中央的小孔，抵达振镜，由于振镜的周期运动改变其角度，故光束由振镜的出射角亦作周期变化，形成扫描线。与此同时，出射光在赛道上的漫反射光线通过振镜镜面，进入凹面镜的聚焦范围，经凹面镜聚焦后的光线，通过中心波长为650nm的滤光片滤除干扰光后，由光敏二极管转换成与光强相对应的光电流，再由后续硬件电路处理。
电路原理
如图2所示，激光扫描器包括以下电路。
控制电路: 用于控制和和监视各个模块电路工作，若发生故障，则立即关闭激光管的输出，以避免高能量的激光点光源对人眼造成伤害。
激光管驱动电路：用于驱动激光管发出激光束。由于激光管的输出功率受温度影响较大，故通常在激光管内部设有一个光敏二极管，以监测激光功率。驱动电路使用此光敏二极管的输出信号构成功率闭环控制电路，从而稳定激光管的输出功率。
振镜驱动电路：振镜驱动电路用于驱动电磁线圈产生大小、方向可控的磁力，作用在反射镜背面的永磁铁上，从而控制振镜的往复运行，形成扫描线。同时，振镜驱动电路还输出一个用于指示扫描起始的同步信号，用于后续信息处理。
电流—电压转换电路(I/V转换电路)：光敏二极管所产生的是随光强变化的电流，为便于后续电路处理，设置电流—电压转换电路，将光强转换为电压信号。
二值化：由光强转换得到的电压信号，经过动态阈值比较器，转换成0或1的二值化数字信号，分别指示了条码中的黑线与白区，最后由外部条码解码系统得到条码信息。
硬件电路
电路设计目的
激光条码扫描器输出的信号并不能直接用于赛道路径检测，主要原因如下。
• 为了准确检测到宽度为mil级的条码，激光扫描器的光源光斑直径非常小，其二值化输出信号对被测物十分敏感，以至于赛道上的黑斑、破损、缝隙等均可能导致错误输出，给后续的处理带来了困难，也大大降低了可靠性。
• 出于安全考虑，小型激光条码扫描器都使用小功率的半导体激光管，功率通常不会超过5mW，检测距离有限，并且使用时要求光束尽可能与条码面垂直，以获得足够的反射光。为了使小车获得足够的前瞻，我们希望其检测距离能达到70cm左右(自车头开始计)，并且为了稳定重心，希望扫描器的安装位置尽可能低，这势必增大扫描线与赛道垂直面间的夹角，扫描器的反射光将大幅减少，使扫描器的检测距离与要求相差甚远。
为了解决这些问题，我们仅利用扫描器的光学系统和振镜驱动电路，自行设计其他附属电路，主要设计如下。1404