红外线避障传感器电路设计
红外寻迹避障电路总结讲解
光电传感器一、反射式光电传感器简介反射式光电传感器在机器人中有着广泛的应用。
可以用来检测地面明暗和颜色的变化，也可以探测有无接近的物体。
这种光电传感器的基本原理是，自带一个光源和一个光接收装置，光源发出的光经过待测物体的反射被光敏元件接收，再经过相关电路的处理得到所需要的信息。
相应的，光谱范围，灵敏度，抗干扰能力，输出特性等都是反射式光电传感器的重要参数。
二、简单比较型光电传感器在上左图中，JP1是光电管，接收光强在上面转换成电流，在R上成为电压信号，与RA1的标准值进行比较，从LM339输出逻辑电平给单片机。
R越大，光电流产生的电压变化越大，传感器也就越灵敏。
但是若R过大，当光比较强的时候，R上的电压会达到VCC而不再变化，这就是所谓的饱和。
在这种比较型的传感器电路中，饱和只会使强光与强光难以分辨，但仍可以区分强光和弱光，它并不是影响比较结果的重要因素。
但在后面介绍的几种调制型传感器中，饱和是必须避免的，因为它会掩盖交流分量。
高灵敏度和饱和是一对矛盾，在后面提到了一些相关的解决方案。
LM339是开路输出的，10K的电阻是为了使输出电压正确。
如果后面是51之类开路输入的单片机，这个电阻可以省略。
假如把光敏管放在下边,电阻放在上边。
这样当光线较暗时比较器输入电压接近VCC，超过比较器LM339能够正常工作的最高输入电压Vm,比较器不能正常工作（LM339的共模输入电压最低能低到0，但是最高达不到VCC），因此灵敏度做不高。
为了使比较器正常工作，电阻值应使得光照时比较器输入电压Vi大幅下降，满足VCC-I*R<Vm（I是光电流），就是I*R>VCC-Vm。
这样，光再强一点，I*R接近VCC,Vi 就会降到0附近，光敏管就会饱和，降低了区分颜色的可靠性。
而现在把光敏管放在上边,电阻放在下边，就可以解决这个问题：这时Vi=I*R,使用较小的R可以保证Vi<Vm<VCC,不会发生电压范围溢出或者光敏管饱和。
LM393红外避障模块电原理图
LM393红外避障模块电原理图LM393红外避障模块电原理图模块电原理图模块描述该传感器模块对环境光线适应能力强，其具有一对红外线发射与接收管，发射管发射出频率的红外线，当检测方向遇到障碍物（反射面）时，红外线反射回来被接收管接收，经过比较器电路处理之后，绿色指示灯会亮起，同时信号输出接口输出数字信号（一个低电平信号），可通过电位器旋钮调节检测距离，有效距离范围2～30cm，工作电压为3.3V-5V。
该传感器的探测距离可以通过电位器调节、具有干扰小、便于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、避障小车、流水线计数及黑白线循迹等众多场合。
模块参数说明1 当模块检测到前方障碍物信号时，电路板上绿色指示灯点亮电平，同时OUT端口持续输出低电平信号,该模块检测距离2～30cm，检测角度35°，检测距离可以通过电位器进行调节，顺时针调电位器，检测距离增加；逆时针调电位器，检测距离减少。
2、传感器主动红外线反射探测,因此目标的反射率和形状是探测距离的关键。
其中黑色探测距离小,白色大;小面积物体距离小,大面积距离大。
3、传感器模块输出端口OUT可直接与单片机IO口连接即可，也可以直接驱动一个5V继电器；连接方式：VCC-VCC;GND-GND;OUT-IO4、比较器采用LM393，工作稳定；5、可采用3-5V直流电源对模块进行供电。
当电源接通时，红色电源指示灯点亮；6、具有3mm的螺丝孔，便于固定、安装；7、电路板尺寸：3.2CM*1.4CM8、模块已经将阈值比较电压通过电位器调节好，非特殊情况，请勿随意调节电位器。
模块接口说明1 VCC 外接3.3V-5V电压（可以直接与5v单片机和3.3v单片机相连）2 GND 外接GND3 OUT 小板数字量输出接口（0和1）4.工作电流是10ma以内如图所示壁障传感器模块。
红外寻迹避障电路总结
光电传感器一、反射式光电传感器简介反射式光电传感器在机器人中有着广泛的应用。
可以用来检测地面明暗和颜色的变化，也可以探测有无接近的物体。
这种光电传感器的基本原理是，自带一个光源和一个光接收装置，光源发出的光经过待测物体的反射被光敏元件接收，再经过相关电路的处理得到所需要的信息。
相应的，光谱范围，灵敏度，抗干扰能力，输出特性等都是反射式光电传感器的重要参数。
二、简单比较型光电传感器在上左图中，JP1是光电管，接收光强在上面转换成电流，在R上成为电压信号，与RA1的标准值进行比较，从LM339输出逻辑电平给单片机。
R越大，光电流产生的电压变化越大，传感器也就越灵敏。
但是若R过大，当光比较强的时候，R上的电压会达到VCC而不再变化，这就是所谓的饱和。
在这种比较型的传感器电路中，饱和只会使强光与强光难以分辨，但仍可以区分强光和弱光，它并不是影响比较结果的重要因素。
但在后面介绍的几种调制型传感器中，饱和是必须避免的，因为它会掩盖交流分量。
高灵敏度和饱和是一对矛盾，在后面提到了一些相关的解决方案。
LM339是开路输出的，10K的电阻是为了使输出电压正确。
如果后面是51之类开路输入的单片机，这个电阻可以省略。
假如把光敏管放在下边,电阻放在上边。
这样当光线较暗时比较器输入电压接近VCC，超过比较器LM339能够正常工作的最高输入电压Vm,比较器不能正常工作（LM339的共模输入电压最低能低到0，但是最高达不到VCC），因此灵敏度做不高。
为了使比较器正常工作，电阻值应使得光照时比较器输入电压Vi大幅下降，满足VCC-I*R<Vm（I是光电流），就是I*R>VCC-Vm。
这样，光再强一点，I*R接近VCC,Vi 就会降到0附近，光敏管就会饱和，降低了区分颜色的可靠性。
而现在把光敏管放在上边,电阻放在下边，就可以解决这个问题：这时Vi=I*R,使用较小的R可以保证Vi<Vm<VCC,不会发生电压范围溢出或者光敏管饱和。
红外线智能避障小汽车概要
二、 硬件电路图设计§2 系 统 框 图本设计制作的是单片机控制的自动避障小汽车，以单片机为小汽车的“大脑”，红外线探头为小汽车的“眼睛”，电机为小汽车的“双足”。
“大脑”控制“眼睛”去看前方是否有障碍物，当“眼睛”看到障碍后，由大脑来控制“双足”的行动方向。
从而实现小汽车的自动避障。
电路原理简单，结构明了。
如图2.2.1为整个系统的框图。
图2.2.1 系统框图§4 红外线避障电路避障方案选择，方案一：采用超声波避障。
超声波受环境影响较大，电路复杂，而且地面对超声波的反射，会影响系统对障碍物的判断。
方案二：采用红外线避障。
利用单片机来产生38KHz 信号，并用250HZ 的方波对红外线发射管进行调制发射，发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调，输出TTL 电平。
外界对红外信号的干扰比较小，且易于实现，价格也比较便宜，故采用方案二。
红外线避障电路是小汽车的“眼睛”，其性能的好坏和抗干扰能力的强弱，就定了避障的准确性和灵活性。
由于红外线受外界可见光的影响较大，因此用250Hz 的信号对38KHz 的载波进行调制，这样能减少外界的一些干扰。
接收管采用HS0038A2型号，输出TTL 电平，有利于单片机对信号的处理。
红外 避障 电路H 桥控制电路 电机80C51返回信号输入调制信号输出避障电路采用红外线发射与接收原理，利用单片机产生250HZ 和38KHz 信号，并利用单片机的中断对红外线发射管进行调制发射，发射距离远近由RW 调节，由于本设计的小汽车行驶速度较快，所以调节避障距离为20CM 左右。
发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调，输出TTL 电平。
利用单片机的中断系统，在遇障碍物时控制电机并使小车转弯。
如图2.4.1所示图2.4.1 红外线避障示意图 1、红外线发射部分红外线发射电路通过单片机的控制，输出调制信号向前方发射，如果遇到障碍物后，红外光线被障碍物返回，被红外接收头接收，在其3脚输出250HZ 方波信号，而其3脚和单片机的ITN0连接在一起，故当遇到障碍物后，会给单片机一个外部中断0信号，通过外部中断0程序，来控制小汽车的左转或者右转。
智能小车之红外循迹以及红外避障模块电路设计
智能小车之红外循迹以及红外避障模块电路设计红外寻迹模块
红外避障模块
一。
原理图
红外寻迹模块
红外避障模块
红外发射管，红外接收管
比较器LM393输出低电平时，绿色指示灯亮，输出高电平时绿色指示灯灭。
当3脚的电压大于2脚电压时输出高电平。
3脚的电压小于2脚电压输出低电平。
电位器用来调整反向输入端的电压。
原理图基本相同。
二。
红外避障模块
发射管一直在发射红外光，当前面的障碍物越近，反射回来的红外光越强，红外接收管的EC电压越接近0V，那么就会小于LM393的2脚的电压，LM393输出低电平，绿色指示灯亮。
在实际使用中红外接收管工作在放大区，也就是说C点的电压在不断的变化。
所以我们调节LM393的2脚的电压来改变灵敏度。
三。
寻迹模块
利用对不同颜色的障碍物对红外光的反射能力不同。
白颜色对红
外光的反射能力最强，黑色对红外光的反射能力最弱。
当寻迹模块在黒线上的时候蓝色指示灯灭，当寻迹模块不在黒线上的时候蓝色指示灯亮。
如何判断寻迹模块是偏左还是偏右呢?
就需要3个这样的模块，当偏离到黒线的左边时，左边的模块和中间的模块蓝色指示灯亮，右边的指示灯灭。
同理，当偏离到黑线右边时，右边和中间的模块蓝色指示灯亮，左边的指示灯灭。
调节电位器可以调节灵敏度。
越靠近桌面，3脚的电压越低，越远离桌面，3脚的电压越高。
轮式教育机器人红外避障电路设计方案
图1—1轮式教育机器人红外导航模块构成框图
2、硬件电路设计
根据图1-1所示的系统构成框图设计出如图1-2所示的轮式教育机器人红外导航电路。该电路采用5V供电，当电源接通后单片机的P1_0（P1_1）输出如第一章图1.5所示的伺服电机顺时针脉冲控制电机正转从而使智能小车前进，前进的同时P1_6和P1_7输出交叉的高、低电平（1和0）控制三级管9013的导通与截止。此处的9013有两个功能：一是作为开关使用控制IR LED发射红外线；另一个功能是为发射的红外线提供能量，具体过程如下：当P1_6（P1_7）置高时，9013导通，加载在IR LED上的电压约为VCC（5V），IR LED向外发射红外线；当P1_6（P1_7）置低时，9013截止，IR LED停止发射。P1_6（P1_7）反复发射持续1ms钟的38.5kHz的红外光，（1）如果红外光被小车路径上的物体反射回来，P3_2（P3_3）引脚上的电平会由高变低使单片机产生中断，（2）进入中断后单片机首先保存红外检测器检测到的状态，(3)再让P1_0（P1_1）输出与之前不同的电机控制脉冲，使电机退出前进状态进入其它状态，如：后退、左转弯、右转弯等，从而有效的完成壁障。(4)然后将单片机存储的状态跟P3_2（P3_3）引脚上的状态作比较，如果电平相同则电机维持改变后的状态；如果电平不相同则单片机中断返回恢复开始时的状态（开始时为前进状态）。恢复状态后单片机又开始从数字（1）这步循环。
12、{
13、P1_6=1;
14、delay_nus(13);
15、P1_6=0;
16、delay_nus(13);
17、}
18、irDetectLeft=P3_2state();
红外避障电路
红外避障电路(LM567ban)D1发射红外线，D2接收红外信号。
LM567第⑤、⑥脚为译码中心频率设定端，一般通过调整其外接可变电阻W改变捕捉的中心频率。
图中红外载波信号来自LM567的第5角，也即载波信号与捕捉中心频率一致，能够极大的提高抗干扰特性。
音频译码器LM567作用器要领1、LM567输出部分与普通数字IC等有所不同，其内部是一个集电极开路的NPN型三极管，使用时，⑧脚与正电源间必须接一电阻或者其它负载，才能保证IC译码后输出低电平。
2、实验表明：LM567接通电源瞬间，⑧脚会输出一低电平脉冲。
因此，用于作遥控器译码控制时，应在输出端后加装RC积分延时电路，以免每次断电后，重新复电时产生误动作。
3、LM567第⑤、⑥脚为译码中心频率设定端，一般通过调整其外接可变电阻W改变频率，经笔者实验发现，当W阻值变为0Ω或无限大时，⑧脚电平状态即使无信号输入时也会变为低电平，因此，在调整W时，不能使其短路或开路。
4、LM567的工作电压对译码器的中心频率有所影响，故最好采用稳压供电。
5、LM567②脚外接电容决定着锁相环捕捉带宽，容量越小，捕捉带宽越宽，但使用时，不可为增大捕捉带宽而一味减小电容容量，否则，不但会降低抗干扰能力，严重时还会出现误触发现象，降低整机的可靠性1. 概述集成锁相环路解码器LM567是美国国家半导体公司生产的56系列集成锁相环路中的一种，其同类产品还有美国Signetics公司的SE567/INE567等。
LM567是一个高稳定性的低频集成锁相环路解码器，由于其良好的噪声抑制能力和中心频率稳定性而被广泛应用于各种通讯设备中的解码以及AM、FM信号的解调电路中。
2. LM567内部结构及工作原理LM567为8脚直插式封装，其内部结构、引脚定义及外围元件连接方法如图1所示。
LM567内部包含了两个鉴相器PD1及PD2、放大器AMP、电压控制振荡器VCO等单元电路。
鉴相器PD1、PD2均采用双平衡模拟乘法器电路，在输入小信号情况下(约几十mV)，其输出为正弦鉴相特性，而在输入大信号情况下(几百mV以上)，其输出转变为线性(三角)鉴相特性。
红外探测报警电路设计
红外探测报警电路设计引言：随着科技的发展，红外探测技术应用得越来越广泛。
红外探测报警电路是基于红外线的探测原理，用于检测人体、动物或其他物体的存在并触发报警。
本文将介绍红外探测报警电路的设计原理、电路组成部分及工作过程。
一、设计原理：红外探测报警电路基本原理是基于红外线被人体或其他物体遮挡时会产生光电转换现象。
红外线在被遮挡之前会被红外发射器发射出去，然后被红外接收器接收。
当有物体遮挡红外线时，红外接收器会停止接收到光信号，进而触发报警。
二、电路组成部分：1.红外发射器：用于发射红外线，通常采用红外发光二极管。
可以通过外部的信号控制发光二极管的开关。
2.红外接收器：用于接收红外线。
接收到的红外线信号会被转换为电信号，作为触发报警的依据。
3.运放电路：用于放大红外接收器输出的微弱电信号，使其能够被后续电子元件处理。
4.报警电路：当红外接收器输出的电信号超过一定阈值时，触发报警。
报警电路可以采用蜂鸣器、灯光或其他报警设备。
5.电源电路：用于为红外发射器、红外接收器、运放电路和报警电路提供所需的电源。
三、工作过程：1.电源电路将电能转换为所需的电源电压，并分别供给红外发射器、红外接收器、运放电路和报警电路。
2.红外发射器发射红外线。
3.红外接收器接收到红外线，并将其转换为电信号输出。
4.运放电路放大红外接收器输出的微弱电信号，使其能够被后续电子元件处理。
5.报警电路检测放大后的电信号，当其超过设定的阈值时，触发报警。
6.报警电路触发报警设备，如蜂鸣器开始发出声音，灯光开始闪烁等。
7.如果没有物体遮挡红外线，红外接收器将持续接收红外线，并保持一个稳定的输出电信号。
四、设计注意事项：1.选择合适的红外发射器和红外接收器，它们的波长应当相互匹配。
2.运放电路应当能够合理放大红外接收器的电信号，同时避免信号失真。
3.设定合适的阈值，以确保报警的准确性和可靠性。
4.选用适宜的报警设备，根据具体需求选择合适的蜂鸣器、灯光等。
智能小车红外线避障电路设计
经验交流Digital Space P .137项目教学法，对于教师而言，其是要通过对学生进行针对性的指导，积极有效地转变教育观念和教学方式，转变自己的身份，从最开始简单的知识传递者转变成为学生学习的组织者、指导者以及促进者。
2.3具有较好的可控性项目教学法的实施需要教师和学生的共同参与，学生在此教学方法中所完成的各种活动和任务都必须要由教师进行全程指导的，这对于培养和提高学生集中精力练习技能有着非常大的帮助。
2.4其追求理论和实践的高效结合要想完成好这一个项目，其中必然会涉及到两个主要方面的内容，一是理论，二是实践。
这就要求学生们必须要从最基本的原理着手学习和了解，结合更多针对性的原理分析项目和订制工艺。
3学前教育信息技术课程中项目学习的实际应用分析3.1实施分工协作在学前教育信息技术课程教学中，信息技术教师会以不同学生的学习需求作为开展项目学习的重要标准，坚持一切从实际出发的原则，提前做好学生的分层准备工作，确保每一名学生都能够在项目学习方法中学习到有价值的知识。
信息技术在开展项目教学时，通常会以小组合作的方式来进行项目活动，实施分工协作，每一名学生都会被分配到适合自己的任务，然后通过小组合作的方式来共同完成好教师分配的全部任务。
在这里笔者需要提醒一点内容，教师在安排任务时，必须要充分考虑到每一名学生的特点和学习需求，一定要根据学生的实际兴趣爱好以及实际能力合理安排任务，对项目活动进行精心设计，一定要对小组成员之间的分工与各自的职责进行全面考虑。
3.2明确目标，以目标激发学生的学习兴趣在实际教学过程中，运用项目教学法，信息技术教师需要将亟待解决的问题或者需要共同完成的任务通过项目的形式分配到每一名学生身上。
通过小组合作的方式，根据教师提出的任务或者问题，一起参与讨论，最终确定清楚项目的最终任务和目标。
笔者建议，在这一环节，信息技术教师可以采取直接引入情景的方式，借助合适的方式将学生们都吸引到共同的情景当中来，让学生们都能够对具体项目产生比较直观的认知，与此同时，学生被引入到具体情景之后，也能够在一定程度上激发起学生的学习兴趣和学习热情。
红外线智能避障小车报告
红外线智能避障小车作者：陈栋展，韦冰江，熊涛，于泳一、方案设计与论证：方案一：原理功能简要描述：运用逻辑电路来完成电路，通过对红外线探测到物体所发出回的信号用逻辑电路进行处理，控制电机，使小车能够转向，避开障碍物。
通过H桥驱动电路来控制电机的转向和前进可行性分析：通过数字逻辑门与H桥驱动电路来控制电机的转向和前进。
反映速度非常快，稳定性很高，成本相对较低，开发周期和所消耗精力都比较小。
但是由于这个方案一旦完成，便不容易更改，若更改的话，后期的投入相对会变大，灵活性较差，对于小车功能的拓展有很大的局限性。
而且不易实现功能稍微强大的拓展。
方案二：原理功能简要描述：运用89S51搭建控制电路，把红外信号接到单片机上，通过单片机对信号的检测和处理，控制外围电路使小车转向，来避开障碍物。
通过H桥驱动电路来控制电机的转向和前进。
可行性分析：通过微控制芯片51对数据进行处理，处理速度远远满足小车的运行和避障的需求。
稳定性较高。
成本相对较大，开发周期较长，消耗精力较多。
但是方案灵活性较强，即使成品完成，也可以通过编写不同的程序，增加模块来增加小车的功能。
综上所述，我们选择方案二，以便以后小车功能的拓展。
二、系统原理框图：三、主要电路设计：电源：电源采用24V直流稳压电源（战车争霸留下的，所以拿来直接用了）。
通过LM7812稳压，供给电动机驱动电压。
用LM7805给单片机供电，电源模块原理图如下：小电容消除快速的电源波形抖动，大电容消除慢速的。
检测模块：检测物体模块由三个E3F-DS30C4红外线传感器检测信号的。
分别检测小车的左边，右边以及，中间位置是否有物体。
并将输出结果接于51的定时器中断端口上去。
只打开外部中断INT0,当任意一个管脚检测到有物体可能妨碍小车运行的时候，通过74LS10三与非门电路检测做出反应。
输出低，运行外部中断INT0中的程序。
测速模块：根据通过在某一个车轮上打一个孔，E3F-DS30C4红外线传感器发射光能够穿过小孔，在小车运行时，没转一圈会产生一个低脉冲，用计数器中断接口检测并计数。
红外线避障传感器电路设计
3.4 传感器电路设计清洁机器人上安装有多种传感器：各种红外传感器、碰撞传感器和霍尔速度传感器。
这些传感器协调工作，保证了机器人对外界环境和自身运动状态的判断。
3.4.1 3.4.1 传感器布局传感器布局传感器网络共有4 个周边红外传感器、3 个底盘红外传感器、2 个调频红外传感器、2 个碰撞传感器、2 个霍尔转速传感器以及1个电机过流传感器、1 个充电电源检测传感器、1 个电池充满传感器和一个AD 。
其布局如图3-7 所示。
图3-7 传感器布局3.4.2红外线避障传感器电路设计避障传感器的基本原理是利用物体的反射性质。
因为在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。
而如果有障碍物，果有障碍物，红外线遇到障碍物，红外线遇到障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到传感器的接收头。
被反射到传感器的接收头。
被反射到传感器的接收头。
传感器检测到这一传感器检测到这一信号就可以确认正前方有障碍物，并传送给单片机，单片机通过输入内部的算法，协调小车两轮工作，从而完成躲避障碍物的动作。
通过比较，本系统中选用E18--D80NK-N 红外避障传感器。
红外避障传感器。
E18-D80NK-N E18-D80NK-N 是E18-D80NK 的升级版。
改动部分主要是内部电路板和外部连线。
传感器外部接线，传感器外部接线，在末在末端增加了杜邦头，方便用户使用。
端增加了杜邦头，方便用户使用。
E18-D80NK-N E18-D80NK-N 这是一种集发射与接收于一体的光电传感器，发射光经过调制后发出，接收头收头对对反射光进行解调输出。
有效的避免了可见光的干扰。
透镜的使用，也使得这款传感器最远可以检测80厘米距离的问题（由于红外光的特性，（由于红外光的特性，不同颜色的物体，不同颜色的物体，不同颜色的物体，能探测的最大距离也有不同白色物体能探测的最大距离也有不同白色物体最远，黑色物体最近）。
检测障碍物的距离可以根据要求通过尾部的电位器旋钮进行调节。
基于红外线传感器的避障行走系统硬件设计
基于红外线传感器的避障行走系统硬件设计密级：页数：信息工程大学毕业设计（论文）题目：基于红外线传感器的避障行走系统硬件设计学员姓名学号所在单位指导教师完成日期I摘要智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，可应用于科学勘探等等的用途。
本次设计的简易智能电动车，采用飞思卡尔MC9S12DG128B单片机作为小车的检测和控制核心；采用红外传感器来检测路况信息，从而把接收到的信号送到单片机，使单片机按照预定的工作模式控制小车在各区域按预定的速度行驶，采用脉冲调制的反射式红外传感器来探测前方是否有障碍物，从而让小车避开障碍物前进。
本次设计通过对传感器设计、电源设计、控制电路设计达到了小车的智能化。
本次设计结构简单，较容易实现。
但是具有高度智能化。
关键词：智能小车 MC9S12DG128B单片机电机驱动红外避障传感器IIAbstractSmart as a modern new invention is the development direction of the future, and so on can be applied to the use of scientific exploration. The simple design of the smart electric vehicle, using Freescale's single-chip microcomputer as a vehicle MC9S12DG128B detection and control of the core; the use of infrared sensors to detect traffic information to the received signal to the microcontroller, to enable single-chip according to the mode of control car in the regions according to a predetermined speed, the use of pulse modulation of the reflective infrared sensors to detect whether there are obstructions in front, so that car ahead to avoid obstacles. The design of the sensor design, power supply design, control circuit design to achieve the intelligent car. The design is simple, more easily achieved. However, highly intelligent. Key words: smart car MC9S12DG128B single-chip motor driver infrared sensor cover barrierKey words: Smart car SCM MCS12DG128B Motor Driver Infrared sensorIII目录第1章前言 ................................................... - 1 - 第2章单片机介绍 ............................................. - 3 - 2.1 单片机概述 ................................................ - 3 - 2.2 主控芯片MC9S12DG12 ........................................ - 3 - 2.3 MC9S12DG128最小系统板 .................................... - 7 - 第3章智能避障小车硬件搭建 ................................... - 14 - 3.1 智能车车体的选择 ........................................ - 14 - 3.2 避障方案的选择 .......................................... - 15 - 3.3 电动机驱动方案选择 ...................................... - 16 - 3.4 电源方案的选择 .......................................... - 17 - 第4章智能避障小车硬件系统设计 .............................. - 18 - 4.1 硬件总体设计 ............................................ - 18 - 第5章智能避障小车软件系统设计 .............................. - 19 - 5.1 开发调试工具 ............................................ - 19 - 5.2 软件系统总体设计 ........................................ - 21 - 5.3 避障模块总体设计 ........................................ - 21 - 5.4小车源程序见附录 .......................................... - 22 - 第6章结论 ................................................. - 23 - 后记 ......................................................... - 25 - 参考文献 ..................................................... - 28 - 附录 ......................................................... - 29 - 初始化程序 ................................................... - 29 - 智能车行驶控制算法 ........................................... - 32 -IV第1章前言随着科学技术的发展和普及, 各种无人智能机械越来越多, 其中遥控的作用也就显而易见. 传统的小车基本有两类, 第一类为纯机械类, 第二类为数字类.纯机械类动作迟钝、结构复杂、机器笨重、噪声大、寿命低; 数字类智能小车将笨重的机械部分换成数字电路, 虽一改上述弊端, 但其中仍不免使用继电器, 噪声相对较大, 寿命也不太长,抗干扰性差等特点. 另外,很难将精确度提高。
红外避障功能模块设计
红外避障功能模块设计应用：避障小车所用器件：脉冲型红外接收头，三极管（9013），限流电阻220o，电位器103，电容104 极性电容47uf。
此模块又分二小部分：发射电路，接收电路发射电路如下：In输入需要一38khz的方波信号，可有单片机产生，也可用外部震荡电路。
我在运用时，用单片机产生的，由于单片机的驱动能力太低，不能直接驱动红外发射管，所以增加一三极管提高驱动能力。
如图基级电阻r是限流电阻，电位器起到控制发射功率的作用。
在红外避障模块中，调节电位器可以调节避障的距离。
注意：由于脉冲性红外接收管，常态时输出为高，当接收到38k的红外光时，输出为低，当一直接收红外光一段时间后600ns~900ns左右。
继续接收到红外光，也是输出高。
由于此特性，红外发射不能一直的发，要间断性的，当发射间断性的38k红外时，可另外一较低频信号（50hz）控制上图的接地端，此时红外发射的是一个调制信号。
接收电路如下：如图，红外接收头只对38k的红外接收信号敏感。
电源的不稳定性对红外接收头的影响很大，或者说对其的灵敏度影响较大。
电源和地之间加104电容，另外再加以47uf的极性电容，可以很好的提高接收的距离。
电容尽量的靠近红外接收头。
Out输出端为了有一定的驱动能力，或更好地输出波形。
可用一上拉电阻。
整个模块工作原理：红外发射管，发射50hz调制的38k信号。
当遇到障碍物时，发生漫反射，红外接收头接收到这一信号时，输出端输出50hz的信号。
判断这一信号，即可判断，遇到了障碍物。
此功能模块扩展应用：当有多个发射源时，不同发射源的调制频率不一样，例如，50hz，60hz。
接收管接收到信号时，根据频率的不同，可以判别是哪个发射的，，。
激光红外探测避障功能的实现
激光红外探测避障功能的实现
在进行避障设计时，我们比较了激光、红外、超声波传感器避障的效果：红外光受外界光线的影响相对较大，最大检测距离只有4.5cm且无法识别黑色的障碍物；超声波检测的是一个锥面，方向性差，无法根据接收到的反射光确定障碍物的高度及具体方位；激光具有良好的方向性和光照强度，检测距离远可以达到0.5m，受外界环境影响相对较小，但检测角度也较小。
综合各种传感器的优劣及我们的设计需求，我们在机器人的正前方纵向安装了两个可旋转的激光发射接收头和一个可旋转的红外发射接收一体管，红外对管在最下面，由舵机控制其旋转角度，负责探测前方180°范围内障碍物的高低情况；
激光管发射接收电路如图8所示，红外对管电路如图9所示，当检测到障碍物时为低电平，其真值表如表1所示。
图8 激光管发射接收电路图
图9 红外对管电路图
表1 传感器信号真值表
111（无障碍物或只有很矮障碍物）前进
110(有超过驱动轮半径高度的小障碍物) 大角度摆臂越障
101(有较高障碍物、距离较远) 先前进再摆臂
100（有较高障碍物、距离较近）小角度摆臂越障
001或000(有无法逾越的高障碍物) 转向绕行
其它（检测异常）默认前进
为了适应复杂的地理环境，有效保护车体，系统进行了防跌落设计：在机器人车体前端的底部装有红外传感器，当接收不到反射信号时，证明前方为不可逾越的鸿沟，机器人会自动改变运动方向。
红外避障传感器使用说明书
红外避障传感器使用说明书型号WT_IROA本红外避障传感器，只有使用说明，没有设计的原理图。
本红外避障传感器，可以检测到前方3-35CM 范围的障碍物。
额定工作电压为5V ，电路板上设计有电源工作指示灯。
当检测到障碍物时，输出低电平。
电路板尺寸：22.8mm*26.4mm 。
引脚说明及调试方式如下图：调节频率电位器，可以调节发射管的发射红外线的频率，红外解码一般采用38KHZ 的脉冲，如果多只红外避障传感器一起使用时，也可以利这个电位器，调节不同的发射频率以减少传感器之间相互干扰。
出厂时，已经调节好。
调节距离电位器，用于调节发射的功率，向右旋转发射功率变大，反之变小。
发射功率越大，检测的距离越远，但如果太大，可能会引起接收头一直接收到红外的脉冲，会造成红外避障检测失败，注意适量调节，使用者可以在红外发射中套上黑色的热缩管，以减少红外光线泄露，同时可以使用红外光线有一定的方向性。
至于热缩管的长度，使用者可以自行试验以获得最佳的效果。
引脚说明，从左到右分别为：5V ，GND ，OUT ，EN 。
其中OUT 为传感器的输出引脚，当前方有障碍物时，输出低电平，同时电路板上也有对应LED 变亮。
EN 引脚为控制传感器的使能引脚，低电平有效。
同时为了方便三线制的传感器，本电路板上设计了一个可以直接跳线使能的。
使用跳线帽即可。
经过本让的测试，本传感器，工作在4.5V-5.5V 下，工作都可以常地检测到障碍物。
使用时，注意电源的极性不要接反，否则会损坏芯片。
请欣赏此传感器，在智能小车上的应用图。
调节频率 调节距离使能跳线帽1 2 3 45V GND OUTEN。
自制红外线障碍物探测器电路
自制红外线障碍物探测器电路
这种红外线障碍物探测器不仅能用于机器人行进跟踪控制，而且还可作为家庭和商店自动控制系统的重要部分。
电路核心部分采用一只红外线发射LED(IR1)和一只红外线接收二极管(IR2)。
用5V稳定直流电压对电路供电。
工作时由IR1向外发射不可见的红外线短光束，经障碍物或目标反射后由IR2接收。
探测到障碍物后，由扬声器LS1发出提示告警。
LED1用于电源接通指示。
IR1和IR2可以采用现成的集成光反射传感器CNY70，也可以用独立的IR1和IR2自行组合。
图1是探测器电路。
电路中的LM555芯片(IC1)接成多谐振动器．其输出脉冲宽度可在1ms-10ms范围内用VR1、R1、R2和C1任意调节。
输出脉冲由IC1③脚输出，经小功率晶体管T1缓冲后驱动红外线发射管IR1，R4用来限制IR1的输入电流。
当反射后的红外光束落到IR2上时，R5有电流流过，使T2基极获得正电压而导通，导通后又使报警驱动晶体管，T3保持正偏，直至障碍物被清除为止。
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传感器电路设计
清洁机器人上安装有多种传感器：各种红外传感器、碰撞传感器和霍尔速度传感器。
这些传感器协调工作，保证了机器人对外界环境和自身运动状态的判断。
传感器布局
传感器网络共有4个周边红外传感器、3 个底盘红外传感器、2 个调频红外传感器、2 个碰撞传感器、2 个霍尔转速传感器以及1个电机过流传感器、1 个充电电源检测传感器、1 个电池充满传感器和一个A D。
其布局如图3-7 所示。
图3-7 传感器布局
红外线避障传感器电路设计
避障传感器的基本原理是利用物体的反射性质。
因为在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。
而如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到传感器的接收头。
传感器检测到这一信号就可以确认正前方有障碍物，并传送给单片机，单片机通过输入内部的算法，协调小车两轮工作，从而完成躲避障碍物的动作。
通过比较，本系统中选用E18--D80NK-N红外避障传感器。
E18-D80NK-N是E18-D80NK的升级版。
改动部分主要是内部电路板和外部连线。
传感器外部接线，在末端增加了杜邦头，方便用户使用。
E18-D80NK-N这是一种集发射与接收于一体的光电传感器，发射光经过调制后发出，接收头对反射光进行解调输出。
有效的避免了可见光的干扰。
透镜的使用，也使得这款传感器最远可以检测80厘米距离的问
题（由于红外光的特性，不同颜色的物体，能探测的最大距离也有不同白色物体最远，黑色物体最近）。
检测障碍物的距离可以根据要求通过尾部的电位器旋钮进行调节。
该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合。
E18--D80NK-N的工作电压为5V，工作电流为10--15mA，驱动电流为100mA,探测距离为3--80cm。
E18--D80NK-N也是一个数字传感，其为NPN型光电开关，输出状态是0和1，即数字电路中的低电平和高电平；检测到目标是高电平输出，正常状态是低电平输出。
此时可以通过旋转传感器后面的按钮，改变传感器可以测量的距离，比如可以通过调节旋钮，使它测5cm距离以内是否有障碍物，如果5cm以内有物体则返回一个高电平，同时传感器里面的绿色小灯被点亮。
本系统需要可以测得距离是否有变化的传感器，所以该传感器可以胜任。
本系统共用4个E18--D80NK-N红外避障传感器，通过调节旋钮，使它们可以测得设定距离以内的障碍物，这样当机器人处在障碍物设定距离内的地方时，传感器返回低电平，被单片机检测到并作相应的处理。
我们利用上述传感器设计如下图所示电路，其中D1发射红外线，D2接受红外线信号。
LM231(此芯片待定)的第5、7引脚为频率的设定端，一般通过调整其外接可变电阻来改变频率。
红外载波信号来自其第7脚，也就是说载波信号与频率一致时，能够极大的提高抗干扰特性。
当接收到的红外载波信号和频率一致时，说明不是干扰，则第6脚输出低电平。
红外信号经反射后，由探头的光敏三极管接收反射光，经过RC滤波电路及LM741组成的并联负反馈放大电路对信号进行放大，输出频率的方波送到LM231中进行解调，然后经其内部的比较器转换为数字信号经由6号脚输出。
图3-8 红外传感电路
本电路既简化了线路和调试工作，又防止了周围环境变化和元件参数变化对收发频率造成的差异，实现了红外线发射和接收工作频率的自动同步跟踪，使电路的稳定性和抗干扰能力大大加强。
碰撞传感器
接触传感器通过与目标物体的接触来识别障碍物，选择OTH8084型微动开关作为接触传感器，如图所示，该型号开关结构小巧，使用便捷可靠，信号无需调理。
碰撞传感器检测单元的接口电路如图所示，图中OUT接控制器2的INTI端口（另一检测单元接口），L1的限流电阻，S9为接触传感器，其脚1接地，当碰触到障碍物时，探测簧片被压下，传感器的1脚和3脚导通，工作电路形成回路，OUT端输出低电平。
OUT端输出的低电平能够直接被控制器识别。
碰撞传感器主要是用于小车检测左右侧或前方障碍物所用。
图3-9
红外台阶检测传感器
红外台阶检测使用集成的红外传感器，其外形如图所示。
其引脚定义为 1 脚电源地，2 脚电源正，3 脚信号输出端。
当传感器前方没有物体时，其输出高电平，有物体时输出为低电平。
使用时不需要再外接元件，只需要给其提供+5V 的电源就可以工作，但有效检测距离较近，比较适用于机器人地盘用于台阶的检测。
图3-10 集成红外传感器外形图
机器人地盘上共使用了三个集成的红外传感器，分别安装在两个驱动轮的前端和随动轮的前端，三个传感器的输出信号相或，这样只要其中任意一个传感器检测不到地面（遇到有台阶情况），输出即为高电平，单片机检测到这个高电平就立即停止前进，防止跌落。
具体电路见图3-11，或门使用两输入端四或门芯片7432。
霍尔传感器的测速电路设计
当电流流过霍尔传感器时，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压V精确的反映原边电流。
Q1
NPN
R1
4.7k
R2
1k
VCC
图3-11 霍尔传感器的测速电路
上述的电路只是霍尔元器件测速的部分电路，需要在其左端接入霍尔元件，右端可以接入计数器，这样可以更好地得到计算结果。
多传感器信息融合
多传感器信息融合、自动充电技术和定位及路径规划技术，通过融合处理综合分析来自各个传感器的信息，利用各种传感器性能上的差异与互补性，获取有效、可靠、完整的信息。
采用这种方法，即使各个传感器所提供的信息有一定
的误差和不确定性，但通过对它们提供的信息进行有效的综合，仍可以获取比任何单一传感器信息更可靠、更完整的融合结果。
因此多传感器信息融合技术在吸尘机器人的开发上具有很大的应用价值。