红外技术在智能车上的应用

红外技术在智能车上的应用

摘要：红外传感器内部发射特殊红外线光波，相当数据流，也就是数字信号转成红外信号---红外信号转成数字信号（达到控制，信号传输的效果）。红外技术在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。红外传感系统是用红外线为介质的测量系统。本文采用红外光电传感器结合当前的单片机技术和计算机技术设计出了一种比较实用的汽车测速系统。其特点如下：可实现非接触测量；电路简单，用单片机代替电路设计其可降低成本；通过与计算机的串行通讯可实现远程测试

关键字：红外光电开关传感器测速智能车

传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件，红外传感器就是其中的一种。随着现代科学技术的发展，红外线传感器的应用已经非常广泛。众所周知，光线都是不同波长的电磁波，红外线，即红外辐射是指波长大约在0.75—1000μm的电磁波，是人眼所不能看到的光线，因此，基于红外光线的光电传感器（光电开关）不受其他光源的干扰和使用环境的限制，具有工作可靠、抗干扰能力强、响应速度快、寿命长等优点。因此红外光电管非常适合智能车路径的识别探测和速度测量。本文主要介绍红外在智能汽车测速装置上的应用。

智能模型车结构主要有五部分组成：寻迹部分（包括光电管），微控制器最小系统，驱动控制电路，速度测量部分，以及模型车的其他硬件设计软件设计。智能模型车的速度测量和控制是整个模型车设计过程中的重要和关键组成部分，为了使得小车能够平稳快速沿赛道运行，需要控制车速防止在急转弯时由于速度过快而冲出跑道。速度测量将决定着智能模型车的速度控制以及整个模型车的性能。通过速度检测，对小车速度进行闭环反馈控制，可使小车运行得更加准确。使用传感器采集道路信号（常用光电对管），通过AD转换后到单片机，同时采集速度，经过单片机编程控制舵机的转角和电机的速度，从而完成完成道路识别和自动控制。转速闭环控制系统中，车速检测一般是通过检测驱动电机转数实现的。电机转速检测方式很多这里主要介绍反射式光电检测和透射式光电检测。

反射式光电检测的原理如图一所示，接收管通过接受黑白相间的条码光电码盘发出的信号，通过比较电路将信号进行处理得到所需要的标准输出波形。

图一图二：传感器示意图

码盘装在马达或驱动车轮上，码盘转动时，红外传感器发射端照在白色处反射回接收端，通过电路转换成相应的脉冲信号。照射在黑色部分红外光线被吸收。黑白间隔的条纹数越多，同等速度下单位时间内所能检测到脉冲数也越多，因而速度检测的分辨率也更高。另一方面，条纹增多后，相邻脉冲间的持续时间会变短，脉冲检测的可靠性会因相邻脉冲的干扰而受到影响，所以要权衡速度检测分辨率和可靠性两方面。

透射式光电检测原理如图三所示，码盘除黑色部分其他地方均挖空，使其有空隙让红外光线通过，使用的传感器为对射管，即发射端和接收端居于码盘两侧。

图三图四；经处理后的脉冲

图三：码盘随车轮或马达一起转动时，发射端的红外光线在挖空处能透过码盘，接收端接收到红外线。经过电路处理后的脉冲可接入单片机计数器进行计数。

一般而言，智能汽车速度测量要求精度尽量高。测量准确，将对速冻控制以及速度调试起非常重要的作用，可以减少控制时的误差以及缩小与期望值之间的差距，便于速度的准确控制，从而提高智能车的整体性能。此外，测量装置的体积要尽量小。综合各种因素，我们选择了旋转编码器测速，旋转编码器的工作原理为由一个中心有轴的光电码盘，轴承为滚珠轴承，阻力非常小。类似于透射式光电检测，将红外光源及码盘封闭起来以减小外部光线的干扰，红外发射装置以一定频率f发射红外光，红外光转成电信号并进行处理，输出信号经逻辑电路后转换成逻辑电平来控制计数器，当码盘没有遮断红外接收与处理专职将接收到频率为f的红外光进行处理。输出A、B高电平，Y为低电平，计数器不能打开，反之，计数器开始工作。从而达到测速的目的。

图五：编码器实物图六；编码器具体位置图七：编码器外部电路

红外除了在智能车测速装置应用外，还用于智能车的赛道检测，利用红外反射式光电开关将路面信息传递给单片机，从而控制舵机转角。该传感器为发射与接收一体化红外传感器，它的外壳可以抑制相邻干扰。红外接受管接收道路反射的红外光后会产生变化的的电压，它可以反映出赛道中心线的位置。为了提高检测前瞻距离，需要加大红外发射功率，使得返回的红外线的强度提高，抑制环境光线的干扰，通常需要在光电管的输出端加比较器或放大器对信号放大后再接入单片机进行处理。

图八：CCD拍摄到的红外管发光情况图九：智能车跑道

红外光电开关是一种新型的非接触式开关，不受其他光源的干扰和使用环境的限制，具有工作可靠、抗干扰能力强、响应速度快、寿命长等优点。而且，红外虽是不可见光，但它的直线传播、反射、折射等物理属性均与可见光相似，在光的传播中可以使用聚焦镜、折射镜等光学器件，光线不可见意味着有一定的隐蔽性，所以这种传感器在工农业生产和安全警卫工作中有着广泛的应用前景。我们每天用到的电视机遥控、根据人的来去而自动开关的自动门、卫生间里利用红外感应传感器自动开关的水龙头和抽水马桶、不用接触身体就能测量体温的红外温度计……这些都是红外光电技术的“妙用”。人们正尝试各种方法捕捉、利用这种肉眼看不见的光，让我们的视野越来越开阔。相信在不久的将来，红外技术将带给我们的生活更大的方便，为社会创造更多的财富。

参考文献：1、红外物理石晓光叶文兵器工业出版社；

2、学做智能车卓晴北京航空航天大学出版社；

3、红外光电传感器在转速测量仪上的应用曹泽静

4、传感器与现代检测技术陶红燕清华大学出版社