超声波 红外避障
移动机器人的多传感器测距系统设计
一、引言
在自主移动机器人的实时避障和路径规划过程中，机器人须依赖于外部环境信息的获取，感知障碍物的存在，测量障碍物的距离。目前，机器人避障和测距传感器有红外、超声波、激光及视觉传感器。激光传感器和视觉传感器价格贵，对控制器的要求较高，因而，在移动机器人系统中多采用红外及超声波传感器。
多数系统采用单一传感器进行信息采集，但超声波传感器因为存在测量盲区的问题，测距范围一般在30～300cm之间；而红外测距传感器的探测距离较短，一般在几十厘米之内，它可以在一定程度上弥补超声波传感器近距离无法测量的缺点。因而，本系统采用多路红外和超声波传感器进行距离信息的测量和采集。
二、测距原理及方法
（一）超声波传感器
超声波是指谐振频率高于20 Hz的声波，频率越高反射能力越强。超声波传感器价格低廉，其性能几乎不受光线、粉尘、烟雾、电磁干扰的影响，并且，金属、木材、混凝土、玻璃、橡胶和纸等可以反射近乎100％的超声波，因而，可以用来探测物体。超声波测距的方法为回声探测法，发射换能器不断发射声脉冲，声波遇到障碍物后反射回来被接收换能器接收，根据声速及时间差计算出障碍物的距离。距离与声速、时间的关系表示为
式中：s为与障碍物间的距离，m; c为声速，m/s；t为第一个回波到达的时刻与发射脉冲时刻的时间差，s。
c与温度有关，空气中声速与温度的关系可表示为
式中c为声速，m/s;θ为环境温度，℃。
（二）提高超声波测距精度的方法
1．采用合适的频率和波长：使用超声波传感器测距，频率取得太低;外界杂音干扰较多；频率取得太高，在传播过程中衰减较大。并且，超声波传感器在测量过程中容易产生盲区，接收端易接收到泄漏波。改善这一缺点，须减少发射波串的长度，增高发射波频率。但发射波串长度过短会使得发射换能器不能被激振或激振达不到最大值；发射波频率过高则衰减大，作用距离下降、有试验表明：使用40 kHz的超声波，发射脉冲群含有10-20个脉冲，具有较好的传播性能。
2．提高系统的计时精度也可提高超声波的测距精度，计时器的计数频率越高，则由于时间的量化误差所引起的测距误差就越小。
3．对系统电路的时间延迟进行补偿可以减小测距误差，提高测距精度。延迟时间
式中△t为延迟时间，s;s1,s2为2个已知的测量距离，m；t1，t2为对应的测量时间，s。
（三）红外避障传感器
红外线是介于可见光和微波之间的一种电磁波，因此，它不仅具有可见光直线传播、反射、折射等特性，还具有微波的某些特性，如较强的穿透能力和能贯穿某些不透明物质等。红外传感器包括红外发射器件和红外接收器件。自然界的所有物体只要温度高于绝对零度都会辐射红外线，因而，红外传感器须具有更强的发射和接收能力。
红外传感器的的测距基本原理为发光管发出红外光，光敏接收管接收前方物体反射光，据此判断前方是否有障碍物。根据发射光的强弱可以判断物体的距离，它的原理是接收管接收的光强随反射物体的距离而变化的，距离近则反射光强，距离远则反射光弱。
目前，使用较多的一种传感器-红外光电开关，它的发射频率一般为38 kHz左右，探测距离一般比较短，通常被用作近距离障碍目标的识别。本系统采用的即为此种传感器。
（四）红外测距的缺陷
受器件特性的影响，一般的红外光电开关抗干扰性差，受环境光影响较大；并且，探测物体的颜色、表面光滑程度不同，反射回的红外线强弱就会有所不同。
三、硬件系统构成
（一）系统组成
该测距系统由单片机、超声波发射接收电路、红外发射接收电路、数码显示电路及串口通信电路等模块组成，见图1。控制核心为凌阳16位单片机SPCE061 A，芯片上集成有2个16位可编程定时器/计时器，14个中断源，32位通用可编程输人/输出通道，7通道10位A/D转换器。
移动机器人的前方、左方、右方各安装一套超声波及红外传感器，使机器人能够感知3个方位的障碍信息。单片机在接收到传感器的信息后，将传感器的信号转换为距离信息，在LED数码管上显示，并通过串口RS - 232接口与上位PC机通信，传输距离信息。
（二）超声波传感器电路
凌阳单片机的I/O9-I/O11口接三路超声波发射电路，I/O3-I/O5接三路超声波接收电路。单片机产生的40 kHz信号由I/O输出，经反相器4049B组成的升压放大电路，最后，由超声波发射换能器UCM40T发射；声波遇到障碍物返回，被接收换能器UCM40R 接收，信号经OP07组成的两级放大电路放大，通过锁相环音频译码器LM567选频，滤除干扰信号，最后，通过I/O口输入单片机。单片机通过声波的传输时间计算障碍物距离。
（三）红外传感器电路
凌阳单片机的I/O0～I/O6可作为10位A/D转换器。本系统中，凌阳单片机的
I/O0～I/O2口作为A/D转换器使用，I/O6～I/O8接三路红外发射电路，I/O0～I/O2
接三路红外接收电路。单片机I/O口输出高电平时与红外发光管TLN205导通，发射红外光；光波在遇到障碍物后反射，被红外接收管TPS708接收，产生一个与光强相对应的电流，电流经LM358组成的两级放大电路放大后，输出一个0～3V的模拟电压，经A/D口输人单片机。单片机通过电压的大小计算、判断障碍物的距离。
四、软件设计
单片机SPCE061 A选用系统时钟频率fosc＝20.480MHz，CPU时钟频率（CPUCLK）为fosc/2＝10. 24 MHz，时钟源A选用频率32768 Hz，时钟源B选用频率1 Hz,,SPCE061A 提供2个16位的定时／计数器：TimerA和TimerB。TimerA的时钟源由时钟源A和时钟源B进行与操作形成；TimerB的时钟源仅为时钟源A。
40 kHz的超声波脉冲为高低电平各占12.5μs的方波，CPU时钟计数延迟123个指令周期即为12.5μs。单片机通过不断的交替产生12.5μs的高低电平即可产生40 kHz 的脉冲信号，每次发射20个脉冲的脉冲群，持续0.5 ms，脉冲发射、间隔时间至少20 ms，从I/O口输出。系统选用定时器A作为产生20 ms的定时中断，选用定时器B作为超声波计数器。
由于超声波传感器存在测量盲区，因而，在程序设计中，将远于30 cm的测距由超声波传感器完成，30 cm以内由红外传感器完成。
红外测距过程中，选用定时器A产生0.1S的中断进行A/D采样，并将采样的电压值转换为距离信息。
主程序中，首先，进入红外探测子程序，如果探测到障碍物，则进人数据传输、显示及运动控制子程序；没有探测到障碍物，则进入超声波探测子程序。超声波探测到障碍物，则进人数据传输、显示及运动控制子程序，没有探测到障碍物，则循环进行红外探测。图2、图3分别为红外及超声波探测子程序。
五、测量结果
试验过程中，采用同大小、质地、颜色的障碍物进行测量。试验表明：系统在0～200 cm的范围间测距精度在1％之内，能够较为准确对障碍物进行测距。在30 cm以内的测距由红外传感器完成，30～200 cm之间的测距由超声波传感器完成，试验结果见表1。
六、结束语
本文研究了一种低成本、低功耗、高效能的移动机器人侧距系统，采用超声波和红外传感器的多传感器系统，有效地解决了单一传感器测距系统中测量盲区的缺陷问题；并且，采用3组传感器组装配在机器人的3个不同位置，使得机器人可完成3个不同方位的测距任务。
信息来源：传感器与微系统
我认为这里一个重要的东西就是LM339（比较器），LM339芯片内部装有四个独立的电压比较器，是很常见的集成电路。利用lm339可以方便的组成各种电压比较器电路和振荡器电路。引脚图如下：
LM339总共有四个电压比较器，功能都相同。
其中，3号引脚VCC,12号引脚GND
1、功能为正引脚的电压如果高于负引脚的电压，则输出端口的电压为高电平。
2、正引脚的电压低于负引脚的电压，输出端口的电压为低电平。
根据以上的特性，我们就可以将其利用在红外传感电路中。下面我来分析下，为什么我们电路这样设计。
1、红外接收管，我们接了个3M的电阻，很大。用来分压，这样红外接收管部分的电压就会很低，则LM339的4号管脚，就会是低电平。5号管脚的电平会高于4号管脚的。最终，2号管脚输出的就是低电平。
2、在输出管脚线上，我接了一个发光二极管，这样可以很明显的感受到2号输出管脚的高低电平。只有当2号输出管脚为低电平时才发光。若当接收管收到了信号但是，二极管却没有发光。我们可以调节-滑动变阻器来调节电压值。
红外避障小车讲解
目的： 本毕业设计是红外蔽障小车的设计，通过设计使学生系统的熟悉和掌握单片机控制系统设计方面的内容体系、开发流程和程序设计，培养学生具有综合运用所学的理论知识去开拓创新及解决实际问题的能力。培养学生掌握设计题的思想和方法，树立严肃认真的工作作风、培养学生调查研究、查阅技术文献、资料、手册以及编写技术文献的能力。同时是为了掌握电路设计的方法和技巧。如何将学习到的理论知识运用到实际当中去，怎样能够活学活用，深入的了解电子元器件的使用方法，了解各种元器件的基本用途和方法，能够灵活敏捷的判断电路中出现的故障，学会独立设计电路，积累更多的设计经验，加强焊接能力和技巧，完成基本的要求。并能完美的完成这次实训。 目录 一、任务书...............................P1 二、引言..............................P2 二、要求与发挥...........................P4 三、设计摘要.............................P6 四、模块方案比较.......................P7 1.避障模块 2.驱动模块
3.控制模块 五、程序设计.........................P9 1.程序流程图 2.程序编写 六、工作原理.........................P13 七、结论............................P13 八、参考文献........................P14 九、毕业设计（论文）成绩评定表.....P15 任务： 利用单片机、红外实现避障，要求具有下述功能： 1.小车前进可以避开（前、左、右）20cm的障碍物； 2.实现下车前进时，不碰障碍物； 3.具有声音播报功能。 引言 随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成程度越来越高，单片机已可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器、A/D转换器、D/A转换器等多种电路，这就很容易将计算机技术与测量控制技术结合，组成智能化测量控制系统。这种技术促使机器人技术也有了突飞猛进的发展，目前人
红外避障小车设计说明
红外避障小车
前言 --------------------------------------------------- 随着生产自动化的发展需要，机器人已经越来越广泛地应用到生产自动化上，随着科学技术的发展，机器人的传感器种类也越来越多，其中红外传感器已经成为自动行走和驾驶的重要部件。 红外的典型应用领域为自主式智能导航系统，机器人要实现自动避障功能就必须要感知障碍物，感知障碍物相当给机器人一个视觉功能。智能避障是基于红外传感系统，采用红外传感器实现前方障碍物检测，并判断障碍物远近。 由于时间和水平有限，我们暂选最基本的避障功能作为此次设计的目标。 本设计通过小车这个载体再结合由AT89S51为核心的控制板可以达到其基本功能，再辅加由漫反射式光电开关组成的避障电路、555组成的转速控制电路、电源电路、差分驱动电路就可以完善整个设计。
目录 前言------------------------------------------------------------------------------1 目录------------------------------------------------------------------------------2 摘要------------------------------------------------------------------------------3 功能概述------------------------------------------------------------------------3硬件设计------------------------------------------------------------------------3 避障电路------------------------------------------------------------------------4单片机电路---------------------------------------------------------------------7
移动机器人超声波测距避障系统设计
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/2e9115406.html, 移动机器人超声波测距避障系统设计 作者：李恒徐小力左云波 来源：《现代电子技术》2014年第03期 摘要：测距避障是移动机器人适应未知复杂环境的能力之一，准确测出移动机器人和障碍物之间的距离是关键。以dsPIC33FJ256MC710单片机为核心研究设计了一种移动机器人超声波测距避障系统。该系统利用脉冲回波法测距，针对超声波在空气中的传播速度受环境温度的影响，设计了超声波速度温度补偿电路。实验结果表明该超声波测距避障系统测量数据准确，能够满足移动机器人在复杂环境中避障的需求。 关键词：移动机器人；测距避障；超声波；硬件电路 中图分类号： TN710?34； TP73 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014） 03?0157?03 Design of obstacle avoidance system with ultrasonic ranging based on mobile robot LI Heng， XU Xiao?li， ZUO Yun?bo （Ministry of Education Key Laboratory of Modern Measurement & Control Technology，Beijing Information Science & Technology University， Beijing 100192， China） Abstract：Obstacle avoidance with ranging is one of robot′s competencies in adapting to unknown complex environment. It is very important to measure the distance between the robot and the obstacles accurately. An obstacle avoidance system with ultrasonic ranging by mobile robot is designed with dsPIC33FJ256MC710 as the core. The distance between the robot and the obstacles is measured with pulse echo method. Ultrasonic velocity temperature compensation circuit is designed for ultrasonic velocity changes as the ambient temperature. Experimental results show that the system ranging accurately and is able to meet the requirement of obstacle avoidance for mobile robot in complex environments. Keywords： mobile robot； obstacle avoidance by ranging； ultrasonic； hardware circuit 0 引言 在某些特种环境，如反恐排爆、灾难救援等现场，特种机器人被广泛地用于代替人类执行信息获取、搜索救援、环境检测等工作。作业环境的复杂多变，要求特种机器人有较好的环境适应能力，能够在未知或者部分未知的环境中通过传感器获取周围环境信息，包括障碍物的尺寸，位置和距离等信息，并使机器人找到一条无碰撞最优路线[1]。移动机器人测距避障的传
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 超声波测距及红外避障小车的设计 发表时间：2018-06-11T11:51:58.193Z 来源：《电力设备》2018年第1期作者：赵勇柳青张腾文 [导读] 摘要：介绍一种超声波测距及红外避障小车的设计，根据功能需求，进行系统方案设计，进而进行系统模块设计。 （沈阳理工大学信息科学与工程学院辽宁沈阳 110159） 摘要：介绍一种超声波测距及红外避障小车的设计，根据功能需求，进行系统方案设计，进而进行系统模块设计。本小车将超声波测距和红外避障结合起来，增加了系统的可实现性。 关键词：超声波测距；红外避障；小车；设计 概论 在当今世界，复杂的环境不断对科技提出越来越高的要求，要求我们探寻更为合适的技术来适应复杂环境的变化。超声波测距因其可以直接测量近距离目标，纵向分辨率高，适用范围广，方向性强，并具备不受光线、烟雾、电磁干扰等因素影响，且覆盖面积大等优势被广泛应用；红外避障则是通过检测红外光遇到障碍物反射来感知障碍物的存在，反馈至控制器，单片机进行驱动报警以有效避障。本智能小车将超声波测距技术和红外避障技术相结合，为现代智能化生活中，非接触特殊环境下的探测及测距、安全保护、车载倒车等提供可靠、实时有效的保障。 1.功能需求 该超声波测距及红外避障小车将测距功能和避障功能相结合，在获得距离信息的基础上进行有效避障，并将距离显示在LCD1602液晶显示屏上，当距离小于一定数值时，小车将转向。小车使用电机进行驱动，采用AT89S52单片机作为核心控制器进行有效控制。 2.系统方案设计 本智能小车由超声波测距系统、温度补偿系统、摄像头传输系统、红外避障系统、WIFI系统、显示系统六部分组成。小车的运行由AT89S52芯片作为核心控制器，测距和红外避障由超声波传感器和红外传感器进行数据采集，显示系统部分由LCD1602液晶显示屏来完成，温度传感器采集外界环境温度进行温度补偿，摄像头和WIFI模块完成画面的传输和设备的控制，如图1所示。 图1 系统硬件组成 3.系统模块设计 3.1超声波测距模块 本小车设计的测距系统采用脉冲回波法测距，以AT89S52芯片为核心，通过超声波传感器发射超声波，在发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到返回波时就立即停止计时。如果设超声波的传播速度为计时器记录的时间为，可计算出发射距离障碍物面的距离，即 3.2温度补偿模块 温度补偿模块主要是对温度进行补偿，以减小测距误差。温度传感器主要运用的是DS18B20。每次温度测量前，首先会将温度寄存器和低温度系数振荡器预置-55℃所对应的基数值，而高温度系数振荡器会根据环境温度确定一个振荡周期。然后，低温度系数振荡器开始振荡，对应的计数器对振荡脉冲进行减计数，直到计数器中被预置的值减为0。此时，温度寄存器的值加1，而低温度系数振荡器的值重新被预置到-55℃所对应的基数值，如此重复直到高温度系数振荡器停振，此时，温度寄存器的值就是所要测的温度值。 3.3摄像头和WIFI模块 摄像头将道路实时画面传输到手机或PC等终端设备上，操作者可以直观地了解到道路信息。通过手机或PC上的WIFI与在小车上的WIFI模块相协同，可以在手机或PC端控制小车的前进、后退、拐弯等动作，该系统便于灵活控制小车动作、易于操作。 3.4红外避障模块 避障传感器利用物体的反射性质来实现避障功能。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；如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头，传感器检测到这一信号，确认正前方有障碍物，并将信号传给单片机，单片机对信号进行系统的处理分析，从而协调小车两轮工作，完成躲避障碍物的动作。 3.5显示模块 将测得的温度和距离通过传感器送入到单片机中进行处理，将处理后的结果显示在液晶上，可以直观地读出温度和距离参数，使参数可视化，便于实时监测测距精度。 红外避障电动小车C51程序 时间:2009-05-13 来源: 作者: 点击：1400 字体大小:【大中小】 #include"reg51.h" #include 智能超声波避障小车 姓名： 班级： 学号： 目录 摘要 (3) 一、总体方案概述 (3) 二、总体电路原理图 (3) 三、各模块功能介绍 (4) （一）、超声波测距模块 (4) （二）、步进电机控制模块 (5) （三）、单片机控制模块 (6) 四、系统软件设计 (6) 五、应用前景 (7) 六、参考文献 (8) 摘要： 现今发达的交通在给人们带来便捷的同时也带来了许多的交通事故。 发生交通事故的因 素有很多。 当然，如果我们的汽车能够更加智能，就是说事先能预测并显示前面障碍物离车的距离，当障碍物距离很近时汽车会自动采取一些措施避开障碍物，这样就能够在很大程度上避免这些事故的发生。在本论文中，我们将会看到能够实现这一功能的智能小车。 关键字：超声波、测量、避障、单片机 一、总体方案概述 本小车使用一台AT89S51单片机作为主控芯片，它通过超声波测距来获取小车距离障碍物的距离，并且用数码管实时的显示出来，在小车与障碍物的距离小于安全距离（用软件设定）时，小车会发出“在距您车前方x（数码显示的实时距离）米的地方有一障碍物，请您注意避让”的语音提示，并且拐弯，以避开障碍物，同时会点亮相应侧边的发光二极管作为提示信号。在避开障碍物后，小车会沿直线前进。 本系统设计的简易智能小车分为几个模块：单片机控制系统、超声波路面检测系统、前进、转弯控制电机以及方向指示灯系统。它们之间的相互关系如下图1所示。 二、总体电路原理图 图1：智能小车简要原理框架图 三、各模块功能介绍 （一）、超声波测距模块 首先利用单片机输出一个40kHz的触发信号，把触发信号通过TRIG管脚输入到超声波测距模块，再由超声波测距模块的发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时单片机通过软件开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物返回，超声波测距模块的接收器收到反射波后通过产生一个回应信号并通过ECHO脚反馈给单片机，此时单片机就立即停止计时。时序图如图1所示。由于超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离，即：S=VT/2，通过单片机来算出距离。 图1：超声波模块时序图 单片机设计智能避障小车 摘要 利用红外对管检测黑线与障碍物，并以STC89C51单片机为控制芯片控制电动小汽车的速度及转向，从而实现自动循迹避障的功能。其中小车驱动由L298N 驱动电路完成，速度由单片机输出的PWM波控制。本文首先介绍了智能车的发展前景，接着介绍了该课题设计构想，各模块电路的选择及其电路工作原理，最后对该课题的设计过程进行了总结与展望并附带各个模块的电路原理图，和本设计实物图，及完整的C语言程序。 关键词：智能小车；51单片机；L298N；红外避障；寻迹行驶 abstract Using infrared detection black and obstacles to the line and STC89C51 microcontroller as the control chip to control the speed of the electric car and steering, so as to realize the function of automatic tracking and obstacle avoidance. Which the car driven by the L298N driver circuit is completed, the speed of the microcontroller output PWM wave control. This article first introduces the development of the intelligent car prospect, then introduces the design idea, the subject selection of each module circuit and working principle of the circuit, the design process of the subject is summarized and prospect with each module circuit principle diagram, and the real figure design, and complete C language program. Key words: smart car; 51 MCU; L298N; infrared obstacle avoidance; track driving 红外避障传感器介绍（反射型）日期:2006-5-16 14:05:14 来源: 点击: 1572 添加到收藏夹 实图： 技术指标： 主体外形尺寸：23×15.3×15.1mm(长×宽×高) 重量：7g 额定电压：直流电源5.0V 检测范围（反射面为白色木板）：1~ 40cm（挡板为白色时检测距离在40cm时达到临界点，超过此数值后检测效果变差） 调节方式：多圈电阻式调节，逆时针方向旋转功率变小，顺时针方向旋转功率变大 返回值：有信号（高电平）返回值为“1”，无信号（低电平）返回值为“0” 状态指示方式：检测到信号指示灯亮红灯，无信号不亮 安装方式：单颗?3螺丝安装 线长：17.4cm±0.2cm（有效距离） 连接方式：单条3芯排线，2510型3脚插头 有效角度：30 左右 原理与功能 红外避障传感器（以下简称红外）。红外具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射一定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到障碍物（反射面）时，红外信号反射回来被接收管接 应用介绍： 红外是通过发射端发射红外信号，接收端接收由障碍物反射回来的红外信号，来判断是否有障碍物。 项目应用 红外避障传感器在很多项目中都有使用。 在初中灭火、高中搜救项目中，机器人可以通过红外避障传感器走迷宫； 在轨迹项目中，机器人可以通过黑、白色对红外线的反射和吸收值不同而用红外避障传感器来识别黑色的轨迹线。 注意事项： 1、红外是数字传感器，红外接收管只有在接收到一定强度的红外信号时才会有数值的变化。障碍物（反射面）太小时，红外会检测不到；障碍物（反射面）颜色为黑色或深色时，会被吸收大部分的红外信号，而只反射回一小部分，导致红外接收管接收到的红外信号强度不够，不足以产生有障碍物（反射面）的信号。 2、红外在暖光源的照射下（如白炽灯、太阳光）检测受到很大影响，它会受到所有相近红外信号的干扰，白炽灯和太阳光中含有红外信号成分较多，对红外的影响也较大。红外相互之间也存在干扰，因而在使用时需要注意。 3、红外采用的是发射、接收原理，不同反射面对红外信号的吸收与散射，将影响其检测范围，根据测试红色的反射面效果最佳，白色其次，黑色最差；同时反射面的粗糙度和平整度也会影响检测的效果。 避障检测传感器简介 ——基于超声波技术的避检测系统的文献综述 陈香敏10807030202 摘要：避障系统技术在工业现场、车辆导航、水声工程等领域都具有广泛的应用价值，目前已经应用于物位测量、机器人自动导航以及空气中与水下的目标探测、识别、定位等场合。本文主要介绍避障使用的传感器，主要有超声波传感器、视觉传感器、红外传感器、激光传感器等。 0.引言： 随着计算机的应用和传感技术的发展，移动机器人的研究又出现了新的高潮。以研制高水平的环境信息传感器和信息处理技术，高适应性的移动机器人控制技术，真实环境下的规划技术为标准，开展了移动机器人更高层次的研究。避障是智能移动机器人基本的功能，具体的实现方法多种多样。 在自主移动机器人的实时避障和路径规划过程中，机器人须依赖于外部环境信息的获取，感知障碍物的存在，测量障碍物的距离。目前，机器人避障和测距传感器有红外、超声波、激光及视觉传感器。激光传感器和视觉传感器价格贵，对控制器的要求较高，因而，在移动机器人系统中多采用红外及超声波传感器。多数系统采用单一传感器进行信息采集，但超声波传感器因为存在测量盲区的问题，测距范围一般在30～300cm之间；而红外测距传感器的探测距离较短，一般在几十厘米之内，它可以在一定程度上弥补超声波传感器近距离无法测量的缺点。因而，一般情况下多采用多路红外和超声波传感器进行距离信息的测量和采集。 关键字：避障系统超声波传感器红外传感器激光传感器视觉传感器 1、激光传感器 1.1、基本工作原理 激光传感器工作时，先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号，并将其转化为相应的电信号。常见的是激光测距传感器，它通过记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。激光传感器必须极其精确地测定传输时间，因为光速太快。 例如，光速约为3´108m/s，要想使分辨率达到1mm，则传输时间测距传感器的电子电路必须能分辨出以下极短的时间： 0.001m¸(3´108m/s)=3ps 要分辨出3ps的时间，这是对电子技术提出的过高要求，实现起来造价太高。但是如今的激光测距传感器巧妙地避开了这一障碍，利用一种简单的统计学原理，即平均法则实现了1mm的分辨率，并且能保证响应速度。1．2、特点： 激光测距传感器的方向性特别好，对一般应用可以认为是理想的直线。激光测距传感器的波束很窄，所以方向性好，因此可得到障碍物的准确位置。激光测距的精确度很高，但是激光测距的技术复杂，实现难度较大，而且一些激光传感器发射的激光，对人的眼睛有伤害。 2、红外传感器 2.1、基本工作原理 红外线是介于可见光和微波之间的一种电磁波，因此，它不仅具有可见光直线传播、反射、折射等特性，还具有微波的某些特性，如较强的穿透能力和能贯穿某些不透明物质等。红外传感器包括红外发射器件和红外接收器件。自然界的所有物体只要温度高于绝对零度都会辐射红外线，因而，红外传感器须具有更强 //智能小车避障、循迹、红外遥控C语言代码 //实现功能有超声波避障，红外遥控智能小车，红外传感器实现小车自动循迹，1602显示小车的工作状态，另有三个独立按键分别控制三种状态的转换 //注：每个小车的引脚配置都不一样，要注意引脚的配置，但是我的代码注释比较多，看起来比较容易一点 #include 超声波引脚控制 ******************************/ sbit ECHO=P3^2; //超声波接收引脚定义兼红外遥控按键state_total =2 sbit TRIG=P3^3; //超声波发送引脚定义 /////红外控制引脚配置 sbit KEY2=P3^7; //红外接收器数据线兼循迹按键state_total= 0 sbit KEY1=P3^4; //独立按键p3.4控制自动避障state_total=1 uchar state_total=3,state_2=0;//总状态控制全局变量0为自动循迹模块1为自动避障模块2为红外遥控 uchar state_1,DAT; //红外扫描标志位 uchar time_1=0,time_2=0;//定时器1中断全局变量time_ 2控制PWM脉冲计数time_1控制转弯延时计数也做延时一次0.005s uchar time,timeH,timeL,state=0;//超声波测量缓冲变量state为超声波状态检测控制全局变量 uint count=0; //1602显示计数 /**************************/ unsigned char IRCOM[7]; //红外接收头接收数据缓存IRCOM[2]存放的为数据unsigned char Number,distance[4],date_data[8]={0,0,0,0,0,0,0,0}; //红外接收缓存变量 /***********/ void IRdelay(char x); //x*0.14MS 红外头专用delay void run(); 二．红外避障传感器避障传感器主要包括：超声波避障传感器，红外避障传感器，激光避障传感器等等。1.可以希望在相当短的时间内获得较多的红外传感器测量值以及测距范考虑到发射光线是光，30cm以内，所以我们选择红外避障传感器安装在机器人上。围较近，大致为 2.红外避障传感器的优点： 1）环境适应性好，在夜间和恶劣气象条件下的工作能力优于可见光；（2）被动式工作，隐蔽性好，不易被干扰；（）靠目标和背景之间各部分的温度和发射率形成的红外辐射差进行探测，因而识别伪装（3 目标的能力优于可见光；）红外系统的体积小、质量轻、功耗低；（4 ）不受电磁波的干扰、非噪声源、可实现非接触性测量。（5 红外避障传感器的不足： 3. 周围的光线都能导方向、由于传感器测量光的差异，其受环境的影响非常大，物体的颜色、致较大的测量误差。工作原理： 4. ）红外避障传感器：（1接收管接收这发射管发射一定频率的红外信号，具有一对红外信号发射与接收二极管，红外信号反射回来被接当传感器的检测方向遇到障碍物（反射面）时，种频率的红外信号，机器人即可利用红外波经过处理之后，通过数字传感器接口返回到机器人主机，收管接收，的返回信号来识别周围环境的变化。光学系统按结构不同可分为透射式红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。热敏元件应用最和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。通过转换电路变成热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，多的是热敏电阻。电信号输出。）热敏检测元件（2 热阻效应：物质的电阻率随温度变化的物理现象叫热阻效应。金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即）t0]Rt=Rt0[1+α（t-为温度系α（通常t0=0℃）时对应电阻值；Rt0Rt式中，为温度t时的阻值；为温度t0 数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为Rt=AeB/t 取决于半导体材料的结构的常数。B、A时的阻值；t为温度为Rt式中 （3）光电检测元件 光电效应：在高于某特定频率的电磁波照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流，即光生电，分为外光电效应和内光电效应。 光电导效应：在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化。当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体材料，且光辐射能量又足够强，光电材料价带上的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。 循迹、红外避障、遥控综合程序 /**********************ZYWIFI0939C-WIFI机器人实验板例程************************ * 平台：ZYWIFI0939C-WIFI机器人+ Keil U4 + STC89C52 * 名称：ZY-1智能小车参考程序 * 公司：湖南智宇科教设备有限公司 * 淘宝：https://https://www.360docs.net/doc/2e9115406.html,/ * 网站：https://www.360docs.net/doc/2e9115406.html, * 编写：智宇公司研发一部 * 日期：2015-1-15 * 交流:智能车QQ:261339276 * 晶振:11.0592MHZ * 说明：免费开源，不提供源代码分析 * 硬件设置：要有自己动手能力，才能完成实验 * 使用说明：根据下面IO口自己用杜邦线连接各种模块，可以自己修改各种模块IO口* 视频教程：本小车配套学习C语言详细视频教程，资料统一网盘下载重点提示：本程序只做参考，不提供技术支持，请自己研究吸收。 ******************************************************************/ #include 超声波其实就是声波的一种，超声波因其频率下限大于人的听觉上限而得名。一个比较形象的比喻就是蝙蝠。这种飞行类哺乳动物，通过口腔中喉部的特殊构造来发出超声波，当超声波遇到猎物或者障碍的时候就会反射回来，蝙蝠可以用特殊的听觉系统来接收反射回来的信号，从而探测目标的距离，确定飞行路线。超声波是最简单的测距系统，绝大部分生活中遇到的测距系统都是使用的这种技术，最常见的就是汽车的倒车雷达。在无人机上加装定向的超声波发射和接收器，然后将其接入飞控系统即可。 但是，超声波在无人机避障系统的应用中也有比较明显的干扰问题。虽然超声波避障系统不会受到光线、粉尘、烟雾，但在部分场景下也会受到声波的干扰。 其次，如果物体表面反射超声波的能力不足，避障系统的有效距离就会降低，安全隐患会显著提高。一般来说，超声波的有效距离是5米，对应的反射物体材质是水泥地板，如果材质不是平面光滑的固体物，比如说地毯，那么超声波的反射和接收就会出问题。 无人机避障系统 对于无人机来说，这种超声波系统应该放在多个方向，比如放在前后左右四个方向，可以在悬停和飞行的时候对周围保持监控;而放在机身下方和上方，则可以在起飞、下降以及降落的时候避免速度太快碰到障碍物或者地面。 往往人们总喜欢拿超声波于红外线做对比，那是由于超声波测距的原理比红外线更加简单，因为声波遇到障碍物会反射，而声波的速度已知，所以只需要知道发射到接收的时间差，就能轻松计算出测量距离，再结合发射器和接收器的距离，就能算出障碍物的实际距离。推荐阅读：避障无人机-视觉避障 超声波测距相比红外测距，价格更加便宜，相应的感应速度和精度也逊色一些。同样，由于需要主动发射声波，所以对于太远的障碍物，精度也会随着声波的衰减而降低，此外，对于海绵等吸收声波的物体或者在大风干扰的情况下，超声波将无法工作。 移动机器人的多传感器测距系统设计 一、引言 在自主移动机器人的实时避障和路径规划过程中，机器人须依赖于外部环境信息的获取，感知障碍物的存在，测量障碍物的距离。目前，机器人避障和测距传感器有红外、超声波、激光及视觉传感器。激光传感器和视觉传感器价格贵，对控制器的要求较高，因而，在移动机器人系统中多采用红外及超声波传感器。 多数系统采用单一传感器进行信息采集，但超声波传感器因为存在测量盲区的问题，测距范围一般在30～300cm之间；而红外测距传感器的探测距离较短，一般在几十厘米之内，它可以在一定程度上弥补超声波传感器近距离无法测量的缺点。因而，本系统采用多路红外和超声波传感器进行距离信息的测量和采集。 二、测距原理及方法 （一）超声波传感器 超声波是指谐振频率高于20 Hz的声波，频率越高反射能力越强。超声波传感器价格低廉，其性能几乎不受光线、粉尘、烟雾、电磁干扰的影响，并且，金属、木材、混凝土、玻璃、橡胶和纸等可以反射近乎100％的超声波，因而，可以用来探测物体。超声波测距的方法为回声探测法，发射换能器不断发射声脉冲，声波遇到障碍物后反射回来被接收换能器接收，根据声速及时间差计算出障碍物的距离。距离与声速、时间的关系表示为 式中：s为与障碍物间的距离，m; c为声速，m/s；t为第一个回波到达的时刻与发射脉冲时刻的时间差，s。 c与温度有关，空气中声速与温度的关系可表示为 式中c为声速，m/s;θ为环境温度，℃。 （二）提高超声波测距精度的方法 1．采用合适的频率和波长：使用超声波传感器测距，频率取得太低;外界杂音干扰较多；频率取得太高，在传播过程中衰减较大。并且，超声波传感器在测量过程中容易产生盲区，接收端易接收到泄漏波。改善这一缺点，须减少发射波串的长度，增高发射波频率。但发射波串长度过短会使得发射换能器不能被激振或激振达不到最大值；发射波频率过高则衰减大，作用距离下降、有试验表明：使用40 kHz的超声波，发射脉冲群含有10-20个脉冲，具有较好的传播性能。 2．提高系统的计时精度也可提高超声波的测距精度，计时器的计数频率越高，则由于时间的量化误差所引起的测距误差就越小。 3．对系统电路的时间延迟进行补偿可以减小测距误差，提高测距精度。延迟时间 式中△t为延迟时间，s;s1,s2为2个已知的测量距离，m；t1，t2为对应的测量时间，s。 （三）红外避障传感器 红外线是介于可见光和微波之间的一种电磁波，因此，它不仅具有可见光直线传播、反射、折射等特性，还具有微波的某些特性，如较强的穿透能力和能贯穿某些不透明物质等。红外传感器包括红外发射器件和红外接收器件。自然界的所有物体只要温度高于绝对零度都会辐射红外线，因而，红外传感器须具有更强的发射和接收能力。 红外传感器的的测距基本原理为发光管发出红外光，光敏接收管接收前方物体反射光，据此判断前方是否有障碍物。根据发射光的强弱可以判断物体的距离，它的原理是接收管接收的光强随反射物体的距离而变化的，距离近则反射光强，距离远则反射光弱。 目前，使用较多的一种传感器-红外光电开关，它的发射频率一般为38 kHz左右，探测距离一般比较短，通常被用作近距离障碍目标的识别。本系统采用的即为此种传感器。 （四）红外测距的缺陷 前言 --------------------------------------------------- 随着生产自动化的发展需要，机器人已经越来越广泛地应用到生产自动化上，随着科学技术的发展，机器人的传感器种类也越来越多，其中红外传感器已经成为自动行走和驾驶的重要部件。 红外的典型应用领域为自主式智能导航系统，机器人要实现自动避障功能就必须要感知障碍物，感知障碍物相当给机器人一个视觉功能。智能避障是基于红外传感系统，采用红外传感器实现前方障碍物检测，并判断障碍物远近。 由于时间和水平有限，我们暂选最基本的避障功能作为此次设计的目标。 本设计通过小车这个载体再结合由AT89S51为核心的控制板可以达到其基本功能，再辅加由漫反射式光电开关组成的避障电路、555组成的转速控制电路、电源电路、差分驱动电路就可以完善整个设计。 目录 前言------------------------------------------------------------------------------1目录------------------------------------------------------------------------------2摘要------------------------------------------------------------------------------3功能概述------------------------------------------------------------------------3硬件设计------------------------------------------------------------------------3 避障电路------------------------------------------------------------------------4单片机电路---------------------------------------------------------------------7电机转速控制电路------------------------------------------------------------7电源电路------------------------------------------------------------------------8电机驱动电路---------------------------------------------------------------9主程序设计--------------------------------------------------------------------12小结-----------------------------------------------------------------------------23参考文献-----------------------------------------------------------------------23超声波测距及红外避障小车的设计
红外避障电动小车C51程序
智能超声波避障小车汇总
基于 单片机设计智能避障小车
红外避障传感器简介
基于超声波技术的避障检测系统设计
智能小车循迹,避障,红外遥控C语言知识学习代码
红外避障传感器
循迹、红外避障、遥控综合程序
超声波避障无人机
超声波 红外避障
红外避障小车课程设计报告