智能小车循迹模块

智能小车红外循迹巡线传感器原理与应用电路
2011-09-27 11:24
智能小车是指由单片机控制的，可以修改程序的，在程序的控制下，能够自由移动，自动完成特定功能的小车。

它集计算机技术，软件编程，自动控制，传感器技术，机械结构于一体，是学习信息技术，机器人的最佳载体。

小车循迹指的是小车在白色地板上循黑线行走，通常采取的方法是红外探测法。

也可用CCD，CMOS 摄像头方案，
光电优点：
1．电路设计相对简单2．检测信息速度快3．成本低
缺点：
1．道路参数检测精度低、种类少2．检测距离短3．耗电量大4、容易受外界光线干扰
摄像头优点：
1．检测前瞻距离远2．检测范围宽3．检测道路参数多
缺点：
1．电路相对设计复杂2．检测信息更新速度慢3．软件处理数据较多
红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射强度的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。

单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。

常用的红外探测元件有红外发光管，红外接收管，红外接收头，一体化红外发射接收管。

红外线是不可见光线。

所有高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。

人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。

其中红光的波长范围为0.62～0.76μm；紫光的波长范围为0.38～0.46μm。

比紫光波长还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光叫红外线。

红外发光二极管：
外形和普通发光二极管LED相似，发出红外光。

管压降约1.4v，工作电流一般小于20mA。

为了适应不同的工作电压，回路中常常串有限流电阻。

红外线发射管有三个常用的波段，850NM、875NM、940NM。

根据波长的特性运用的产品也有很大的差异，850NM波长的主要用于红外线监控设备，875NM主要用于医疗设备，940NM波段的主要用于红外线控制设备。

光敏二极管，光敏三极管：--作为红外接收管
无光照时,有很小的饱和反向漏电流（暗电流）。

此时光敏管不导通。

当光照时,饱和反向漏电流马上增加，形成光电流,在一定的范围内它随入射光强度的变化而增大。

光敏二极管和光敏三极管的区别是光敏三极管具有放大作用。

红外接收头：
红外线接收头(又称红外线接收模组,IRM)是集成红外线接收管、放大、滤波和比较器输出等的IC模块。

红外接收头的种类很多，引脚定义也不相同，一般都有三个引脚，包括供电脚，接地和信号输出脚。

根据发射端调制载波的不同应选用相应解调频率的接收头。

一般用在红外遥控器中。

一体化红外发射接收管：
将红外发射管，接收管，紧凑低地安装在一起，靠反射光来判断前方是否有物体。

有TCRT5000，RPR220.
RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。

下图由TCRT500构成的简单的循迹电路，光敏三极管接收到反射光时，输出低电平，经反向器整形后送到单片机进行检测。

灵敏度可调的循迹电路。

当比较器的正向输入端电压低于反向输入端的电压时输出低电平，LED 亮，表示接收到反射光。

上面电路检测距离在10mm左右，检测距离短，容易受环境光干扰。

另一中比较可靠的方法是对红外光进行调制。

由振荡电路产生38KHZ的脉冲信号，驱动红外二极管，向外发射调制的红外脉冲。

红外接收电路（或红外接收头）对接收信号进行解调后输出控制脉冲。

此方法检测距离远，抗干扰能力强，用在可靠性要求比较高的场合。

智能小车循迹通常有2路，3路，5路循迹，3路循迹相比2路循迹可提高小车的行进速度，5路循迹进一步提高小车巡线的可靠性。

下图为采用RPR220的三路循迹模块原理图：循迹信号经反向器整形后送到单片机进行检测
智能小车结构示意图：
当循迹传感器照到黑线时输出点平0，照到白线时输出1.如上图所示，A,B,C三路。

三路巡线小车控制逻辑：
a、A B C 状态为1 0 1 ，B路正照到黑线上，小车前进
b、A B C 状态为0 0 1 ，A,B 照到黑线上，小车左转弯
c、 A B C 状态为0 1 1 ，A 在黑线上，，小车左转弯
d、 A B C 状态为1 0 0，B,C在黑线上，小车右转弯
e、A B C 状态为 1 1 0， C 在黑线上，小车右转
弯
f、 A B C 状态为 1 1 1， A B C 都不在黑线上，小车保持上一次状态不变
g、 A B C 状态为0 0 0 ， A B C 都在黑线上，小车停止。