基于红外反射循迹小车的传感器布局研究

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图2 时对弯道的检测。 由于传感器不在同一直线上，故转弯的时候边 侧后部的传感器有较大的采样空间， 内部前端的传感器则对信 号采集有更好的前瞻性 ，M 型中间底部的传感器择 更 好 的 确 定 小车的位置。整个布局有利于在弯道处提高小车速度。但相对一 字型布局，M 型布局容易产生不稳定信号采集，从而产生信号震 荡，影响小车行驶的稳定性。
《工业控制计算机》2009 年 22 卷第 8 期
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基于红外反射循迹小车的传感器布局研究
宫纪波 （山东大学信息学院，山东 济南 250001）
摘要 在自动控制的小车设计与应用中，循迹是小车完成各项功能所依靠最基本的功能，在目前的电子竞赛，实际应用中都有 很广泛的应用。 主要针对目前基于红外对管反射式循迹技术小车的传感器布局进行相应研究总结。 关键词：循迹，小车，传感器，布局
1 循迹小车红外反射循迹原理 基于红外反射式循迹原理： 红外反射式传感器由两部分组
成，一部分为红外发射部分，另一部分为红外接收部分。 有效距 离通常控制在 3cm 以内。 通过地面白黑对红外线的反射效果不 同而检测地面状况输出变化电平， 当检测到地面黑线时红外线 被吸收，输出高电平。 为了便于单片机处理，可在后续加入一电 压比较器，同时可以通过调整 R2 与 R3 来调整红外对管的检测 灵敏度。 原理图如图 1。
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［收 稿 日 期 ：2009．6．4 ］
图1 采用 ST168 发射级电阻根据 具 体 管 子 不 同 而 略 有 差 异 ，考 虑 到 安 装 位 置 为 小 车 前 端 距 地 面 1～2cm 处 ， 综 合 灵 敏 度 等 方 面，选取电阻在 500Ω～1kΩ 之间。 比较电路采用 LM311，分压电 阻 采 用 两 个 1k 欧 电 路 提 供 比 较 电 平 。 上 拉 电 阻 采 用 几 百 欧 即 可。 考虑输出电平直接接而单片机 IO 口最高电平为 5V，故采用 5V 电源供电。 2 传感器分布方案 传感器通过信号采集，向 MCU 提 供 信 息 ，所 以 合 理 的 传 感 器布局能使在相同传感器下，获取的信息量最大。 尤其在快速行 进的小车中， 通常传感器布局需要考虑信息检测的准确度和信 息检测的前瞻性。 目前许多小车控制传感器的布局采用等间隔 的一字排布，非常不科学，传感器的科学布局一般有以下几种： 方案一：一字型布局 一字型布局即所有传感器在同一直线上。 一字型布局又分为 均匀排布型与非均匀排布型。 均匀排布型不利于对弯道信号采集 的准确性。 考虑到弧度信息采集的连贯性，非均匀排布择采用等 角原则，即在直线垂直上方处某点等角的引射线与源自文库线的交点即 传感器的分布点，此种方法检测连贯简单，程序控制算法简单，使 小车控制稳定。 如图 2 为非均匀对称分布，按等角原则的分布图。 方案二：M 型布局 M 型布局即传感器的布局成 M 型，M 型更适合在快速弯道
图3 方案三：活动型布局 活动型布局采用矩阵模式，将传感器排布成矩阵形状，通过 对不同位置传感器采集到信息的选择来适应各种不同的跑道。 这样对不同路况有更强的适应性。 此种方案可调性大，但此种方 法需要较多传感器，冗余较大，比较笨重，增加小车的重量，不利 于车的加减速。 方案四：用方案一与方案二的结合，这种排布可以综合方案 一与方案二的优点，扬长避短，优势互补，电路简单，易于实现。