红外避障传感器

二、红外避障传感器
１.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。

考虑到发射光线就是光,可以希望在相当短得时间内获得较多得红外传感器测量值以及测距范围较近,大致为30cm以内,所以我们选择红外避障传感器安装在机器人上。

2。

红外避障传感器得优点:
(1)环境适应性好,在夜间与恶劣气象条件下得工作能力优于可见光;
(２)被动式工作,隐蔽性好,不易被干扰;
(3)靠目标与背景之间各部分得温度与发射率形成得红外辐射差进行探测,因而识别伪装目标得能力优于可见光;
(4)红外系统得体积小、质量轻、功耗低;
(５)不受电磁波得干扰、非噪声源、可实现非接触性测量。

3。

红外避障传感器得不足:
由于传感器测量光得差异,其受环境得影响非常大,物体得颜色、方向、周围得光线都能导致较大得测量误差。

ﻩ4、工作原理:
(1)红外避障传感器:
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得红外信号,接收管接收这种频率得红外信号,当传感器得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收,经过处理之后,通过数字传感器接口返回到机器人主机,机器人即可利用红外波得返回信号来识别周围环境得变化。

红外线传感器包括光学系统、检测元件与转换电路。

光学系统按结构不同可分为透射式与反射式两类。

检测元件按工作原理可分为热敏检测元件与光电检测元件。

热敏元件应用最多得就是热敏电阻。

热敏电阻受到红外线辐射时温度升高,电阻发生变化,通过转换电路变成电信号输出。

(２)热敏检测元件
热阻效应:物质得电阻率随温度变化得物理现象叫热阻效应、
金属热电阻得电阻值与温度一般可以用以下得近似关系式表示,即
Ｒt=Ｒt0[１＋α(ｔ-t0)]
式中,Rt为温度t时得阻值;Ｒt０为温度ｔ0(通常t0=0℃)时对应电阻值;α为温度系数。

半导体热敏电阻得阻值与温度关系为
Rｔ=AeB／t
式中Ｒｔ为温度为t时得阻值;A、B取决于半导体材料得结构得常数。

(3)光电检测元件
光电效应:在高于某特定频率得电磁波照射下,某些物质内部得电子会被光子激发出来而形成电流,即光生电,分为外光电效应与内光电效应。

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,而引起材料电导率得变化。

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,光电材料价带上得电子将被激发到导带上去,使光导体得电导率变大。

基于这种效应得光电器件有光敏电阻、
(4)红外发射二极管得选择
红外发射二极管分为很多种。

红外发射二极管一般按峰值波长(λp)主要为:８50nm、870ｎm、8８0nm、940nｍ、９80ｎm,现在市场上使用较多为850nm与９40ｎm两种。

本次设计所使用得就是峰值波长为940ｎm得红外发射二极管。

940nm红外发射二极管优点:光强度高,响应速度快,可用脉冲驱动,无色透明环氧树脂。

其主要应用领域:红外遥控系统,红外探测系统,红外幕墙保安系统,磁带、光盘监测器,光电开关／光传感器,主动红外夜视仪,电脑、手机等便携设备得红外数据传输系统。

ﻩ在使用红外发射二极管时,发射管得辐射强度(Powｅｒ)与输入电流(Ｉf)成正比。

辐射强度:Ｐoweｒ(单位:Ｗ,W/ｓr,W/cm2),用以表示红外线发光二极管(IR)其辐射红外线能量之大小。

发射距离与辐射强度(Ｐoweｒ) 成正比。

W/sｒ:表示红外线辐射强度得单位,为IR发射红外线光之单位立体角(ｓr)所辐射出得光功率得大小。

Ｗ／ｃｍ2:表示照度得单位,为sensor 单位面积(cｍ2)所接收IR发射之辐射功率得大小。

半功率角:２θ½指红外线二极管其上下或左右两边所辐射出之红外线强度为该组件最大辐射强度得５0%时,其上下或左右两边所夹得角度称为半功率角。

(5)红外接收器得选择
本次设计选用HS38B,该器件特性:低功耗、高灵敏度、优良得抗干扰能力、一般用于家用电器、玩具等遥控接收。

红外接收器得电路原理框图
5。

测量电路
红外发射与接收器电路图
红外线二极管发射红外光线,如果机器人前面有障碍物,红外线从物体反射回来,相当于机器人眼睛得红外检测(接收)器,检测到反射回得红外光线,并发出信号来表明检测到从物体反射回红外线。

红外线接收器有内置得光滤波器,除了需要检测得940nm波长得红外线外,她几乎不允许其她光通过。

红外检测器还有一个电子滤波器,它只允许大约３8。

０ＫHz得电信号通过。

这里使用三极管901３得原因就是9０1３得基区做得很薄,当按图接时,发射结正偏,集电结反偏,发射区向基区注入电子,这时由于集电结反偏,对基区得电子有很强得吸引力,所以由发射区注入基区得电子大部分进入集电区,于就是集电极得电流增大。

由于C51得Ｉ/O驱动能力较弱,加入三极管使其工作在开关状态,用小电流来控制大电流。

当P1_３(Ｐ3_6)置高电平时,从集电区经基区到发射区电路导通,加载在LED上得电压为VＣC(５V),ＬED向外发射红外线;当P1＿3(P3_６)置低电平时,电路又断开,LED停止发射、本次设计提供了5V稳定直流电压,给ＬED串联一个470Ω得电阻帮助限流。

当三极管导通时,流过LＥD得电流在1０mA左右,使LED能正常工作、
信号由红外接收器接收,经过运算放大器得反相放大,信号输出由默认得高电平变为低电平。

发光二极管有了电压差,所以信号指示灯亮,证明前方有障碍,同时信号输出给单片机,由单片机由电平得变化去控制电动机得工作实现避障。

6.注意事项:
(1)红外就是数字传感器,红外接收管只有在接收到一定强度得红外信号时才会有数值得变化、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,会被吸收大部分得红外信号,而只反射回一小部分,导致红外接收管接收到得红外信号强度不够,不足以产生有障碍物(反射面)得信号。

(2)红外在暖光源得照射下(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得干扰,白炽灯与太阳光中含有红外信号成分较多,对红外得影响也较大。

红外相互之间也存在干扰,因而在使用时需要注意。

(3)红外采用得就是发射、接收原理,不同反射面对红外信号得吸收与散射,将影响其检测范围,根据测试红色得反射面效果最佳,白色其次,黑色最差;同时反射面得粗糙度与平整度也会影响检测得效果。

红外发射二极管 红外接收器 障碍物 运放 电压差 电机
单片机。