紅外線避障傳感器電路設(shè)計

1、3.4 傳感器電路設(shè)計清潔機器人上安裝有多種傳感器：各種紅外傳感器、碰撞傳感器和霍爾速度傳 感器。這些傳感器協(xié)調(diào)工作，保證了機器人對外界環(huán)境和自身運動狀態(tài)的判斷。3.4.1 傳感器布局傳感器網(wǎng)絡(luò)共有 4 個周邊紅外傳感器、3 個底盤紅外傳感器、2 個調(diào)頻紅外傳 感器、2 個碰撞傳感器、2 個霍爾轉(zhuǎn)速傳感器以及 1 個電機過流傳感器、1 個充電 電源檢測傳感器、1 個電池充滿傳感器和一個 ad。其布局如圖 3-7 所示。 圖 3-7 傳感器布局3.4.2紅外線避障傳感器電路設(shè)計避障傳感器的基本原理是利用物體的反射性質(zhì)。因為在一定范圍內(nèi)，如果沒有障礙物，發(fā)射出去的紅外線，因為傳播距離越遠而逐漸減弱

2、，最后消失。而如果有障礙物，紅外線遇到障礙物，被反射到傳感器的接收頭。傳感器檢測到這一信號就可以確認正前方有障礙物，并傳送給單片機，單片機通過輸入內(nèi)部的算法，協(xié)調(diào)小車兩輪工作，從而完成躲避障礙物的動作。通過比較，本系統(tǒng)中選用e18-d80nk-n紅外避障傳感器。e18-d80nk-n是e18-d80nk的升級版。改動部分主要是內(nèi)部電路板和外部連線。傳感器外部接線，在末端增加了杜邦頭，方便用戶使用。 e18-d80nk-n這是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器，發(fā)射光經(jīng)過調(diào)制后發(fā)出，接收頭對反射光進行解調(diào)輸出。有效的避免了可見光的干擾。透鏡的使用，也使得這款傳感器最遠可以檢測80厘米距離的問題（

3、由于紅外光的特性，不同顏色的物體，能探測的最大距離也有不同白色物體最遠，黑色物體最近）。 檢測障礙物的距離可以根據(jù)要求通過尾部的電位器旋鈕進行調(diào)節(jié)。該傳感器具有探測距離遠、受可見光干擾小、價格便宜、易于裝配、使用方便等特點，可以廣泛應(yīng)用于機器人避障、流水線計件等眾多場合。e18-d80nk-n的工作電壓為5v，工作電流為10-15ma，驅(qū)動電流為100ma,探測距離為3-80cm。e18-d80nk-n也是一個數(shù)字傳感，其為npn型光電開關(guān)，輸出狀態(tài)是0和1，即數(shù)字電路中的低電平和高電平；檢測到目標(biāo)是高電平輸出，正常狀態(tài)是低電平輸出。此時可以通過旋轉(zhuǎn)傳感器后面的按鈕，改變傳感器可以測量的距離，

4、比如可以通過調(diào)節(jié)旋鈕，使它測5cm距離以內(nèi)是否有障礙物，如果5cm以內(nèi)有物體則返回一個高電平，同時傳感器里面的綠色小燈被點亮。本系統(tǒng)需要可以測得距離是否有變化的傳感器，所以該傳感器可以勝任。本系統(tǒng)共用4個e18-d80nk-n紅外避障傳感器，通過調(diào)節(jié)旋鈕，使它們可以測得設(shè)定距離以內(nèi)的障礙物，這樣當(dāng)機器人處在障礙物設(shè)定距離內(nèi)的地方時，傳感器返回低電平，被單片機檢測到并作相應(yīng)的處理。我們利用上述傳感器設(shè)計如下圖所示電路，其中d1發(fā)射紅外線，d2接受紅外線信號。lm231(此芯片待定)的第5、7引腳為頻率的設(shè)定端，一般通過調(diào)整其外接可變電阻來改變頻率。紅外載波信號來自其第7腳，也就是說載波信號與頻率

5、一致時，能夠極大的提高抗干擾特性。當(dāng)接收到的紅外載波信號和頻率一致時，說明不是干擾，則第6腳輸出低電平。紅外信號經(jīng)反射后，由探頭的光敏三極管接收反射光，經(jīng)過rc濾波電路及l(fā)m741組成的并聯(lián)負反饋放大電路對信號進行放大，輸出頻率的方波送到lm231中進行解調(diào)，然后經(jīng)其內(nèi)部的比較器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號經(jīng)由6號腳輸出。圖3-8 紅外傳感電路本電路既簡化了線路和調(diào)試工作，又防止了周圍環(huán)境變化和元件參數(shù)變化對收發(fā)頻率造成的差異，實現(xiàn)了紅外線發(fā)射和接收工作頻率的自動同步跟蹤，使電路的穩(wěn)定性和抗干擾能力大大加強。3.4.3碰撞傳感器接觸傳感器通過與目標(biāo)物體的接觸來識別障礙物，選擇oth8084型微動開關(guān)作為接觸

6、傳感器，如圖所示，該型號開關(guān)結(jié)構(gòu)小巧，使用便捷可靠，信號無需調(diào)理。碰撞傳感器檢測單元的接口電路如圖所示，圖中out接控制器2的inti端口（另一檢測單元接p3.4口），l1的限流電阻，s9為接觸傳感器，其腳1接地，當(dāng)碰觸到障礙物時，探測簧片被壓下，傳感器的1腳和3腳導(dǎo)通，工作電路形成回路，out端輸出低電平。out端輸出的低電平能夠直接被控制器識別。碰撞傳感器主要是用于小車檢測左右側(cè)或前方障礙物所用。圖3-9 3.4.4紅外臺階檢測傳感器紅外臺階檢測使用集成的紅外傳感器，其外形如圖所示。其引腳定義為 1 腳電源地，2 腳電源正，3 腳信號輸出端。當(dāng)傳感器前方?jīng)]有物體時，其輸出高 電平，有物體時

7、輸出為低電平。使用時不需要再外接元件，只需要給其提供+5v 的電源就可以工作，但有效檢測距離較近，比較適用于機器人地盤用于臺階的檢測。圖 3-10 集成紅外傳感器外形圖機器人地盤上共使用了三個集成的紅外傳感器，分別安裝在兩個驅(qū)動輪的前端 和隨動輪的前端，三個傳感器的輸出信號相或，這樣只要其中任意一個傳感器檢測 不到地面（遇到有臺階情況），輸出即為高電平，單片機檢測到這個高電平就立即 停止前進，防止跌落。具體電路見圖 3-11，或門使用兩輸入端四或門芯片 7432。 霍爾傳感器的測速電路設(shè)計當(dāng)電流流過霍爾傳感器時，產(chǎn)生的磁場聚集在磁環(huán)內(nèi)，通過磁環(huán)氣隙中霍爾元件進行測量并放大輸出，其輸出電壓v精確的反映原邊電流。圖3-11 霍爾傳感器的測速電路上述的電路只是霍爾元器件測速的部分電路，需要在其左端接入霍爾元件，右端可以接入計數(shù)器，這樣可以更好地得到計算結(jié)果。3.4.6 多傳感器信息融合多傳感器信息融合、自動充電技術(shù)和定位及路徑規(guī)劃技術(shù)，通過融合處理綜合分析來自各個傳感器的信息，利用各種傳感器性能上的差異與互補性，獲取有效、可