红外线避障传感器电路设计
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<Vm（I是光电流），就是I*R>VCC-Vm。
这样，光再强一点，I*R接近VCC,Vi 就会降到0附近，光敏管就会饱和，降低了区分颜色的可靠性。
而现在把光敏管放在上边,电阻放在下边，就可以解决这个问题：这时Vi=I*R,使用较小的R可以保证Vi<Vm<VCC,不会发生电压范围溢出或者光敏管饱和。
红外避障传感器使用说明书
红外避障传感器使用说明书型号WT_IROA本红外避障传感器，只有使用说明，没有设计的原理图。
本红外避障传感器，可以检测到前方3-35CM 范围的障碍物。
额定工作电压为5V ，电路板上设计有电源工作指示灯。
当检测到障碍物时，输出低电平。
电路板尺寸：22.8mm*26.4mm 。
引脚说明及调试方式如下图：调节频率电位器，可以调节发射管的发射红外线的频率，红外解码一般采用38KHZ 的脉冲，如果多只红外避障传感器一起使用时，也可以利这个电位器，调节不同的发射频率以减少传感器之间相互干扰。
出厂时，已经调节好。
调节距离电位器，用于调节发射的功率，向右旋转发射功率变大，反之变小。
发射功率越大，检测的距离越远，但如果太大，可能会引起接收头一直接收到红外的脉冲，会造成红外避障检测失败，注意适量调节，使用者可以在红外发射中套上黑色的热缩管，以减少红外光线泄露，同时可以使用红外光线有一定的方向性。
至于热缩管的长度，使用者可以自行试验以获得最佳的效果。
引脚说明，从左到右分别为：5V ，GND ，OUT ，EN 。
其中OUT 为传感器的输出引脚，当前方有障碍物时，输出低电平，同时电路板上也有对应LED 变亮。
EN 引脚为控制传感器的使能引脚，低电平有效。
同时为了方便三线制的传感器，本电路板上设计了一个可以直接跳线使能的。
使用跳线帽即可。
经过本让的测试，本传感器，工作在4.5V-5.5V 下，工作都可以常地检测到障碍物。
使用时，注意电源的极性不要接反，否则会损坏芯片。
请欣赏此传感器，在智能小车上的应用图。
调节频率 调节距离使能跳线帽1 2 3 45V GND OUTEN。
红外避障功能模块设计
红外避障功能模块设计应用：避障小车所用器件：脉冲型红外接收头，三极管（9013），限流电阻220o，电位器103，电容104 极性电容47uf。
此模块又分二小部分：发射电路，接收电路发射电路如下：In输入需要一38khz的方波信号，可有单片机产生，也可用外部震荡电路。
我在运用时，用单片机产生的，由于单片机的驱动能力太低，不能直接驱动红外发射管，所以增加一三极管提高驱动能力。
如图基级电阻r是限流电阻，电位器起到控制发射功率的作用。
在红外避障模块中，调节电位器可以调节避障的距离。
注意：由于脉冲性红外接收管，常态时输出为高，当接收到38k的红外光时，输出为低，当一直接收红外光一段时间后600ns~900ns左右。
继续接收到红外光，也是输出高。
由于此特性，红外发射不能一直的发，要间断性的，当发射间断性的38k红外时，可另外一较低频信号（50hz）控制上图的接地端，此时红外发射的是一个调制信号。
接收电路如下：如图，红外接收头只对38k的红外接收信号敏感。
电源的不稳定性对红外接收头的影响很大，或者说对其的灵敏度影响较大。
电源和地之间加104电容，另外再加以47uf的极性电容，可以很好的提高接收的距离。
电容尽量的靠近红外接收头。
Out输出端为了有一定的驱动能力，或更好地输出波形。
可用一上拉电阻。
整个模块工作原理：红外发射管，发射50hz调制的38k信号。
当遇到障碍物时，发生漫反射，红外接收头接收到这一信号时，输出端输出50hz的信号。
判断这一信号，即可判断，遇到了障碍物。
此功能模块扩展应用：当有多个发射源时，不同发射源的调制频率不一样，例如，50hz，60hz。
接收管接收到信号时，根据频率的不同，可以判别是哪个发射的，，。
LM393红外避障模块电原理图
LM393红外避障模块电原理图LM393红外避障模块电原理图模块电原理图模块描述该传感器模块对环境光线适应能力强，其具有一对红外线发射与接收管，发射管发射出频率的红外线，当检测方向遇到障碍物（反射面）时，红外线反射回来被接收管接收，经过比较器电路处理之后，绿色指示灯会亮起，同时信号输出接口输出数字信号（一个低电平信号），可通过电位器旋钮调节检测距离，有效距离范围2～30cm，工作电压为3.3V-5V。
该传感器的探测距离可以通过电位器调节、具有干扰小、便于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、避障小车、流水线计数及黑白线循迹等众多场合。
模块参数说明1 当模块检测到前方障碍物信号时，电路板上绿色指示灯点亮电平，同时OUT端口持续输出低电平信号,该模块检测距离2～30cm，检测角度35°，检测距离可以通过电位器进行调节，顺时针调电位器，检测距离增加；逆时针调电位器，检测距离减少。
2、传感器主动红外线反射探测,因此目标的反射率和形状是探测距离的关键。
其中黑色探测距离小,白色大;小面积物体距离小,大面积距离大。
3、传感器模块输出端口OUT可直接与单片机IO口连接即可，也可以直接驱动一个5V继电器；连接方式：VCC-VCC;GND-GND;OUT-IO4、比较器采用LM393，工作稳定；5、可采用3-5V直流电源对模块进行供电。
当电源接通时，红色电源指示灯点亮；6、具有3mm的螺丝孔，便于固定、安装；7、电路板尺寸：3.2CM*1.4CM8、模块已经将阈值比较电压通过电位器调节好，非特殊情况，请勿随意调节电位器。
模块接口说明1 VCC 外接3.3V-5V电压（可以直接与5v单片机和3.3v单片机相连）2 GND 外接GND3 OUT 小板数字量输出接口（0和1）4.工作电流是10ma以内如图所示壁障传感器模块。
红外寻迹避障电路总结
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<Vm（I是光电流），就是I*R>VCC-Vm。
这样，光再强一点，I*R接近VCC,Vi 就会降到0附近，光敏管就会饱和，降低了区分颜色的可靠性。
而现在把光敏管放在上边,电阻放在下边，就可以解决这个问题：这时Vi=I*R,使用较小的R可以保证Vi<Vm<VCC,不会发生电压范围溢出或者光敏管饱和。
红外线智能避障小汽车概要
二、 硬件电路图设计§2 系 统 框 图本设计制作的是单片机控制的自动避障小汽车，以单片机为小汽车的“大脑”，红外线探头为小汽车的“眼睛”，电机为小汽车的“双足”。
“大脑”控制“眼睛”去看前方是否有障碍物，当“眼睛”看到障碍后，由大脑来控制“双足”的行动方向。
从而实现小汽车的自动避障。
电路原理简单，结构明了。
如图2.2.1为整个系统的框图。
图2.2.1 系统框图§4 红外线避障电路避障方案选择，方案一：采用超声波避障。
超声波受环境影响较大，电路复杂，而且地面对超声波的反射，会影响系统对障碍物的判断。
方案二：采用红外线避障。
利用单片机来产生38KHz 信号，并用250HZ 的方波对红外线发射管进行调制发射，发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调，输出TTL 电平。
外界对红外信号的干扰比较小，且易于实现，价格也比较便宜，故采用方案二。
红外线避障电路是小汽车的“眼睛”，其性能的好坏和抗干扰能力的强弱，就定了避障的准确性和灵活性。
由于红外线受外界可见光的影响较大，因此用250Hz 的信号对38KHz 的载波进行调制，这样能减少外界的一些干扰。
接收管采用HS0038A2型号，输出TTL 电平，有利于单片机对信号的处理。
红外 避障 电路H 桥控制电路 电机80C51返回信号输入调制信号输出避障电路采用红外线发射与接收原理，利用单片机产生250HZ 和38KHz 信号，并利用单片机的中断对红外线发射管进行调制发射，发射距离远近由RW 调节，由于本设计的小汽车行驶速度较快，所以调节避障距离为20CM 左右。
发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调，输出TTL 电平。
利用单片机的中断系统，在遇障碍物时控制电机并使小车转弯。
如图2.4.1所示图2.4.1 红外线避障示意图 1、红外线发射部分红外线发射电路通过单片机的控制，输出调制信号向前方发射，如果遇到障碍物后，红外光线被障碍物返回，被红外接收头接收，在其3脚输出250HZ 方波信号，而其3脚和单片机的ITN0连接在一起，故当遇到障碍物后，会给单片机一个外部中断0信号，通过外部中断0程序，来控制小汽车的左转或者右转。
基于红外线传感器的避障行走系统硬件设计
基于红外线传感器的避障行走系统硬件设计密级：页数：信息工程大学毕业设计（论文）题目：基于红外线传感器的避障行走系统硬件设计学员姓名学号所在单位指导教师完成日期I摘要智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，可应用于科学勘探等等的用途。
本次设计的简易智能电动车，采用飞思卡尔MC9S12DG128B单片机作为小车的检测和控制核心；采用红外传感器来检测路况信息，从而把接收到的信号送到单片机，使单片机按照预定的工作模式控制小车在各区域按预定的速度行驶，采用脉冲调制的反射式红外传感器来探测前方是否有障碍物，从而让小车避开障碍物前进。
本次设计通过对传感器设计、电源设计、控制电路设计达到了小车的智能化。
本次设计结构简单，较容易实现。
但是具有高度智能化。
关键词：智能小车 MC9S12DG128B单片机电机驱动红外避障传感器IIAbstractSmart as a modern new invention is the development direction of the future, and so on can be applied to the use of scientific exploration. The simple design of the smart electric vehicle, using Freescale's single-chip microcomputer as a vehicle MC9S12DG128B detection and control of the core; the use of infrared sensors to detect traffic information to the received signal to the microcontroller, to enable single-chip according to the mode of control car in the regions according to a predetermined speed, the use of pulse modulation of the reflective infrared sensors to detect whether there are obstructions in front, so that car ahead to avoid obstacles. The design of the sensor design, power supply design, control circuit design to achieve the intelligent car. The design is simple, more easily achieved. However, highly intelligent. Key words: smart car MC9S12DG128B single-chip motor driver infrared sensor cover barrierKey words: Smart car SCM MCS12DG128B Motor Driver Infrared sensorIII目录第1章前言 ................................................... - 1 - 第2章单片机介绍 ............................................. - 3 - 2.1 单片机概述 ................................................ - 3 - 2.2 主控芯片MC9S12DG12 ........................................ - 3 - 2.3 MC9S12DG128最小系统板 .................................... - 7 - 第3章智能避障小车硬件搭建 ................................... - 14 - 3.1 智能车车体的选择 ........................................ - 14 - 3.2 避障方案的选择 .......................................... - 15 - 3.3 电动机驱动方案选择 ...................................... - 16 - 3.4 电源方案的选择 .......................................... - 17 - 第4章智能避障小车硬件系统设计 .............................. - 18 - 4.1 硬件总体设计 ............................................ - 18 - 第5章智能避障小车软件系统设计 .............................. - 19 - 5.1 开发调试工具 ............................................ - 19 - 5.2 软件系统总体设计 ........................................ - 21 - 5.3 避障模块总体设计 ........................................ - 21 - 5.4小车源程序见附录 .......................................... - 22 - 第6章结论 ................................................. - 23 - 后记 ......................................................... - 25 - 参考文献 ..................................................... - 28 - 附录 ......................................................... - 29 - 初始化程序 ................................................... - 29 - 智能车行驶控制算法 ........................................... - 32 -IV第1章前言随着科学技术的发展和普及, 各种无人智能机械越来越多, 其中遥控的作用也就显而易见. 传统的小车基本有两类, 第一类为纯机械类, 第二类为数字类.纯机械类动作迟钝、结构复杂、机器笨重、噪声大、寿命低; 数字类智能小车将笨重的机械部分换成数字电路, 虽一改上述弊端, 但其中仍不免使用继电器, 噪声相对较大, 寿命也不太长,抗干扰性差等特点. 另外,很难将精确度提高。
智能小车之红外循迹以及红外避障模块电路设计
智能小车之红外循迹以及红外避障模块电路设计红外寻迹模块
红外避障模块
一。
原理图
红外寻迹模块
红外避障模块
红外发射管，红外接收管
比较器LM393输出低电平时，绿色指示灯亮，输出高电平时绿色指示灯灭。
当3脚的电压大于2脚电压时输出高电平。
3脚的电压小于2脚电压输出低电平。
电位器用来调整反向输入端的电压。
原理图基本相同。
二。
红外避障模块
发射管一直在发射红外光，当前面的障碍物越近，反射回来的红外光越强，红外接收管的EC电压越接近0V，那么就会小于LM393的2脚的电压，LM393输出低电平，绿色指示灯亮。
在实际使用中红外接收管工作在放大区，也就是说C点的电压在不断的变化。
所以我们调节LM393的2脚的电压来改变灵敏度。
三。
寻迹模块
利用对不同颜色的障碍物对红外光的反射能力不同。
白颜色对红
外光的反射能力最强，黑色对红外光的反射能力最弱。
当寻迹模块在黒线上的时候蓝色指示灯灭，当寻迹模块不在黒线上的时候蓝色指示灯亮。
如何判断寻迹模块是偏左还是偏右呢?
就需要3个这样的模块，当偏离到黒线的左边时，左边的模块和中间的模块蓝色指示灯亮，右边的指示灯灭。
同理，当偏离到黑线右边时，右边和中间的模块蓝色指示灯亮，左边的指示灯灭。
调节电位器可以调节灵敏度。
越靠近桌面，3脚的电压越低，越远离桌面，3脚的电压越高。
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3.4 传感器电路设计
清洁机器人上安装有多种传感器：各种红外传感器、碰撞传感器和霍尔速度传感器。
这些传感器协调工作，保证了机器人对外界环境和自身运动状态的判断。
3.4.1 传感器布局
传感器网络共有4 个周边红外传感器、3 个底盘红外传感器、2 个调频
红外传感器、2 个碰撞传感器、2 个霍尔转速传感器以及1个电机过流传感器、1 个充电电源检测传感器、1 个电池充满传感器和一个A D。
其布局如图
3-7 所示。
图3-7 传感器布局
3.4.2红外线避障传感器电路设计
避障传感器的基本原理是利用物体的反射性质。
因为在一定范围内，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。
而如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到传感器的接收头。
传感器检测到这一信号就可以确认正前方有障碍物，并传送给单片机，单片机通过输入内部的算法，协调小车两轮工作，从而完成躲避障碍物的动作。
通过比较，本系统中选用E18--D80NK-N红外避障传感器。
E18-D80NK-N是E18-D80NK的升级版。
改动部分主要是内部电路板和外部连线。
传感器外部接线，在末端增加了杜邦头，方便用户使用。
E18-D80NK-N这是一种集发射与接收于一体的光电传感器，发射光经过调制后发出，接收头对反射光进行解调输出。
有效的避免了可见光的干扰。
透镜的使用，也使得这款传感器最远可以检测80厘米距离的问题（由于红外光的特性，不同颜色的物体，能探测的最大距离也有不同白色物体最远，黑色物体最近）。
检测障碍物的距离可以根据要求通过尾部的电位器旋钮进行调节。
该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合。
E18--D80NK-N的工作电压为5V，工作电流为10--15mA，驱动电流为100mA,探测距离为3--80cm。
E18--D80NK-N也是一个数字传感，其为NPN型光电开关，输出状态是0和1，即数字电路中的低电平和高电平；检测到目标是高电平输出，正常状态是低电平输出。
此时可以通过旋转传感器后面的按钮，改变传感器可以测量的距离，比如可以通过调节旋钮，使它测5cm距离以内是否有障碍物，如果5cm以内有物体则返回一个高电平，同时传感器里面的绿色小灯被点亮。
本系统需要可以测得距离是否有变化的传感器，所以该传感器可以胜任。
本系统共用4个E18--D80NK-N红外避障传感器，通过调节旋钮，使它们可以测得设定距离以内的障碍物，这样当机器人处在障碍物设定距离内的地方时，传感器返回低电平，被单片机检测到并作相应的处理。
我们利用上述传感器设计如下图所示电路，其中D1发射红外线，D2接受红外线信号。
LM231(此芯片待定)的第5、7引脚为频率的设定端，一般通过调整其外接可变电阻来改变频率。
红外载波信号来自其第7脚，也就是说载波信号与频率一致时，能够极大的提高抗干扰特性。
当接收到的红外载波信号和频率一致时，说明不是干扰，则第6脚输出低电平。
红外信号经反射后，由探头的光敏三极管接收反射光，经过RC滤波电路及LM741组成的并联负反馈放大电路对信号进行放大，输出频率的方波送到LM231中进行解调，然后经其内部的比较器转换为数字信号经由6号脚输出。
Q1 NPN
R1
10k
R2
10k
C1
1nF
D21
DIODE-LED
VR1
S10K300
D1
DIODE-LED
R3
10k
6
3
2
4
7
18
U1
LM6364
C2
1nF
R4
10k
R5
10k
C3
1nF
CMIN
7
THR
6
R-C
5
IOUT
1
REFI
2
FOUT
3
GND
4
VCC
8
U2
LM231
R6
10k
C4
1nF
C5
1nF
C6
1nF
R7
10k
D2
DIODE-LED
1
2
3
J1
25630301RP2
图3-8 红外传感电路
本电路既简化了线路和调试工作，又防止了周围环境变化和元件参数变化对收发频率造成的差异，实现了红外线发射和接收工作频率的自动同步跟踪，使电路的稳定性和抗干扰能力大大加强。
3.4.3碰撞传感器
接触传感器通过与目标物体的接触来识别障碍物，选择OTH8084型微动开关作为接触传感器，如图所示，该型号开关结构小巧，使用便捷可靠，信号无需调理。
碰撞传感器检测单元的接口电路如图所示，图中OUT接控制器2的INTI端口（另一检测单元接P3.4口），L1的限流电阻，S9为接触传感器，其脚1接地，当碰触到障碍物时，探测簧片被压下，传感器的1脚和3脚导通，工作电路形成回路，OUT端输出低电平。
OUT端输出的低电平能够直接被控制器识别。
碰撞传感器主要是用于小车检测左右侧或前方障碍物所用。
图3-9
3.4.4红外台阶检测传感器
红外台阶检测使用集成的红外传感器，其外形如图所示。
其引脚定义为 1 脚电源地，2 脚电源正，3 脚信号输出端。
当传感器前方没有物体时，其输出高电平，有物体时输出为低电平。
使用时不需要再外接元件，只需要给其提供+5V 的电源就可以工作，但有效检测距离较近，比较适用于机器人地盘用于台阶的检测。
图 3-10 集成红外传感器外形图
机器人地盘上共使用了三个集成的红外传感器，分别安装在两个驱动轮的前端和随动轮的前端，三个传感器的输出信号相或，这样只要其中任意一个传感器检测不到地面（遇到有台阶情况），输出即为高电平，单片机检测到这个高电平就立即停止前进，防止跌落。
具体电路见图 3-11，或门使用两输入端四或门芯片7432。
霍尔传感器的测速电路设计
当电流流过霍尔传感器时，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压V精确的反映原边电流。
图3-11 霍尔传感器的测速电路
上述的电路只是霍尔元器件测速的部分电路，需要在其左端接入霍尔元件，右端可以接入计数器，这样可以更好地得到计算结果。
3.4.6 多传感器信息融合
多传感器信息融合、自动充电技术和定位及路径规划技术，通过融合处理综合分析来自各个传感器的信息，利用各种传感器性能上的差异与互补性，获取有效、可靠、完整的信息。
采用这种方法，即使各个传感器所提供的信息有一定的误差和不确定性，但通过对它们提供的信息进行有效的综合，仍可以获取比任何单一传感器信息更可靠、更完整的融合结果。
因此多传感器信息融合技术在吸尘机器人的开发上具有很大的应用价值。
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。