红外寻迹避障电路总结Word文档下载推荐.docx
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而此刻把光敏管放在上边,电阻放在下边，就可以够解决这个问题：
这时Vi=I*R,利用较小的R可以保证Vi<
Vm<
VCC,不会发生电压范围溢出或光敏管饱和。
这时为了保证光照与输出有相同的逻辑关系（光照时输出低电平，指示灯亮），比较器的同相和反相输入端要互换。
上图右为给发光管供电的恒流电路（I=R1），恒流的工作进程是：
D11起稳压作用，若是电流偏大，R1分压变大，T1的VBE降低，使电流减小；
反之亦然。
这个负反馈进程使电流恒定，R1上的电压恒定在D11压降和VBE之差，约。
改变R20对地的通断也可以控制发光管的亮灭。
这样可利用很小的R或设置比较高的基准电压，只有很强的光输入才能触发电路。
这时在恒流源中三极管的发射极电阻上并联一个电容后，就可以够用单片机控制探头照明的LED发出短而强的光脉冲并进行随机调制和解调，提高抗干扰能力，成为调制型传感器电路的一种。
三高通滤波型光电传感器
光源是用一个脉冲振荡电流去点亮发光二极管，电路图没有画出，可利用任何一种振荡电路，平均电流按照发光二极管的参数可以取到20mA左右。
接收部份是这样工作的:
传感器信号先通过CR高通网络去掉直流和低频成份,并加入一个直流offset,也就是一个稳定的直流分量叠加一个交流分量,再与一个设定的直流分量进行比较,若是交流分量的峰值超过offset与设定值之差,比较器就会输出一个方波脉冲,不然输出0;
然后通过RC低通网络,使方波脉冲的交流分量尽可能的减小,变成某个直流电压V（>
0）,再与另一个设定值（<
V）比较,输出低电平.若是没有交流输入,第一级比较器输出0,第二级比较器输出高电平,如下表所示:
（仿真结果）
输入
输出
比较器1
比较器2
这种电路可以在未饱和的情况下抵御外界非交流光和刹时光（如闪光灯）的干扰，但收到高频光的干扰时会产生误动作。
四利用LM567的调制传感器
LM567是一种廉价的音频锁相环集成电路，利用它可以构造性能较好的反射式光电传感器。
如下页图所示，由LM567的内部振荡器提供方波信号，点亮探头的LED，由探头的光敏管接收反射光。
经三极管放大，转换成电压信号后送到LM567的内部鉴相器2（输出鉴相器）同步解调，然后由LM567内部的比较器转换为数字输出。
并联负反馈放大电路有着稳定的增益和低的输入阻抗，能消除光敏管结电容的影响，取得良好的高频特性。
200K电位器（R6,200Kadjustable）用于调节放大器增益以调节灵敏度。
在outi和outo之间的510K电阻和1000p电容用于给比较器添加50mV的滞回，消除调制频率纹波造成的输出抖动。
其中1000p电容的作用是补偿C1的影响，加速输出跳变。
这个电路的缺点是当多个探头同时使历时因为频率接近，一旦相邻单元的光斑出现部份重合就会有差拍干扰造成输出抖动。
另外，567输出鉴相器的参考信号是从振荡电容端引出的，与发射和接收信号几乎是正交的，解调效率超级低，前级需要高倍放大。
为了解决上述多个探头临近的问题，在利用多组传感器时，做了如下图的改动：
单独用一个单元（图中右边的567）作振荡,给其余4个单元（图中只画了一个）提供同步的时钟信号，消除差拍问题。
而且时钟信号既接到振荡电容端又用来控制输出放大管点亮探头照明的LED，使得参考信号与发射和接收信号的相差超级小，解调效率大大提高，最大探测距离有所增加。
注意探头的连线要短，若是连线较长要别离屏蔽，最好把电路板跟探头做在一路。
不然发射管连线上大幅度的脉冲信号会感应耦合到接收端，致使在没有接收光的情况下也误以为收到了光信号，这种同频干扰无法用电路板上的设计来消除。
五38k红外避障电路
采用左右两个红别传感器。
红别传感器，是目前利用比较普遍的一种避障传感器，其处置电路如图4所示，通过调节R23、R24两个电位器，可调节两个红别传感器的检测距离为10—80cm，开关量输出（TTL电平），简单、靠得住。
咱们采用这种电路，能靠得住地检测左前方、右前方、前方的障碍情况，为成功避障提供了保证图中那儿应没有节点。
图4红外发射及接收处置电路
一、38K调制和发射电路。
利用一个按时器的快速PWM模式产生38K调制信号，通多余余的四个施密特触发器（有2个已经用在光电编码部份）缓冲，推动8050三极管和红外发光管来发射已经调制的红外线。
其中2个1N4148接单片机IO脚，控制左右红外发光管轮流发射。
后面串接的可见光LED是为了方便用户调试而设置的，让用户知道当前是不是在发射红外线。
通过调节PWM的占空比，调节红外发光管的亮度，从而实现调节感知障碍物距离的功能。
二、一体化接收部份。
这部份很简单，平时接受头输出高电平，检测到反射回来的红外线后输出低电平。
3、发现障碍物指示部份。
通过单片机接受到一体化接受头的信号，判断障碍物在哪边，然后点亮2个LED，方便调试，这2个LED和发射部份的指示LED可利用贴片LED做在主板上即可。
.
六伪随机编码的调制传感器（方案）
该方案的硬件比较简单，不加详述，整体结构如下：
发端:
2051=>
驱动=>
LED
收端:
光电管=>
（放大）=>
高通=>
过门限检测=>
2051
关键的问题是如何判断是不是有反射。
比如向发光管发送一串8bit的随机数，从接收管读出，若是相符，说明有反射；
若是无关（具体判断的算法有待设计）说明无反射；
若是部份相关，则维持原状。
具体算法的实现可能要设计一个较为简单快速的判断相关度的程序。
七利用ADC的传感器电路
这种方案就是让发光管亮灭交替,用ADC（模数转换器）别离检测亮暗光阴电流的值,然后送到单片机进行相减，再按照某些标准进行判断。
这样，就抵消了环境噪声，消除干扰。
光电管的饱和问题仍旧是这个电路的问题，而且，当干扰频率接近发光管调制频率时会产生差拍或犯错。
下图是一个利用ADC做的RGB三分量颜色传感器电路：
89C2051作为主控，控制红绿蓝三个发光管依次点亮，一个周期别离是红，绿，蓝，全灭。
在每次改变之前，对光电管进行ADC采样，读取相关颜色的分量，别离是红，绿，蓝，暗分量，然后用三原色分量别离减去暗分量，这样就消除环境光的干扰。
最后通过相应的算法，判断出反光物的颜色。
八模拟差动放大型传感器电路（方案）
脉冲源
发光管
光电管
二选一模拟多路开关
保持
差放
比较
基准
类似于利用ADC的方案，该方案也是对亮暗别离采样。
但不同的是，该方案采用了采样维持和模拟相减。
运放作为差动放大，有良好的共模抑制，不会像ADC那样为减小饱和，照顾大的共模信号而扩大量程降低精度。
因此该方案可以兼顾饱和现象和灵敏度，解决了这一矛盾。
对于较快的采样，可以简单的利用高输入阻抗的运放本身加一个小电容进行维持。
缺点是仍不能抑制高频干扰。
九利用D触发器进行边沿检测的传感器电路
也是让发光管亮暗交替,但亮的时间很短,电流很大,亮度很高,把接收端门限调的很高,然后用D触发器进行边沿检测。
这样可以屏蔽外界一般强度光（可以是高频的）的干扰，而耗电不会增加。
但如果是利用简单的比较型电路，加大电流就会增大功耗，乃至烧毁发光管。
十下图是一个成品光电开关,
就是光电管=>
两级交流放大=>
CD4013检测这种方式的,CD4013的另一个单元D触发器作方波振荡源,通过驱动电路带动LED。
可以看出，LED的限流电阻是20欧，短时间通过LED的电流很大。
传感器的输出接口问题
TTL电压工作的推挽输出传感器接5V电源的单片机
TTL电压工作的传感器可以直接输出到单片机，但为了避免不慎从单片机该端口输出低电平，可以在传感器和单片机之间接一个1K左右的电阻。
开路输出的传感器接51单片机
若是完全开路输出，可以直接接到单片机上，若是利用P0口应该加上拉电阻；
若是传感器内置上拉电阻而且高电平时高于5V，可以从单片机到传感器端口接一个肖特基二极管，避免高压灌入单片机。
上面图中的成品传感器就是这种接口的。
非TTL电压推挽输出的传感器接51单片机
这种接口的大体做法就是串入电阻进行限流避免输出冲突；
单片机端用稳压二极管进行限压避免输入过压。
这3种情况如下图所示：
反射式光电传感器探头的制作
1.发光二极管（LED）的介绍
做传感器的LED要求亮度高，颜色适合，光斑形状适合。
为了避免LED损坏,应该注意:
的伏安特性曲线很陡,测试和使历时必然要串联电阻限制电流.2.氮化镓材料的高亮度LED容易被反向电压,静电或电源尖峰击穿损坏,电源电压较高时不可反接.
不同的管子允许的工作电流不同。
红外的平均电流最大可以用到100毫安，用作调制时几十微秒的窄脉冲峰值乃至可以接近1安。
3毫米的白色高亮度管子持续最大电流20毫安，一般低亮度的管子要小一些。
工作电流的限制一是发烧限制平均电流，二是高电流下亮度饱和限制峰值电流。
有些管子电流大了以后还会变色。
常常利用的LED有红外，红，橙，黄，黄绿，纯绿，蓝，紫，紫外，白等颜色。
作为成品销售的“变色LED”是在一个管壳（一般是乳白色的，用于使光线混合均匀）里封装了多个不同颜色的LED，红，绿，蓝三色的LED超级适合作颜色传感器的照明。
红外线LED配合红外接收管抗干扰能力强，可是不适合用于识别颜色，因为物体在可见光下的颜色不能很好的代表它对于红外线的反射率。
验钞用的管子发光含有紫色光和紫外线，点亮时不要正对着眼睛长时间观看。
更适合做传感器。
（颜色识别时，乳白色管壳比无色透明管壳还要好。
）管壳有色的管子适合
管壳无色透明的管子透光性能好一些，散射小，做指示灯。
直径5毫米的管子品种较多，亮度较高，发出的光束比直径3毫米的管子要集中（顶角小），照在物体上光斑小，更适合用来识别白线。
LED的伏安特性曲线很陡,可以作稳压用,给电路提供基准电压.红色的大约,蓝色的可以超过3V。
各类LED的材料，颜色与亮度：
LED发光的原理是半导体PN结中的电子与空穴复合时产生光子。
不同的材料由于能带宽度不同,致使发光颜色和导通电压不同。
另外，不同材料的发光效率（一般以量子效率衡量，量子效率=发射的光子数/流过的电子数）也有极大的不同。
材料发光颜色量子效率（与工艺有关，这里是典型值）
砷化镓GaAs红外高，30%
磷砷化镓GaAsP红中，10%（购买时称为普通）
橙，黄随含磷量增加，波长变短，效率递减
磷化镓搀杂氮GaP:
N黄绿低，不到1%（购买时称为普通）
磷化镓搀杂氧化锌GaP:
ZnO红到黄中低（购买时称为普通）
铝砷化镓AlGaAs鲜红中高（购买时称为高亮度）
铝镓铟磷AlGaInP橙红高，30%（购买时称为超高亮度）
氮化镓GaN（含In）从纯绿到紫外高，20%（购买时称为高或超高亮度）
GaN，管芯外涂荧光粉紫+黄=白高（购买时称为高或超高亮度）。
2.接收管的介绍。
常常利用的接收管有硅光电二极管，硅光电三极管，光敏电阻三种。
光电二极管产生的电流小（微安级），需要高倍放大，可是速度很高，可以高频调制。
在遮光状态下的特性类似普通二极管。
使历时加反向电压，输出与光照强度近似成正比的光电流。
光电三极管一般基极不引出，只有两根管脚，购买的时候叫做光敏管。
光电三极管产生的电流较大（几百微安以上），无需前置高倍放大，可是速度较低，调制频率低于100KHz。
遮光状态下正反向电阻都很大，用强光（比如台灯）照射，可以测出一个方向的电阻明显变小，这个方向是正向。
使历时加正向电压>
1V，输出与光照强度近似成正比的光电流。
这些光电接收管的外壳有无色透明和黑色两种，黑色管壳几乎只透过红外光，与红外发光管配套利用。
光敏电阻的电特性是电阻而不是恒流，受到光照后电阻值大幅度减小，输出电流也较大，数量级类似光电三极管。
工作频率一般较低，但也有高的。
在利用上最重要的区别在于光敏电阻接受光照的是一个平面，没有管壳聚光，方向性差。
一般用在不区分光照方向或要降低本钱的电路里。
接收管的光谱特性：
光电二极管，光电三极管都是半导体PN结光电元件，靠内光电效应接收光线，因此入射光子能量超过材料能带宽度才能被接收，表此刻它的光谱-灵敏度特性在长波方向有一个陡的截止。
在短波方向若是波长太短，灵敏度也会下降。
一般的硅管最适合用在红外到红黄光范围内，可是可以一直用到近紫外。
另类的应用：
用发光二极管当光电二极管，它的材料能带较宽，只接收短波的可见光。
理论上可以用于识别颜色。
某些光敏电阻对于可见光中间部份的灵敏度较高。
加装滤色片（可以用玻璃纸）可以方便的改变管子的光谱特性以制造各类颜色传感器。
3．传感器探头的实际制作
1）识别白线：
可以用白色管子。
若是背景是绿色，红光比较好用，红外也行。
可是背景有红绿蓝各类颜色特别是红色时，红光的区分度就不大了。
比如Robocon比赛的红色或蓝色的动身区。
这次咱们校队就因为没有注意这个问题而吃了大亏。
在这种情况下可以用蓝色，红色或紫色（验钞用，含紫外线）的管子。
几何形状是发射管和接收管一个直立一个倾斜，指向同一个位置以消除镜面反射光。
这些管子可以焊在一小块电路板上,在前端套上热缩套管减小光线发散,这样做成探头,可是这样既不牢固准确又不抗干扰,最麻烦的是多个探头作成阵列使历时性能不一致。
较好的做法是在一个铝块或木块上打孔后把管子插在里面，周围围上黑胶布遮光。
探头的光斑要小，这样识别白线才准确。
相邻的探头距离要适合。
探头的布置是出于控制方便的考虑，一般是中间放一排探头跟踪白线，两边各一个数横线。
中间的这一排探头要放在驱动轮前面，距离尽可能的远，数量尽可能的多。
因为车身偏离白线的时候是先有角度误差再积累（积分）为横向误差，两个相加后组成探头与白线的误差。
探头越靠前，角度误差占的比例越大，反馈的相位滞后越小，环路越容易稳定，振荡小。
相反的，探头靠后了就会振荡的比较大乃至发散。
探头在最前面，驱动轮在最后面，用2个探头就可以用了。
考虑到转弯时可能产生比较大的横向误差，最好放3个。
咱们今年在比赛失败的直接原因就是清障的小机械人跟踪白线的探头只有两个，而且有两个万向轮，驱动轮打滑严重。
在自己搭的场地上从来没出问题，可是一到北京就出问题不可整理，结果障碍物无法清除，把冲顶机械人挡住了。
探头靠后了就要多放几个.若是放在两个驱动轮之间就要放一长排,用PID算法.
为了避免镜面反射，若是利用平行的发光管和接收管，在指向待测点的前提下，应不要垂直于待测表面，应该有个倾角。
另外，探头的安装离待测点的距离要按照电路灵敏度和信噪比来定，非调制的传感器探头要注意遮光。
2）识别各类颜色：
若是要识别各类颜色，可以用带不同滤色片的接收管，或几个不同颜色的发射管轮流点亮（包括全数熄灭的状态）用一个接收管接收，再作A/D转换后由单片机处置。
几个管子必需是识别同一个地方的颜色，而且相对距离不能变更。
不然会把黑白认成彩色。
3）接近开关：
识别有物体靠近，可以用红外对管+调制，或直接购买成品。
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