紅外避障傳感器.doc

二紅外避障傳感器1.避障傳感器主要包括：超聲波避障傳感器，紅外避障傳感器，激光避障傳感器等等?？紤]到發(fā)射光線是光，可以希望在相當(dāng)短的時間內(nèi)獲得較多的紅外傳感器測量值以及測距范圍較近，大致為30cm以內(nèi)，所以我們選擇紅外避障傳感器安裝在機(jī)器人上。2.紅外避障傳感器的優(yōu)點：（1）環(huán)境適應(yīng)性好，在夜間和惡劣氣象條件下的工作能力優(yōu)于可見光；（2）被動式工作，隱蔽性好，不易被干擾；（3）靠目標(biāo)和背景之間各部分的溫度和發(fā)射率形成的紅外輻射差進(jìn)行探測，因而識別偽裝目標(biāo)的能力優(yōu)于可見光；（4）紅外系統(tǒng)的體積小、質(zhì)量輕、功耗低；（5）不受電磁波的干擾、非噪聲源、可實現(xiàn)非接觸性測量。3. 紅外避障傳感器的不足：由于傳感器測量光的差異，其受環(huán)境的影響非常大，物體的顏色、方向、周圍的光線都能導(dǎo)致較大的測量誤差。4.工作原理：（1）紅外避障傳感器：具有一對紅外信號發(fā)射與接收二極管，發(fā)射管發(fā)射一定頻率的紅外信號，接收管接收這種頻率的紅外信號，當(dāng)傳感器的檢測方向遇到障礙物（反射面）時，紅外信號反射回來被接收管接收，經(jīng)過處理之后，通過數(shù)字傳感器接口返回到機(jī)器人主機(jī)，機(jī)器人即可利用紅外波的返回信號來識別周圍環(huán)境的變化。紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件和轉(zhuǎn)換電路。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式兩類。檢測元件按工作原理可分為熱敏檢測元件和光電檢測元件。熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時溫度升高，電阻發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換電路變成電信號輸出。（2）熱敏檢測元件熱阻效應(yīng)：物質(zhì)的電阻率隨溫度變化的物理現(xiàn)象叫熱阻效應(yīng)。金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示，即Rt=Rt01+（t-t0）式中，Rt為溫度t時的阻值；Rt0為溫度t0（通常t0=0）時對應(yīng)電阻值；為溫度系數(shù)。半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度關(guān)系為Rt=AeB/t式中Rt為溫度為t時的阻值；A、B取決于半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)的常數(shù)。（3）光電檢測元件光電效應(yīng)：在高于某特定頻率的電磁波照射下，某些物質(zhì)內(nèi)部的電子會被光子激發(fā)出來而形成電流，即光生電，分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)：在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，而引起材料電導(dǎo)率的變化。當(dāng)光照射到光電導(dǎo)體上時，若這個光電導(dǎo)體為本征半導(dǎo)體材料，且光輻射能量又足夠強，光電材料價帶上的電子將被激發(fā)到導(dǎo)帶上去，使光導(dǎo)體的電導(dǎo)率變大。基于這種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。（4）紅外發(fā)射二極管的選擇紅外發(fā)射二極管分為很多種。紅外發(fā)射二極管一般按峰值波長（p）主要為：850nm、870nm、880nm、940nm、980nm，現(xiàn)在市場上使用較多為850nm和940nm兩種。本次設(shè)計所使用的是峰值波長為940nm的紅外發(fā)射二極管。940nm紅外發(fā)射二極管優(yōu)點：光強度高，響應(yīng)速度快，可用脈沖驅(qū)動，無色透明環(huán)氧樹脂。其主要應(yīng)用領(lǐng)域： 紅外遙控系統(tǒng)，紅外探測系統(tǒng)，紅外幕墻保安系統(tǒng)，磁帶、光盤監(jiān)測器，光電開關(guān)/光傳感器，主動紅外夜視儀，電腦、手機(jī)等便攜設(shè)備的紅外數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。在使用紅外發(fā)射二極管時，發(fā)射管的輻射強度(Power)與輸入電流(If)成正比。輻射強度：Power(單位:W,W/sr,W/cm2)，用以表示紅外線發(fā)光二極管(IR)其輻射紅外線能量之大小。發(fā)射距離與輻射強度(Power) 成正比。W/sr：表示紅外線輻射強度的單位，為IR發(fā)射紅外線光之單位立體角(sr)所輻射出的光功率的大小。W/cm2：表示照度的單位，為sensor單位面積(cm2)所接收IR發(fā)射之輻射功率的大小。半功率角：2 指紅外線二極管其上下或左右兩邊所輻射出之紅外線強度為該組件最大輻射強度的50%時，其上下或左右兩邊所夾的角度稱為半功率角。（5）紅外接收器的選擇本次設(shè)計選用HS38B，該器件特性：低功耗、高靈敏度、優(yōu)良的抗干擾能力。一般用于家用電器、玩具等遙控接收。紅外接收器的電路原理框圖5.測量電路紅外發(fā)射與接收器電路圖紅外線二極管發(fā)射紅外光線，如果機(jī)器人前面有障礙物，紅外線從物體反射回來，相當(dāng)于機(jī)器人眼睛的紅外檢測（接收）器，檢測到反射回的紅外光線，并發(fā)出信號來表明檢測到從物體反射回紅外線。 紅外線接收器有內(nèi)置的光濾波器，除了需要檢測的940nm波長的紅外線外，他幾乎不允許其他光通過。紅外檢測器還有一個電子濾波器，它只允許大約38.0KHz的電信號通過。這里使用三極管9013的原因是9013的基區(qū)做得很薄，當(dāng)按圖接時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，這時由于集電結(jié)反偏，對基區(qū)的電子有很強的吸引力，所以由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子大部分進(jìn)入集電區(qū)，于是集電極的電流增大。由于C51的I/O驅(qū)動能力較弱，加入三極管使其工作在開關(guān)狀態(tài)，用小電流來控制大電流。當(dāng)P1_3(P3_6)置高電平時，從集電區(qū)經(jīng)基區(qū)到發(fā)射區(qū)電路導(dǎo)通，加載在LED上的電壓為VCC（5V），LED向外發(fā)射紅外線；當(dāng)P1_3(P3_6)置低電平時，電路又?jǐn)嚅_，LED停止發(fā)射。本次設(shè)計提供了5V穩(wěn)定直流電壓，給LED串聯(lián)一個470的電阻幫助限流。當(dāng)三極管導(dǎo)通時，流過LED的電流在10mA左右，使 LED能正常工作。單片機(jī)運放障礙物電機(jī)電壓差紅外接收器紅外發(fā)射二極管信號由紅外接收器接收，經(jīng)過運算放大器的反相放大，信號輸出由默認(rèn)的高電平變?yōu)榈碗娖?。發(fā)光二極管有了電壓差，所以信號指示燈亮，證明前方有障礙，同時信號輸出給單片機(jī)，由單片機(jī)由電平的變化去控制電動機(jī)的工作實現(xiàn)避障。6.注意事項：（1）紅外是數(shù)字傳感器，紅外接收管只有在接收到一定強度的紅外信號時才會有數(shù)值的變化。障礙物（反射面）太小時，紅外會檢測不到；障礙物（反射面）顏色為黑色或深色時，會被吸收大部分的紅外信號，而只反射回一小部分，導(dǎo)致紅外接收管接收到的紅外信號強度不夠，不足以產(chǎn)生有障礙物（反射面）的信號。（2）紅外在暖光源的照射下（如白熾燈、太陽光）檢測受到很大影響，它會受到所有相近紅外信號的干擾，白熾燈和太陽光中含有紅外信號成分較多，對紅外的影響也較大。