红外对管在机器人中的应用(终稿).doc

红外二极管在机器人中的应用你还在为在制作机器人昂贵的传感器发愁吗？那你读过本文后，就会发现红外二极管就可以替代许多昂贵的传感器，希望本文对你的机器人设计能提供新的方案。在讲解具体应用前，我们先来了解一下红外线。红外线是不可见的光线， 光谱中在0.76到400微米的一段波长称为红外线。所有物质在高于绝对零度（-273.15）时都可以产生红外线。现代物理学称红外线为热射线。作者对红外线频率与探测灵敏度的关系进行了一系列的实验，得出以下结论如左图。红外线频率在38.5kHz时灵敏度最高，当红外线探测器发送频率调整为36kHz或40kHz的信号时，灵敏度为频率38.5kHz的80；当发送频率为34kHz或42kHz，探测的灵敏度大概是频率38.5kHz的50左右。对于低灵敏度的频率，被测物体离探测器的更近些，才能反射红外线。1.循迹检测图1 循迹检测电路利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射率的特点来设计循迹电路。在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色地面时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收产生控制信号；如果遇到黑线则红外光被吸收，则小车上的接收管接收不到信号此时无控制信号。采用ST系列集成红外探头是因为其体积小、价格便宜、性能可靠、使用方便、用途广泛。循迹电路使用的ST188采用高发射功率红外光、电二极管和高灵敏光电晶体管组成，采用非接触式检测方式。ST188的检测距离很小，一般为815毫米，因为8毫米以下是它的检测盲区，而大于15毫米则很容易受干扰。经过多次测试、比较，发现把传感器安装在距离检测物表面10毫米时，检测效果最好。R1限制发射二极管的电流，发射管的电流和发射功率成正比，但受其极限输入正向电流50mA的影响，用R1=150的电阻作为限流电阻,Vcc=5V作为电源电压，测试发现发射功率完全能满足检测需要；可变电阻R2可限制接收电路的电流，一方面保护接收红外管；另一方面可调节检测电路的灵敏度。因为传感器输出端得到的是模拟电压信号，所以在输出端增加了比较器，先将ST188输出电压与2.5V进行比较，再送给单片机处理和控制。选择正确检测方法和传感器件是决定循迹效果的重要因素，而且正确的器件安装方法也是循迹电路好坏的一个重要因素。从简单、方便、可靠等角度出发，同时在底盘前侧装设4个红外探测头，进行两级方向纠正控制，将大大提高其循迹的可靠性；也可以采用3个红外探测头，中间的检测黑线，两侧的探头检测白色区域。2.红外测速图2 红外测速装置如图需要在电机转子侧安装一个码盘，在定子上放置一个对射光耦。通过光电原理，由于码盘上有缺口，电机转动光线不断地通断，产生连续的高低电平，在整形后可以产生连续的脉冲信号。连续的脉冲信号经过单片机处理，计算脉冲间隔，换算出电机的转速。如果单片机的晶振为12MHz，单片机每个机器周期有12个振荡周期，每个机器正周期为1us，码盘上空的个数为D，测速脉冲周期为t（同过临近齿孔所用的机器周期数），机器人的轮长为L，电机的转速为：机器人的速度： 3.红外线测距各种测距的方法有很多,目前来看主要有超声时间法、PSD测距法、反射能量法和带运动机构的双象比较法。采用红外线测距就是应用反射能量法。反射能量法红外发射二极管发射一束红外线射到被检测物体表面, 红外线在物体表面产生漫反射，红外接收二极管接受到物体反射的红外线，根据接收到的反射光能量来判断被测物体的距离。实现原理为红外发射驱动电路驱动发射头的红外二极管发出红外光，当红外光在遇到障碍物后反射回来，反射回来红外光由红外接收驱动电路驱动红外接收头的红外接收二极管接收到，并通过电压转换，将其转换为可测量的电压值，因为红外光的强度会随距离的缩小而增强，红外接收电路转化的电压值会随之增强。又因为电压与距离成比例，通过对转换的电压的计算，我们可以知道可移动机器人与障碍物之间的距离。图3 红外发射电路电路工作原理：在共射放大电路中，红外发光二极管TLN205接于共射放大电路的集电极，与基极和发射极相接的二极管起温度补偿作用。Vin与控制芯片的引脚相接。当Vin有信号输入时,控制电路的三极管导通,同时整个电路导通,红外发光二极管TLN205发射出红外光。图4 红外接收电路电路工作原理:红外发光管TLN205发射出的红外光,在遇到前面的障碍物反射后,由红外接收管TPS708接收,此时TPS708 会产生一个与光强相对应的电流。电流经由LM358 两级放大后