红外在机器人中应用.docx

2.1红外传感器的工作原理

红外线又称红外光，是指波长大于700nm的不可见光，波长介于可见光和无线电波之间，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。红外线（指中、远红外线）不受周围可见光的影响，故可在昼夜进行测量。运用红外线的这种原理制造的传感器称为红外传感器，它是一种基于光电效应的接近觉传感器。红外传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，具有灵敏度高，响应快等优点。一般红外光电式传感器选择在近红外区，即760?2500nm段内，大多数发光器件为880nm和930nm两个系列。

红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。光电检测元件常用的是光敏元件，其材料一般为神化钾（GaAS）等半导体，它能吸收光能并将之转化为电能，当测量距离不同时，光的强度改变导致电流变化，再把电流经过放大及相关处理，就可以达到测量距离的目的。

将发射红外线的发光二极管和感知红外线的接受二极管组合在一起就可以实现红外线通讯。发光二极管发射频率为38.5KHz的红外信号，接收二极管接收这种频率的红外信号，由于太阳光和室内光的频率为120Hz，在红外传感器所带的电子滤波器的38.5Hz通带频率以外，可以被红外传感器忽略，因此红外传感器具有很好的抗干扰性当红外传感器处于工作状态时，发光二极管不停的以大约30°的散角向外发射红外信号接收二极管处于反射区内，便能接收到障碍物（反射面）反射回来的红外信号，经过放大处理之后，通过数字传感器接口返回到机器人控制芯片，机器人即可根据红外波的返回信号来识别周围环境的变化，从而确定下一步行走的路线。红外避障传感器工作原理如图2-1所示。

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接收：极管及射：极管

图2-1红外避障传感器工作原理图

但是在实际应用中，不同颜色对红外信号的反射能力不同，导致传感器对不同颜色的障碍物检测范围不同。所以在试验过程中应尽量避免红色的物体。

表2-1不同颜色对红外信号的反射能力

Table2-1Differentcolorsofthereflectivityofinfraredsignal

反射而颜色

最小检测范围

最大检测范围

白色

1cm

40cm

黑色

1cm

25cm

红色

近似于0

45cm

2.2红外线传感器的使用

红外传感器有三条引线，分别是电源线、接地线，控制线，如图3-6所示。

其内部含有高频的滤波电路，专门用来滤除红外线合成信号的载波信号（38KH），并送出接收到的信号。当红外线合成信号进入红外接收模块，在其输出端便可以得到原先发射器发出的数字编码，控制器做出相应的控制处理。红外传感器是通过发射端发射红外信号，接收端接收由障碍物反射回来的红外信号，来判断是否有障碍物。

图2-2红外线避障传感器

（1） 必须在输出端（黄色）和电源+5V（红色）之间接上47K左右的上拉电阻。

（2） 前面有障碍物时，输出端为低电平。

（3） 有效距离约为80mm。

（4） 工作电压3.3V?7.2V。

2.3基于反射光强度检测的红外避障传感器电路

大部分光电传感器是基于反射光的强度测试原理工作的。具体可以应用在距离、平面倾斜度、反射率和透射率参数的测量。红外传感器内部结构如图2-3所示。它有一个发光二极管、一个接受二极管、一个三极管和三个电阻组成。当

加反向电压时，二极管中的电流随光照强度的大小而改变，光照强度越大，反向

电流越大。在本设计中将传感器的Uout端口连接到单片机的I/O

电流越大。在本设计中

将传感器的Uout端口连接到单片机的I/O端。

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图2-3红外传感器接口图

常前红外传感器是一光结