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智能小车红外循迹巡线传感器原理与应用电路

智能小车是指由单片机控制的,可以修改程序的,在程序的控制下,能够自由移动,自动完成特定功能的小车。它集计算机技术,软件编程,自动控制,传感器技术,机械结构于一体,是学习信息技术,机器人的最佳载体。

小车循迹指的是小车在白色地板上循黑线行走,通常采取的方法是红外探测法。也可用CCD,CMOS 摄像头方案,

光电优点:

 1.电路设计相对简单 2.检测信息速度快 3.成本低

 缺点:

 1.道路参数检测精度低、种类少2.检测距离短3.耗电量大 4、容易受外界光线干扰

摄像头优点:

      1.检测前瞻距离远 2.检测范围宽3.检测道路参数多 

缺点:

             1.电路相对设计复杂2.检测信息更新速度慢3.软件处理数据较多

      



     红外探测法,即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射强度的特点,在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光,当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射,反射光被装在小车上的接收管接收;如果遇到黑线则红外光被吸收,小车上的接收管接收不到红外光。单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的 位置和小车的行走路线。

    常用的红外探测元件有红外发光管,红外接收管,红外接收头,一体化红外发射接收管。

    红外线是不可见光线。所有高于绝对零度(-273.15℃)的物质都可以产生红外线。人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列,依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.62~0.76μm;紫光的波长范围为0.38~0.46μm。比紫光波长还短的光叫紫外线,比红光波长还长的光叫红外线。

  红外发光二极管:



外形和普通发光二极管LED相似,发出红外光。管压降约1.4v,工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压,回路中常常串有限流电阻。红外线发射管有三个常用的波段,850NM、875NM、940NM。根据波长的特性运用的产品也有很大的差异,850NM波长的主要用于红外线监控设备,875NM主要用于医疗设备,940NM波段的主要用于红外线控制设备。

光敏二极管,光敏三极管:--作为红外接收管

 


无光照时,有很小的饱和反向漏电流(暗电流)。此时光敏管不导通。当光照时,饱和反向漏电流马上增加,形成光电流,在一定的范围内它随入射光强度的变化而增大。光敏二极管和光敏三极管的区别是光敏三极管具有放大作用。

红外接收头:

    




红外线接收头(又称红外线接收模组,IRM)是集成红外线接收管、放大、滤波和比较器输出等的IC模块。红外接收头的种类很多,引脚定义也不相同,一般都有三个引脚,包括供电脚,接地和信号输出脚。根据发射端调制 载波的不同应选用相应解调频率的接收头。一般用在红外遥控器中。

一体化红外发射接收管:

     



将红外发射管,接收管,紧凑低地安装在一起,靠反射光来判断前方是否有物体。有TCRT5000,RPR220.

RPR220是一种一体化反射型光电探测器,其发射器是一个砷化镓红外发光二极管,而接收器是一个高灵敏度,硅平面光电三极管。

下图由TCRT500构成的简单的循迹电路,光敏三极管接收到反射光时,输出低电平,经反向器整形后送到单片机进行检测。


灵敏度可调的循迹电路。当比较器的正向输入端电压低于反向输入端的电压时输出低电平,LED 亮,表示接收到反射光。



上面电路检测距离在10mm左右,检测距离短,容易受环境光干扰。

另一中比较可靠的方法是对红外光进行调制。由振荡电路产生38KHZ的脉冲信号,驱动红外二极管,向外发射调制的红外脉冲。红外接收电路(或红外接收头)对接收信号进行解调后输出控制脉冲。此方法检测距离远,抗干扰能力强,用在可靠性要求比较高的场合。

 

智能小车循迹通常有2路,3路,5路循迹,3路循迹相比2路循迹可提高小车的行进速度,5路循迹进一步提高小车巡线的可靠性。

下图为采用RPR220的三路循迹模块原理图:循迹信号经反向器整形后送到单片机进行检测



智能小车结构示意图:



当循迹传感器照到黑线时输出点平0,照到白线时输出1.如上图所示,A,B,C三路。

三路巡线小车控制逻辑:

            a、 A  B   C  状态为 1  0   1    ,B路正照到黑线上,小车前进

            b、 A  B   C  状态为 0   0  1   , A,B 照到黑线上, 小车左转弯

            c、  A  B    C 状态为 0   1   1  , A 在黑线上,    , 小车左转弯

            d、  A  B   C  状态为 1   0   0,   B,C在黑线上,        小车右转弯

            e、 A  B   C  状态为   1  1   0,   C 在黑线上  ,        小车右转弯

            f、   A  B    C  状态为   1   1  1,   A B C 都不在黑线上,小车保持上一次状态不变

           g、   A  B    C  状态为   0   0  0 ,  A B C 都在黑线上,     小车停止。

 

 


 

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