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1、3.4 传感器电路设计清洁机器人上安装有多种传感器：各种红外传感器、碰撞传感器和霍尔速度传 感器。这些传感器协调工作，保证了机器人对外界环境和自身运动状态的判断。3.4.1 传感器布局传感器网络共有 4 个周边红外传感器、3 个底盘红外传感器、2 个调频红外传 感器、2 个碰撞传感器、2 个霍尔转速传感器以及 1 个电机过流传感器、1 个充电 电源检测传感器、1 个电池充满传感器和一个 AD。其布局如图 3-7 所示。 图 3-7 传感器布局3.4.2红外线避障传感器电路设计避障传感器的基本原理是利用物体的反射性质。因为在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱
2、，最后消失。而如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到传感器的接收头。传感器检测到这一信号就可以确认正前方有障碍物，并传送给单片机，单片机通过输入内部的算法，协调小车两轮工作，从而完成躲避障碍物的动作。通过比较，本系统中选用E18-D80NK-N红外避障传感器。E18-D80NK-N是E18-D80NK的升级版。改动部分主要是内部电路板和外部连线。传感器外部接线，在末端增加了杜邦头，方便用户使用。 E18-D80NK-N这是一种集发射与接收于一体的光电传感器，发射光经过调制后发出，接收头对反射光进行解调输出。有效的避免了可见光的干扰。透镜的使用，也使得这款传感器最远可以检测80厘米距离的问题（
3、由于红外光的特性，不同颜色的物体，能探测的最大距离也有不同白色物体最远，黑色物体最近）。 检测障碍物的距离可以根据要求通过尾部的电位器旋钮进行调节。该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合。E18-D80NK-N的工作电压为5V，工作电流为10-15mA，驱动电流为100mA,探测距离为3-80cm。E18-D80NK-N也是一个数字传感，其为NPN型光电开关，输出状态是0和1，即数字电路中的低电平和高电平；检测到目标是高电平输出，正常状态是低电平输出。此时可以通过旋转传感器后面的按钮，改变传感器可以测量的距离，
4、比如可以通过调节旋钮，使它测5cm距离以内是否有障碍物，如果5cm以内有物体则返回一个高电平，同时传感器里面的绿色小灯被点亮。本系统需要可以测得距离是否有变化的传感器，所以该传感器可以胜任。本系统共用4个E18-D80NK-N红外避障传感器，通过调节旋钮，使它们可以测得设定距离以内的障碍物，这样当机器人处在障碍物设定距离内的地方时，传感器返回低电平，被单片机检测到并作相应的处理。我们利用上述传感器设计如下图所示电路，其中D1发射红外线，D2接受红外线信号。LM231(此芯片待定)的第5、7引脚为频率的设定端，一般通过调整其外接可变电阻来改变频率。红外载波信号来自其第7脚，也就是说载波信号与频率
5、一致时，能够极大的提高抗干扰特性。当接收到的红外载波信号和频率一致时，说明不是干扰，则第6脚输出低电平。红外信号经反射后，由探头的光敏三极管接收反射光，经过RC滤波电路及LM741组成的并联负反馈放大电路对信号进行放大，输出频率的方波送到LM231中进行解调，然后经其内部的比较器转换为数字信号经由6号脚输出。图3-8 红外传感电路本电路既简化了线路和调试工作，又防止了周围环境变化和元件参数变化对收发频率造成的差异，实现了红外线发射和接收工作频率的自动同步跟踪，使电路的稳定性和抗干扰能力大大加强。3.4.3碰撞传感器接触传感器通过与目标物体的接触来识别障碍物，选择OTH8084型微动开关作为接触
6、传感器，如图所示，该型号开关结构小巧，使用便捷可靠，信号无需调理。碰撞传感器检测单元的接口电路如图所示，图中OUT接控制器2的INTI端口（另一检测单元接P3.4口），L1的限流电阻，S9为接触传感器，其脚1接地，当碰触到障碍物时，探测簧片被压下，传感器的1脚和3脚导通，工作电路形成回路，OUT端输出低电平。OUT端输出的低电平能够直接被控制器识别。碰撞传感器主要是用于小车检测左右侧或前方障碍物所用。图3-9 3.4.4红外台阶检测传感器红外台阶检测使用集成的红外传感器，其外形如图所示。其引脚定义为 1 脚电源地，2 脚电源正，3 脚信号输出端。当传感器前方没有物体时，其输出高 电平，有物体时
7、输出为低电平。使用时不需要再外接元件，只需要给其提供+5V 的电源就可以工作，但有效检测距离较近，比较适用于机器人地盘用于台阶的检测。图 3-10 集成红外传感器外形图机器人地盘上共使用了三个集成的红外传感器，分别安装在两个驱动轮的前端 和随动轮的前端，三个传感器的输出信号相或，这样只要其中任意一个传感器检测 不到地面（遇到有台阶情况），输出即为高电平，单片机检测到这个高电平就立即 停止前进，防止跌落。具体电路见图 3-11，或门使用两输入端四或门芯片 7432。 霍尔传感器的测速电路设计当电流流过霍尔传感器时，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压V精确的反映原边电流。图3-11 霍尔传感器的测速电路上述的电路只是霍尔元器件测速的部分电路，需要在其左端接入霍尔元件，右端可以接入计数器，这样可以更好地得到计算结果。3.4.6 多传感器信息融合多传感器信息融合、自动充电技术和定位及路径规划技术，通过融合处理综合分析来自各个传感器的信息，利用各种传感器性能上的差异与互补性，获取有效、可靠、完整的信息。采用这种方法，即使各个传感器所提供的信息有一定的误差和不确定性，但通过对它们提供的信息进行有效的综合，仍可以获取比任何单一传感器信息更可靠、更完整的融合结果。因此多传感器信息融合技术在吸尘机器人的开发上具有很大的应用价值。
