紅外避障傳感器的工作原理

　　紅外避障主要是以紅外測距傳感器為主。

　　紅外測距都是采用三角測距的原理。紅外發射器按照一定角度發射紅外光束，遇到物體之后，光會反向回來，檢測到反射光之后，通過結構上的幾何三角關系，就可以計算出物體距離D。

　　當D的距離足夠近的時候，上圖中L值會相當大，如果超過CCD的探測范圍，這時，雖然物體很近，但是傳感器反而看不到了。

　　當物體距離D很大時，L值就會很小，測量量精度會變差。因此，常見的紅外傳感器 測量距離都比較近，小于超聲波，同時遠距離測量也有最小距離的限制。另外，對于透明的或者近似黑體的物體，紅外傳感器是無法檢測距離的。

　　LM393紅外避障傳感器模塊電原理圖

　　模塊描述

　　該傳感器模塊對環境光線適應能力強，其具有一對紅外線發射與接收管，發射管發射出頻率的紅外線，當檢測方向遇到障礙物（反射面）時，紅外線反射回來被接收管接收，經過比較器電路處理之后，綠色指示燈會亮起，同時信號輸出接口輸出數字信號（一個低電平信號），可通過電位器旋鈕調節檢測距離，有效距離范圍2～30cm，工作電壓為3.3V-5V。該傳感器的探測距離可以通過電位器調節、具有干擾小、便于裝配、使用方便等特點，可以廣泛應用于機器人避障、避障小車、流水線計數及黑白線循跡等眾多場合。

　　模塊參數說明

　　1 當模塊檢測到前方障礙物信號時，電路板上綠色指示燈點亮電平，同時OUT端口持續輸出低電平信號，該模塊檢測距離2～30cm，檢測角度35°，檢測距離可以通過電位器進行調節，順時針調電位器，檢測距離增加；逆時針調電位器，檢測距離減少。

　　2、傳感器主動紅外線反射探測，因此目標的反射率和形狀是探測距離的關鍵。其中黑色探測距離小，白色大;小面積物體距離小，大面積距離大。

　　3、傳感器模塊輸出端口OUT可直接與單片機IO口連接即可，也可以直接驅動一個5V繼電器；連接方式：VCC-VCC;GND-GND;OUT-IO

　　4、比較器采用LM393，工作穩定；

　　5、可采用3-5V直流電源對模塊進行供電。當電源接通時，紅色電源指示燈點亮；

　　6、具有3mm的螺絲孔，便于固定、安裝；

　　7、電路板尺寸：3.2CM*1.4CM

　　8、模塊已經將閾值比較電壓通過電位器調節好，非特殊情況，請勿隨意調節電位器。

　　模塊接口說明

　　1 VCC 外接3.3V-5V電壓（可以直接與5v單片機和3.3v單片機相連）

　　2 GND 外接GND

　　3 OUT 小板數字量輸出接口（0和1）

　　4.工作電流是10ma以內

　　如圖所示壁障傳感器模塊:

　　紅外傳感器避障模塊電路圖

　　在智能小車制作中經常會用到紅外傳感器避障模，這里介紹一款智能小車制作時常用的紅外傳感器避障模，模塊是由LM567電路組成，LM567電路是一片鎖相環電路，采用8腳雙列直插塑封。其⑤、⑥腳外接的電阻和電容決定了內部壓控振蕩器的中心頻率f。

　　其中心頻率f由R、C決定： f=1/（1.1*RC）

　　在電路中，因為紅外發射器的起振頻率是 38KHz，其中電容選擇103，所以由以上公式可得 R=2.4KΩ 。

　　在電路中僅利用了LM567接收到相同頻率的載波信號后⑧腳電壓由高變低這一特性，來形成對控制對象的控制。

　　D1發射紅外線，D2接收紅外信號。LM567第⑤、⑥腳為譯碼中心頻率設定端，一般通過調整其外接可變電阻W改變捕捉的中心頻率。圖中紅外載波信號來自LM567的第5角，也即載波信號與捕捉中心頻率一致，能夠極大的提高抗干擾特性。

　　感器避障模塊LM567的電路圖，如圖11，LM567的①、②腳通常分別通過一電容器接地，形成輸出濾波網絡和環路單級低通濾波網絡。②腳所接電容決定鎖相環路的捕捉帶寬：電容值越大，環路帶寬越窄。①腳所接電容的容量應至少是②腳電容的2倍。③腳是輸入端，要求輸入信號≥25mV。⑧腳是邏輯輸出端，其內部是一個集電極開路的三極管，允許最大灌電流為100mA。LM567的工作電壓為4.75～9V，工作頻率從直流到500kHz，靜態工作電流約8mA。

　　在選擇紅外發射接收電路電子小制作中，有四個方案可以選擇，并且都做了PCB進行調試比較。

　　方案一： 利用40KHz的晶振作為紅外發射器的震蕩源。通過示波器觀察，波形非常準確完整，由于紅外接收的頻率一般是38KHz，雖然晶振的頻率可以通過可調電阻微調。但是還是很難匹配，每次試驗時都要微調。所以不選擇這個方案。

　　方案二： 如前所述，使用三腳的紅外接收器，但是接收器自備了選頻和解調能力，很難用單片機對其接收信號進行判斷。所以不選擇這個設計方案。

　　方案三：用高速CMOS型四重二輸入“與非”門74HC00組成RC震蕩電路作為頻率發生器，波形也準確完整，但是難匹配。所以不選擇這個方案。

　　方案四：選用通用音調譯碼器LM567的5輸出38KHz頻率，其特點是紅外線發射部分不設專門的信號發生電路。8腳輸入紅外接收器接收到的信號。這個信號是鎖相音頻譯碼器的鎖相中心頻率，這樣既簡化了線路和調試工作，又防止了周圍環境變化和元件參數變化對收發頻率造成的差異，實現了紅外線發射與接收工作頻率的同步自動跟蹤，使電路的穩定性和抗干擾能力大大加強。本設計中就是利用此方案最終實現避障功能。

　　這個電子小制作電路的特點是紅外線發射部分不設專門的信號發生電路。而是直接從接收部分的檢測電路LM567的5腳引人信號，這個信號是鎖相音頻譯碼器的鎖相中心頻率，這樣既簡化了線路和調試工作，又防止了周圍環境變化和元件參數變化對收發頻率造成的差異，實現了紅外線發射與接收工作頻率的同步自動跟蹤，使電路的穩定性和抗干擾能力大大加強。

　　LM567的5腳輸出的38KHz中心頻率輸出給三極管Q1，經過三極管放大，信號輸出給紅外發射器J2，可調電阻R3可以改變其發射功率。信號由紅外接收器J3接收，經過運算放大器741的反相放大，信號輸出給LM567的輸入3腳，由于輸入的信號是LM567的鎖相中心頻率，所以LM567的8腳輸出由默認的高電平變為低電平。發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8腳的信號輸出給單片機，由單片機由電平的變化去控制電動機的工作實現避障。