迷宫隔栅检测的优化方法

用于竞赛机器人比赛的场地如图5-8所示，竞赛机器人需要准确地检测迷宫隔栅的有无及距隔栅的距离。

图5-8 竞赛机器人走迷宫的比赛场地

1.迷宫隔栅检测电路

迷宫隔栅检测电路如图5-9所示，晶体管V1用来驱动红外发射管，红外接收管接收迷宫隔栅反射回来的红外光，并转化为对应的电压信号V_in，经过电压跟随器放大隔离，最后输出与测量距离x对应的电压V_out。

图5-9 迷宫隔栅检测电路

传感器采用红外光调制解调技术，大大增强抗干扰能力，能准确检测出有无隔栅。其工作原理是：通过红外发射管发射特定频率的红外线，当照射到隔栅上，就会发生反射，红外接收管不断检测反射光，从而实现对物体的检测。红外信号需要调制到38kHz的载波上，这样，一方面与生活中常见的普通红外线区别开来，另一方面可以增大检测距离。红外接收电路采用型号为TSOP1738的红外线接收管，其内部已经集成了专用电路，具有调谐、放大和检测信号的功能。TSOP1738的红外线接收管的输出是解调出来的电平信号，可以直接输入单片机，使用非常方便。参考电路如图5-10所示。

图5-10 红外传感器的调制发射和接收

红外线是一种只有少数生物才能感觉到的光波，其波长为1～1000nm，具有定向传播和反射能力。移动机器人上的红外传感器探测原理为：红外传感器发出红外信号并检测返回的信号，通过返回信号的强度并依据环境物体的反射系数估计传感器本身到目标物体的距离，红外传感器的探测特性与超声传感器相反，即角度分辨率高，而距离分辨率低。当然，它同样具有灵敏度高、响应速度快、结构简单、成本低等优点，其缺点是探测距离依赖于物体反射的光强度。在环境未知的情况下，环境中的障碍物的反射系数是无法估计和确定的。(www.xing528.com)

2.驱动红外发射管的脉冲信号

红外发射管发射的是光脉冲信号，如图5-11所示。四个红外发射管轮流发射，提高了抗干扰能力。脉冲的频率为40kHz，高电平时间是5ms，低电平时间是20ms。采用窄脉冲驱动红外发射管，可以提高检测的可靠性。

驱动红外发射管的窄脉冲发射电流的幅值是：I=（V_cc-V_ce-V_{ray_out}）/R=50mA。脉冲的占空比是q=1/4。平均发射电流是50/4mA=12.5mA。

3.检测隔栅的四个传感器的布置

竞赛机器人检测隔栅的四个传感器的布置如图5-12所示。其中，1号用来检测左侧隔栅，2号、3号用来检测前方隔栅，4号用来检测右侧隔栅。测距方面采用模拟传感器，解决探测墙壁的有无和沿着跑道中线前进的问题。

图5-11 红外发射管发射的脉冲信号

图5-12 检测隔栅的四个传感器的布置