從網(wǎng)上下載循跡小車紅外線線性處理方法

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2023-8-27 00:02 上傳

大多數(shù)工業(yè)用光電檢測模塊都使用調(diào)制光，以避免環(huán)境光的干擾。使用帶通濾波器對檢測到的信號進(jìn)行濾波，并過濾掉不使用的信號。因此，只能檢測到來自發(fā)光器的調(diào)制信號。當(dāng)然，檢測器一定不能被環(huán)境光飽和，這在檢測器在線性區(qū)域工作時是有效的。

在該項(xiàng)目中，脈沖光用于消除環(huán)境光。這適用于順序掃描的折迭式傳感器，以避免來自下一個傳感器的干擾。微控制器開始掃描傳感器狀態(tài)，采樣輸出電壓，打開LED并再次采樣輸出電壓。兩個樣本之間的差異是LED產(chǎn)生的光電流，環(huán)境光產(chǎn)生的輸出電壓被抵消。其他傳感器也按順序掃描相同的avobe。

該機(jī)器人具有巡線能力。這意味著它能夠遵循明亮表面上標(biāo)記的黑色引導(dǎo)線。軌道上可能存在交叉線，在這種情況下，機(jī)器人會選擇直線方向。機(jī)器人可以避開途中的障礙物；如果檢測到障礙物，機(jī)器人就會倒轉(zhuǎn)并繼續(xù)向后移動。

最終，機(jī)器人可以在未知環(huán)境中找到引導(dǎo)線。當(dāng)機(jī)器人下方?jīng)]有線時，機(jī)器人開始沿螺旋軌跡尋找，直到穿過引導(dǎo)線。

指南標(biāo)有黑色 PVC 隔離膠帶。這種材料不反射紅外光，因此很容易通過表面的光反射來區(qū)分引導(dǎo)線。

傳感器模塊由3個探測器和4個發(fā)射器組成。發(fā)射器（紅外 LED）和檢測器（光電晶體管）交替放置成一排，以便每個光電晶體管被兩個紅外 LED 包圍。由于這種設(shè)計(jì)，僅使用三個光電晶體管和四個紅外 LED 就可以測量傳感器模塊下方六個點(diǎn)的表面反射率。一般來說，這種方法減少了線路傳感器模塊所需的組件和 ADC 輸入的數(shù)量，這在尺寸限制方面是理想的。

下圖顯示了該方法的工作原理：

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LED1發(fā)射紅外光，反射到光電晶體管T1，因此測量點(diǎn)1的光反射率。

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然后，LED1 關(guān)閉，LED2 開始發(fā)射紅外光。光電晶體管 T1 測量點(diǎn) 2 處的光反射率。

在實(shí)際應(yīng)用中（特別是需要高刷新率時）必須考慮IR組件的特性。由于反應(yīng)延遲（延遲），如果在測量點(diǎn)1 的反射率后立即測量點(diǎn)2 的反射率，來自傳感器的數(shù)據(jù)可能會有偏差。為了避免這種情況，我在示波器上分析了傳感器特性，然后修改了掃描以某種方式排序，以便傳感器不會相互影響。

由于光照條件往往會根據(jù)時間和地點(diǎn)的不同而變化，因此需要使用環(huán)境光抑制算法才能使傳感器正常工作。該方法很簡單：每個傳感器進(jìn)行兩次測量。首先，它掃描環(huán)境光量。然后，它打開紅外 LED 并再次測量該值。減去這兩個值，環(huán)境光的偏差就被抑制了。

各個光學(xué)元件的特性可能存在細(xì)微差異；因此應(yīng)校準(zhǔn)傳感器模塊。校準(zhǔn)分兩步手動完成：

所有傳感器均放置在黑色引導(dǎo)線上方。一旦接收到校準(zhǔn)命令，所有傳感器都會測量表面反射率，并將測量值存儲在存儲器中。這些是偏移校準(zhǔn)值。從現(xiàn)在起，所有測量值都會自動使用此偏移進(jìn)行校正。（每次進(jìn)行測量時，只需從實(shí)際值中減去偏移量）。因此，當(dāng)所有傳感器位于黑線上方時，它們將返回相同的值。

在增益校準(zhǔn)期間，所有傳感器都放置在白色表面上方。某些傳感器可能比其他傳感器更敏感，因此測量值彼此不同。但由于傳感器模塊下方的表面反射率應(yīng)該相等，因此可以輕鬆計(jì)算每個傳感器的增益?zhèn)S數(shù)。為了以后的測量，每個測量值都會與其增益?zhèn)S數(shù)相乘（相乘）；以便所有校準(zhǔn)的傳感器都具有相似的特性。

因此，校準(zhǔn)的傳感器模塊將輸出標(biāo)準(zhǔn)化值。

光學(xué)傳感器測量表面的光反射率，并通過線檢測算法處理獲取的數(shù)據(jù)。該算法的設(shè)計(jì)方式使得線寬無關(guān)緊要。線檢測算法輸出有符號整數(shù)值，該值表示引導(dǎo)線的實(shí)際偏轉(zhuǎn)。接近零的值意味著該線準(zhǔn)確地位于傳感器模塊的中間，正值表示該線向右偏轉(zhuǎn)了多少，負(fù)值表示向左偏轉(zhuǎn)了??多少。然后，該輸出用于線路跟蹤的比例積分微分 (PID) 控制。PID控制器根據(jù)實(shí)際的線路偏轉(zhuǎn)和之前的狀態(tài)來調(diào)整電機(jī)的速度。每秒評估線的位置 30 次。

換句話說，PID控制器驅(qū)動機(jī)器人，使得線路始終以傳感器模塊的中間為中心，從而使機(jī)器人執(zhí)行平滑的線路跟蹤。

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在下一個視頻中，我展示了使用 8 個 CNY70 傳感器進(jìn)行的測試。這些傳感器通過 Arduino Nano 的端口 A0 至 A7 進(jìn)行模擬測量。我使用初始算法通過將范圍標(biāo)準(zhǔn)化為 0 到 1000 來校準(zhǔn)傳感器，其中 0 代表白色背景，1000 代表黑線。完成校準(zhǔn)后，進(jìn)入循環(huán)并開始讀取周期，計(jì)算0到7000的位置，分別代表左傳感器到右傳感器。該位置值用于計(jì)算比例誤差P。P的范圍是-3500（左）到3500（右），以0為中心值。該算法會記住檢測到黑線的最后一個傳感器（左或右）的位置值，目的是使用該數(shù)據(jù)進(jìn)行制動操作和線路恢復(fù).