手册,其调制信号应为周期1000us的方波。IRM8601S内部的带通滤波器的中心频率为38KHz,所以发射红外线的载波信号为38KHz时经过滤波器衰减最小,传感器最灵敏,越是偏离就衰减的越多,这是一体化接收头抗干扰的关键原理。有效发射信号是指接收头所能识别的信号,改变有效发射信号的方法有两种: 1. 改变输出信号的能量,改变输出信号的能量又有两种方法: (1)改变输出信号的幅度 (2)改变输出信号的占空比
2. 改变输出信号的频率,由于一体化接收头是 38KHz 的带通滤波器,所以发射信号
的频率偏离38KHz 越多,能检测到的有效信号就越少。这样也就可以改变有效发射信号的强度。 2、原电路
原电路的红外发射电路如图六所示。通过W4调节红外线发光管的发光强度。
图六 发射电路 图七 接收电路
接收电路如图七所示。U4 为一体式红外线接收传感器IRM8601S,,它内部集成自动增益控制电路、带通滤波电路、解码电路及输出驱动电路。但由于它是
开漏输出,所以输出端需接一个上拉电阻,见图七中的R10。其中R4 是限流电阻。
由图六可知,每个发射二极管接一个电位器后直接接到微控制器的PWM引脚上,在实际调试中发现这个电路虽然简单易行但存在三个问题。第一,由于二级管工作曲线的非线性,实际调节时不能充分利用电位器的调节作用,大大增加了调节的难度和精度。第二,由于五个发射模块彼此独立,故需要调节五次,调节次数多,容易照成调节的不对称。第三,不能通过程序来控制发射电流的大小。
3、改进方案
改进后的电路如图六所示,三级管的作用是作为一个电流源来驱动红外发射二级管。运放LM324作为一个电压跟随器,跟随PWM的输出。通过合理调配各电阻的阻值,使三级管工作在线性区。其中电容C1、C2的作用是滤出电源高频干扰。当调节电位器时相应的改变PWM的占空比从而实现对发射电流大小的控制。
图六 改进后的红外发射电路
三、底层算法的研究
(一)传感器驱动
电脑鼠在迷宫中行进时要随时侦测路面情况。它的左右传感器不但要检测是否存在支路(没有挡板就是一条支路)还要避免和挡板碰触。因此电脑鼠每一侧就需要完成两组参数的检测,一组检测稍微远一点的距离是否有墙,判断是否存在支路,另一组检测稍微近一点的距离,判断是否即将碰触挡板。如果只用一组传感器来完成两组参数的检测的话,若使用非调制的普通红外接收头,可以根据接收到的信号的强弱来计算距离,可是非调制的抗干扰差,但是如果使用调制的一体化接收头,检测信号输出的是数字信号,这样通过检测传感器输出信号的强弱来计算距离的方法肯定行不通。解决的方法是把上面测距的原理反过来,可以通过改变有效发射信号强度,当接收头刚好能接收到信号时,记录下此时发射的强度,这样也就可以大致测算出距离。本文让五个发射头轮流发射38KHz及35KHz
的调制信号,由上文可知这可以改变有效发射信号的强度,从而能够粗略判断障碍物的远近距离,完成两组参数的检测,于是可以指示出没有障碍物、检测到障碍物和障碍物靠的太近三种状态。
然而,如果五个发射管同时发射红外信号,由于漫反射的作用,信号之间可能发生相互干扰,如图七所示。左前发射头发射的信号错误的被前接收头收到了。
解决这一问题的方法是分组分时发射。所谓分组分时发射是指左、前、右三个传感器为一组同时发射,左前、右前两个传感器为一组同时发射,这样做的目的是使组内各个传感器的发射头彼此垂直,避免相互间的干扰。所谓分时发射是指当第一组发射时,
第二组接收,而当第一组接收时第二组发射。如图八所示,其中PWM1连接斜左、斜右两个传感器,PWM2连接左、前、右三个传感器。
图七 漫反射示意图
图八 分时分组发射示意图
PWM2轮流以38KHz和35KHz驱动第一组发射头(左、前、右),检测左、前和右的远距离和近距离。PWM2发射时PWM1停止发射。而当PWM2停止发射时,PWM1以35KHz或38KHz检测第二组发射头(左前和右前)。这样做的目的是使两组传感器可并行的工作,缩短一倍的采样周期。
红外线在空气中传播和反射受外界的干扰,如果测量距离刚好处在能够检测到信号的临界状态,保持距离不变,传感器输出信号也可能不确定。这样就需要在合适的时机读取接收头输出端的状态。图九为IRM8601S信号处于临界状态时用逻辑分析仪抓到的波形图,Pulse 为38KHz 的输出信号,Send 高电平有效,有效时发送红外线脉冲,OUT 为一体化接收头输出端。由图可知当刚刚结束上次发射时读接收头输出端的状态,此时正处于OUT 有效信号的中间,读能保证正确检测到信号。
图九 传感器检测波形图
综上所述,传感器驱动的流程图如图十所示。