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  • 2021-02-05 04:12:14

    利用一左一右两个红外传感器检测黑色跑道。

    购买链接:

    循迹传感器

    一、功能介绍

    循迹传感器

    使用中断接口,与IMX6魔法师Cortex-A系列底板的P5接口对应。

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    1、模块简介

    循迹传感器采用的是一左一右两个红外传感器。具体的检测原理是跑道黑线吸收光,红外传感器接收不到返回的数据,经施密特触发器整形后输出高电平。场地区域为白色反射所有光,传感器发射的红外光遇场地反射,接收管接收到反射光,经施密特触发器整形后输出低电平。

    二、使用演示

    三、原理分析

    循迹传感器是由两个红外反射模块组成, IRS-F2为红外发射装置,负责发射红外线,TCRT5000为红外接收装置,负责检测有无反射回的红外线。当红外模块的接收端导通时,U1B比较器输出低电压,当红外模接端没有收到红外线时,比较器输出高电压。

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    四、代码分析

    1.P5端口设备树配置

    2.GPIO操作库函数

    3.中断函数

    4.驱动程序

    5.应用程序

    五、实践操作

    1、编译驱动程序

    2、编译应用程序

    3、下载测试

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    小车循迹原理简介

    Tracker Sensor 有五路模拟输出,模拟量输出和距离,物体颜色有关。红外反射越强(白色)时,输 出越大,红外放射越弱(黑色),输出越小。探测器离黑色线越近输出越小,由此可以通过输出 模拟量判断黑线的距离远近。数值越小的传感器离黑线越近。相对于其他只能输出高低电平的轨 迹传感器而言,本产品的 5 路模拟量输出可以反馈黑线的距离,反馈更为准确。

    5路红外循迹传感器概述:

    基于 ITR20001/T 红外反射传感器,常用于制作循迹智能小车。ITR2001/T 传感器的红外发射二极管不断发射红外线,当发射出的红外线被物体反射时,被红外接收器就收,并输出模拟值。输出模拟值和物体 距离以及物体颜色有关。通过计算五路输出的模拟值,判断循迹线位置。

    规格 :工作电压:3.3V ~ 5V

    产品尺寸:78mm × 18mm

    探头间距:16mm

    固定孔尺寸:3mm

    感应距离:1cm ~ 5cm

    实物展示:

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    ITR20001/T 红外反射传感器原理图、PCB截图:

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    实物购买链接:https://www.waveshare.net/shop/Tracker-Sensor.htm

    展开全文
  • 红外循迹传感器PID循迹算法

    万次阅读 多人点赞 2020-01-15 16:58:11
    红外循迹传感器PID循迹算法 前一段时间参加了一个小车循迹竞速的比赛,获得了一个还行的成绩,所以在这里想把里面的核心部分PID寻线算法给大家分享一下。 红外传感器循迹原理如图1所示: 图1 红外传感器原理  ...

    红外循迹传感器PID循迹算法

    前一段时间参加了一个小车循迹竞速的比赛,获得了一个还行的成绩,所以在这里想把里面的核心部分PID寻线算法给大家分享一下。

    关于做好的实物视频我上传到了B站,大家可以点击查看:小车双向PID循迹视频
    两轮差速PID红外循迹视频
    红外循迹模块的视频演示:红外循迹模块使用演示视频

    大家如果要购买产品的话可以点击我的淘宝链接:小车驱动板链接

    红外循迹模块链接:三路PID红外循迹模块实物链接

    红外循迹模块百度云资料链接:三路PID红外循迹模块资料链接 提取码:bh0w

    循迹小车程序下载链接:开源程序下载链接

    复制这段内容后打开百度网盘手机App,操作更方便哦
    (本程序在小车前后安装了两个红外循迹模块具有双向循迹功能,会根据到终点的距离来调节小车速度,可以进行三级调速。本程序获得过软银杯机器人竞速组的冠军,也是个小比赛,作者水平有限,只是想跟大家分享下经验,如果有需要的可以下载)

    我做了两个关于红外循迹模块的原理讲解和使用视频上传到了B站上,如果大家感觉文档说明的不是很清楚的话也可以看视频,本人水平有限,如果视频中有讲的不好的地方希望大家多多包涵,如果有需要的话可以在上方实物链接中购买循迹模块和小车驱动板产品,感谢大家支持。

    三路pid红外循迹模块原理视频讲解:三路pid红外循迹模块原理视频讲解

    三路pid红外循迹模块参数配置视频讲解:三路pid红外循迹模块参数配置视频讲解

    红外传感器循迹原理如图1所示:

    图1 红外传感器原理

    图1 红外传感器原理

     红外二极管发射红外光,接收管接受反射的红外光信号。不同的颜色反光效果不同,如果红外光照射在黑色物体上,由于黑色物体对光的吸收能力强,反射的光很少。但照在白色物体上,由于白色物体对光的吸收能力弱,反射的光较多。从而当红外二极管发出的光照射在不同颜色的物体上时,接收管接受的红外光强度也不同,从而可以判断出前面物体的颜色。
    图2 赛道

    图2 赛道

     红外循迹就是根据这个原理,将红外模块安装在寻迹小车上,然后再赛道上面贴上黑色胶带,当检测到黑色时说明小车在黑线上,检测到白色是说明小车偏离黑线,则需要向黑线靠近,赛道如图2所示。市面上大多数红外循迹传感器采用数字式的,也就是将红外接收管接受到的模拟量信号通过电压比较转换为0和1的数值信号,按照这种方法寻线的话至少需要两个红外传感器,固定在黑线两侧,当左边红外传感器检测到偏离黑线时往右偏,当右边红外传感器检测到偏离黑线时往左偏。这样确实可以寻线,但是寻线效果相当不好,这样寻线有以下几个缺点:
    ①寻线精度差
    ②容易偏离轨迹
    ③寻线速度慢
     不过也有优点,优点就是程序简单。市场上也有五路的和七路的但是这样效果也就好那么一点。其实市场上这种将模拟量变成数字量的方法本身就将精度很高的传感器变为精度低的了。因为采集红外接收管信号的方式是通过AD采集,如果是10位AD的话精度位1024,采用STM32F103C8T6的话有12位AD,采集的精度位4096。但这种采集精度高的处理方法是比较好,但是处理的过程相对麻烦,大致思路就是单片机通过内部AD采集循迹传感器模拟量,然后通过PID参数控制舵机角度。
     下面我要介绍的红外循迹模块也就是这种直接通过单片机内部AD采集红外循迹传感器数据,然后根据数据PID动态调调节舵机角度的方法。采用的红外循迹模块为三路循迹模块实物如图3所示,电路原理图如图4所示。

    在这里插入图片描述

    图3 三路红外循迹传感器实物图

     循迹模块电路原理图

    图4 循迹模块电路原理图

     其中三个红外管的功能不同,左右两个红外管的作用是判断传感器离黑线边界的距离,获取的AD值越大说明离黑线越远,则舵机需要转动的角度也就越大。中间的一个红外管的作用是判断是否传感器在黑线内,我将用一个曲线图来向大家表示原理,便于大家理解,图5位循迹模块安装图。
    循迹传感器安装图

    图5 循迹传感器安装图

     将循迹传感器固定在小车上,传感器离轨道的高度为3cm左右,假设左两个红外传感器之间的距离和轨道黑线的宽度相同为3cm,传感器从左到右移动获得的图像如图6所示:
    在这里插入图片描述

    图6 左右传感器向左移动图像

     将右传感器值减去左传感器值可得到图像如图7所示:
    在这里插入图片描述

    图7 左右传感器相减数据整合图

     这时获取的数据有效长度只能在3cm黑线轨迹之内,当数据为0时表示小车循迹方向没有偏差,大于0说明小车往左偏,小于0说明小车往右偏,数值越大说明偏离的越大。但是由于数据有效长度只有3cm当小车速度快时,容易冲出有效循迹黑线范围,同时我们也注意到,有效长度左边和右边有一段数据没有用到,我可以尝试将左有两段没用用到的数据纳入到有效处理数据。
    图8 根据中传感器获取左右阈值点

    图8 根据中传感器获取左右阈值点

     如上图8所示,我们可以通过中间的红外传感器来获取,当中间传感器小于阈值时,通过判断左右两个红外传感器相减值得正负来处理左右两边的数据,数据翻转将斜率变为原来2倍。得到的最终效果图如下如所示,最终得到的宽度为原来3倍左右,为9cm。即使传感器完全偏离黑线,最终也会回来,最终达到处理后的效果为图9所示。
    图9 最终数据处理效果

    图9 最终数据处理效果

     综上所述,需要经过这几步达到最终效果:
    (1)确定左右传感器差值(D_AD_VALUE):
    确定方法:将传感器放到白色纸上,将左右两个传感器的数据通过串口发送到电脑上,获取左右两个传感器差值,D_AD_VALUE=Left_AD-Right_AD。
    (2)确定左传感器峰值点(LEFT_MAX)和右传感器峰值点(RIGHT_MAX):
    确定方法:将左红外传感器和右红外传感器分别从左到右移动,将数据通过串口发送到电脑上观察数据获取最大值,一般当传感器移动到黑线中间是获得数据最大值。
    (3)确定左阈值点(LEFT_THREASH)和右阈值点(RIGHT_THREASH):
    确定方法:当达到左传感器达到峰值时,观察中间红外传感器数值,此时中间红外传感器数值即为左阈值点。同样当达到右传感器达到峰值时,观察中间红外传感器数值,此时中间红外传感器数值即为右阈值点。
    (4)进行数据整合:
    ①当中间传感器获取的AD数值在左阈值点和右阈值点之间时,将获取到的左传感 器数据(Left_AD)与右传感器数据(Right_AD)相减加上左右传感器差 Data_Out=(Left_AD-Right_AD+D_AD_VALUE)。
    ②当①中获取的数据大于零(DATA_OUT>0)且中间传感器获取的数据小于左阈 值时(Mid_AD<LEFT_THREASH), Data_Out=(2*LEFT_MAX-Left_AD)2
    ③当①中获取的数据大于零(DATA_OUT>0)且中间传感器数据获取的数据小于左阈 值时(Mid_AD<RIGHT_THREASH), Data_Out=(2
    RIGHT_MAX-RIGHT_AD)*2

    综上所述换成用C语言形式写即为:

    //获取循迹传感器输出函数
    //返回值:int类型,范围循迹传感器数据,根据此值来调节小车舵机角度
    int GetTraceDate()
    {
    	int Data_Out;//定义数据输出变量
    	int Left_AD,Right_AD,Mid_AD;//定义左右中传感器AD值变量
    	Left_AD=Get_Adc(2);
     	Mid_AD=Get_Adc(3);
    	Right_AD=Get_Adc(4);
    	Data_Out=(Left_AD-Right_AD+D_AD_VALUE);
    	if((Data_Out>0)&&(Mid_AD<LEFT_THERSH))
    	{	
    		Data_Out=(2*LEFT_MAX-Left_AD)*2;
    	} 
    	else if((Data_Out<0)&&(Mid_AD<RIGHT_THERSH))
    	{
    		Data_Out=(Right_AD-2*RIGHT_MAX)*2;
    	}
    	return Data_Out;
    }
    

    注意:这是最理想情况下的调节步骤,在调试时需要根据自己的模块安装位置和黑线宽度调节一些参数,但大致调试步骤就是这样,关于详细的调节步骤和细节方面可以参考我发布到B站上的视频教程。

    如果大家感觉配置麻烦的话我做了一款一键配置的循迹模块,配置简单,串口直接输出数据,使用于1-4cm线宽,如果大家感兴趣的话可以查看此篇博客有详细介绍:串口直输型循迹传感器

    展开全文
  • 2个红外传感器循迹原理_智能循迹小车

    万次阅读 多人点赞 2020-11-21 23:01:13
    今天我们来学习制作智能循迹小车那么什么是智能小车呢?智能小车作为现代的新发明,是以后的发展方向,它可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作,不需要人为的管理,可应用于科学勘探等等的用途。智能小车...

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    今天我们来学习制作智能循迹小车

    那么什么是智能小车呢?

    智能小车作为现代的新发明,是以后的发展方向,它可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作,不需要人为的管理,可应用于科学勘探等等的用途。智能小车能够实时显示时间、速度、里程,具有自动寻迹、寻光、避障功能,可程控行驶速度、准确定位停车,远程传输图像等功能。

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    我们本次智能小车制作

    主要是让小车实现根据黑线的路径进行循迹的功能

    (避障功能可自由完成)

    智能小车可以分成三个部分——传感器部分、控制器部分、执行器部分

        •  控制器部分:接收传感器部分传递过来的信号,并根据事前写入的决策系统(软件程序),来决定机器人对外部信号的反应,将控制信号发给执行器部分。好比人的大脑。

    • 执行器部分:驱动机器人做出各种行为,包括发出各种信号(点亮发光二极管、发出声音)的部分,并且可以根据控制器部分的信号调整自己的状态。对机器人小车来说,最基本的就是轮子。这部分就好比人的四肢一样。

    • 传感器部分:机器人用来读取各种外部信号的传感器,以及控制机器人行动的各种开关。好比人的眼睛、耳朵等感觉器官。

    一智能循迹小车简介 ❂ 小车工作原理

    本系统采用较为简单的设计方案,通过红外传感器循迹模块判断黑线的路径,然后由80C51单片机通过IO口控制L298N电机驱动模块改变两个直流电机的工作状态,最后实现循迹功能。

    03dce36a93302d9a6196f4231e74c8ad.gif ❂ 系统构成——系统框图

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    03dce36a93302d9a6196f4231e74c8ad.gif ❂系统构成——工作流程

    第一阶段:接通电源,系统初始化,红外传感器收集路径信息,传输给单片机主控模块。

    第二阶段:单片机主控模块对采集的信号进行处理和逻辑判断发出控制信号,传输给电机模块 

    第三阶段:电机驱动模块执行单片机主控模块发来的指令,驱动电机运转。

    第四阶段:智能小车自动循迹,根据黑线前进、左转、右转、后退 。                                     

    二组件说明

    1、单片机主控电路

    本次小车制作用89C51单片机作为其主要控制器部分,接受由传感器传输来的信息,进行判断后将控制信号发送给执行部分。

    控制器部分的制作即是制作一个51单片机最小系统。通过传感器部分和执行部分的连接,编写程序来判断接收到的信息然后做出响应。

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    2、红外传感器模块

    采用的是TCRT5000红外循迹探头传感器,检测发射距离:1mm~25mm适用。所以安装红外传感模块要尽量在此检测距离内。其上有三个引脚,分别是VCC、GND、OUT。VCC:连接电源正极;GND:连接电源负极;OUT:输出信号端口,与单片机IO口相连。

    工作原理:传感器的红外发射二极管不断发射红外线,当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时,光敏三极管一直处于关断状态,此时模块的输出端为低电平(即输出0),指示二极管一直处于熄灭状态;被检测物体出现在检测范围内时,红外线被反射回来且强度足够大,光敏三极管饱和,此时模块的输出端为高电平(即输出1),指示二极管被点亮

    注意:由于各个厂家生产的红外传感器模块原理图不尽相同,高低电平逻辑也不相同。例如模块发射的光线被反射回并被模块识别到,即输出高电平信号,但是,不同厂家生产的可能输出低电平信号。因此红外传感器的工作模式需要自己甄别。

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    3、超声波测距模块

    采用HC-SR04,有四个引脚分别是VCC、GND、TRIG(控制开始测距)、ECHO(响应输出)

    工作原理:

    (1)通过TRIG触发测距,给至少10us的高电平信号;

    (2)模块自动发送8个40khz的方波,自动检测是否有信号返回;

    (3)有信号返回,通过ECHO输出一个高电平,高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2;

    本模块使用方法:一个控制口(TRIG)发一个10US以上的高电平,就可以在接收口(ECHO)等待高电平输出。一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间,方可算出距离。如此不断的周期测,即可以达到你移动测量的值。

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    4、L298N电机驱动模块

    采用光电耦合器件隔离单片机与L298N的控制电路,工艺精度高,性能可靠。L298N模块内部通过H桥电路实现直流电机的正转,反转,还可以通过单片机输出PWM控制使能端进而控制直流电机的转速,实现前进、后退、转弯。

    主要参数:

    电流-输出\通道:2A

    电流-峰值输出:3A

    电源电压:4.5~46V(一般采用12V供电)

    工作温度:-25℃~130℃

    工作原理及实物图:

    通过改变逻辑输入端,输入高\低电平使直流电机工作状态发生改变。

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    5、直流电机

    电机有正负极,把电机的+和-分别接到电源的正极和负极,电机即可转动,如果要改变电机的转动方向,改变正负极即可。电机的转速我们可以理解为和外接的电压是正相关的。电源电压一般是已经确定了,因此如果我们要对电机进行调速,就需要用PWM波对电机进行调速。

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    6、电源模块

    电源建议采用两个18650电池给L298N电机模块供电,再通过L298N上的5V输出端口给单片机和传感器供电。

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    三PWM简介

    什么是PWM:

    PWM是脉冲宽度调制的简称,脉冲宽度调制是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术,广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

    PWM产生过程:

    利用51单片机的T0定时计数器,工作在预装载模式下。设置定时器定时中断时间(本次设计采用0.1ms)中断一次从而产生占空比可调的方波信号,即PWM信号。

    (占空比是指在一个脉冲循环内,通电时间相对于总时间所占的比例。)

    PWM调速原理:

    通过输出PWM调节驱动电压脉冲宽度的方式,并与电路中一些相应的储能元件配合,改变了输送到电枢电压的幅值,从而达到改变直流电机转速的目的

    PWM产生流程图

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    那么如何编写程序使51单片机产生PWM信号呢?

    你们可以参考以下例程

    PWM调速例程

    void time0(void)interrupt 1   //中断程序
    {
      i++;                        //调速在中断中执行
      j++;
      if(i<=Duty_left)
         ENA=1;
      else ENA=0; 
      if(i>100)
         {ENA=1;i=0;}
      if(j<=Duty_right)
         ENB=1;
      else ENB=0;
      if(j>100)
         {ENB=1;j=0;}
    TH0=(65536-66)/256;       //取约150HZ,12M晶振,每次定时66us,分100次,这样开头定义的变量
    TL0=(65536-66)%256;        //正好直接表示占空比的数值

    四程序设计思路

    我们组装好小车后,关键的是如何编写小车的程序

    程序决定了小车能否根据黑线的路径

    正确平稳地运行

    以下是程序设计的思路框图

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    除此之外,我们还需要了解小车循迹的流程

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    以三路循迹为例,当中间的红外传感器检测到黑线,则小车在轨道中间,直流电机正转,两个轮子保持前进;当左边的红外传感器检测到黑线,则说明小车要进行左拐弯,左边的电机停止转动,右边的电机保持转动,实现左转弯;当右边的红外传感器检测到黑线,则说明小车要进行右拐弯,右边的电机停止转动,左边的电机保持转动,实现右转弯。

    根据以上的分析,我们就可以动手编写小车的循迹程序了

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    审核:凯勇哥

    图文编辑:周周

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    展开全文
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    万次阅读 多人点赞 2019-11-30 03:19:18
    检测原理: 1、导线周围的电磁场 根据麦克斯韦电磁场理论,交变电流会在周围产生交变的电磁场。智能汽车竞赛使用路径导航的交流电流频率为20kHz,产生的电磁波属于甚低频(VLF)电磁波。甚低频频率范围处于工频...
  • 基于51单片机的三路电磁传感器的智能循迹小车完整程序,使用keil打开即可编译,功能已经完美实现,代码有详细注释。
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  • stm32红外循迹小车硬件原理
  • 基于51单片机的循迹小车,用st188做循迹传感器
  • 关于智能小车的红外循迹资料,有安卓及51单片机的测试程序,原理图,芯片资料等。
  • PCB设计资料TCRT5000传感器.pdf
  • TCRT5000循迹模块原理及应用

    万次阅读 多人点赞 2021-01-31 16:55:46
    目录前言一、TCRT5000循迹模块介绍二、TCRT5000循迹模块原理三、TCRT5000循迹模块应用结语 前言 本文将讲述TCRT5000循迹模块的原理及应用。本文应用于STM32,对于使用循迹模块的你有一定的帮助。 以下是本篇文章...
  • 基于电感传感器的自动循迹小车系统----电感传感器部分
  • 红外线光学气体浓度传感器作用原理红外线传感器工作原理 被检测气体通过一个烧结的不锈钢阻火器进入气室。气室中有一盏灯提供循环的红外光源。光源在气室中反射并终止于两个热电感应片上。两个感应片一个是“活跃...

空空如也

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循迹传感器原理