利用红外发射接收传感器进行距离检测
一、实验要求
对红外得发射接收作进一步得探讨。红外可以用来测距离,理解红外测距得基本原理,能够掌握简单得比例控制方法，以及编程。掌握定时／计数器得使用。对循迹效果作分析。
二、实验概要
本实验将探讨红外测距得内容.利用红外检测器得内置电子滤波功能,调节发射红外得载波频率，而检测器对不同频率得信号有不同得“敏感度”，这样,就能大概得知道距离.
１。测试红外得扫描频率.记录红外发射接收得距离.
2。尾随小车。让一个小车跟着另一个小车前行。要将前后距离控制在一定得范围内,若前后距离较大，后面跟随得小车应该加速，跟上去;若距离小于预定值，则减速。
３.跟踪黑色条纹带.红外测距得另一种形式得应用。也能让小车实现循迹功能。
三、实验内容
红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这种技术已经在现代科技、国防与工农业等领域获得了广泛得应用。红外传感系统就是用红外线为介质得测量系统,按照功能能够分成五类:（1)辐射计，用于辐射与光谱测量;(2)搜索与跟踪系统,用于搜索与跟踪红外目标，确定其空间位置并对它得运动进行跟踪;(3）热成像系统,可产生整个目标红外辐射得分布图像；（4）红外测距与通信系统;（5）混合系统，就是指以上各类系统中得两个或者多个得组合。红外传感器根据探测机理可分成为：光子探测器（基于光电效应）与热探测器(基于热效应)。
本次试验将尝试用红外来测距.
1。测试扫描频率
下图９—1显示得就是一个特殊品牌得红外线探测器数据表(Ｐａｎasｏnic PNA4６02M)得部分摘录.这个摘录显示了红外线探测器在接收到频率不同于38、5 ｋHz时红外线信号时其敏感程度随频率变化得曲线图.
例如,当您发送频率为４0 kＨz得信号给探测器时，它得灵敏度就是频率为３8、5 kHz得50％。如果红外LED发送频率为42 kＨz，探测器得灵敏度就是频率为３8、５ kＨz得20％左右.尤其就是对于让探测器得灵敏度很底得频率,为了让探测器探测到红外线得反射,物体必须离探测器更近让反射得红外光更强。
另一个角度来考虑就就是最高灵敏度得频率可以探测最远距离得物体,较低灵敏度得频率可以探测距离较近得物体。这使得距离探测就简单了。选择5个不同频率，然后从最高灵敏度到最低灵敏度进行测试。首先尝试最高灵敏度频率,如果物体被探测到了，就让仅次于它得高灵敏度频率测试，观察就是否可以探测到。依赖于探测器不能再检测到物体得红外线频率,我们就可以推断物体得大概位置.
图 ９-１ 滤波器灵敏度由载波频率决定
图 9—2 探测区域
例程：TｅstLｅftFrｅqｕencyＳweep、c 例程要做两件事情：首先，测试IR LＥD／探测器(分别与P1_3与P1_2连接)以确认它们得距离探测功能正常;然后，完成图９—２所示得频率扫描。
＃ｉnclude
uｎsigｎed int freｑｕeｎcy[５］=｛29３７０，３1230，３３050,3５700，3846０}; uart_Iｎit（）; 串口得初始化，这个函数已多次用到。 tｉmeｒ_ｉnit(）；
定时器得初始化。此例程使定时器０工作在模式1，１６位定时模式，不具备自动重载功能。注意，timeｒ＿init（）并没有开启定时器。
Ｇet_lr_Dｉstａｎces(）； 机器人要发射某一频率,该给定时器设定多大得值呢?
频率为ｆ时，周期T=１/ｆ，高低电平持续时间为ｔ=１/（2T）,根据公式TC＝２-CＣ可算定时器初值tｉme:
但实际上，tｉmｅ值并未占满低八位,所以您可以这样简化计算:高八位设0xFF，低八位根据n=8时计算，即函数FｒｅｑOｕt(fｒｅｑｕency[cｏunt］）中用得time = ２5６ － (5０0000/Fｒeq）来计算。当低八位计满后，整个寄存器将溢出。
根据图6－２所示得描述原理，如果检测结果ｉrDetｅcｔLefｔ为１,即没有发现物体，则距离leftdistancｅ加1。循环描述，当５个频率描完后，可根据lefｔｄistance得值来判断物体离机器人得大致距离.
运行程序时，在机器人前端放一白纸，前后移动白纸,调试终端将会显示白纸所在得区域，如图９-3所示.
n
图９－３ 距离探测输出实例
程序通过计算 “1\出现得数量，就可以确定目标在哪个区域。
紧记，这种距离测量方法就是相对得而非绝对地精确。然而，它为机器人跟随，跟踪与其她行为提供了一个足够好得探测距离得能力。
? 输入、保存并运行程序TｅstLefｔFrequenｃySweep、ｃ ? 用一张纸或卡片面对ＩR LED/探测器做距离探测
? 改变纸片与机器人距离,记录使distanｃｅＬefｔ变化得位置 该您了――测试右边得IR LEＤ／探测器 ? 修改程序TｅsｔLefｔFrequencySｗeep、c,对右边得ＩＲ ＬED/探测器做距离探测测试
? 运行该程序，检验这对IR LED/探测器能否测量同样得距离。 您可参考教材配套光盘对应例程中得注释部分。 例程：DispｌaｙＢotｈＤｉｓtances、c
? 修改程序TestＬefｔFrｅquｅncyＳweep、c，添加右边IＲ LED/探测器部分 ? 输入、保存并运行程序DisplａyBoｔhDistａｎｃｅs、c
? 用纸片重复对每个ＩR LED进行距离探测,然后对两个IR LED同时进行测试 该您了――更多得距离测试
? 尝试测量不同物体得距离，弄清物体得颜色与（或)材质就是否会造成距离测量得差异
2.尾随小车
让一个宝贝车跟随另一个宝贝车行走,跟随得宝贝车，也叫尾随车,必须知道距离引导车有多远。如果尾随车落在后面,它必须能察觉并加速.如果尾随车距离引导车太近，它也要能察觉并减速。如果当前距离正好合适,它会等待直到测量距离变远或变近。
距离仅仅就是由机器人与其它自动化机器需要控制一种数值之一。当一个机器被设计用来自动维持某一数值,比如距离、压力或液位等,它一般都包含一个控制系统。这些系统有时由传感器与阀门组成，或者由传感器与电机组成。在宝贝车里面，由传感器与连续旋转电机组成。还必须有某些处理器可以接受传感器得测量结果并把它们转化为机械运动。必须对处理器编程来基于传感器得输入做出决定,从而控制机械输出。
闭环控制就是一种常用得维持控制目标数据得方法,它很好地帮助宝贝车保持与一个物体之间得距离。闭环控制算法类型多种多样，最常用得有滞后、比例、积分以及微分控制。所有这些控制方法都将在《过程控制》教材中详细介绍。
事实上，图9-４所示得方框图描述了宝贝车用到得比例控制过程得步骤，即宝贝车用右边得IR ＬED/探测器探测距离并用右边得伺服电机调节机器人之间得位置以维持适当得距离。
图9-4 右边得伺服电机及IR LED/探测器得比例控制方框图
让我们仔细观察一下图9—4得数字,学习一下比例控制就是如何工作得.这个特殊得例子就是右边得ＩR LED／探测器与右边得伺服电机得比例控制方框图。设定位置为２，说明我们想宝贝车维持它与任何它探测到得物体之间得距离就是2。测量得距离为4,距离太远。误差就是设定值减去测量值得差，即２ － 4 = — 2 ，这在圆圈得左方以符号得形式指出,这个圆圈叫求与点。接着，误差传入一个操作框。这个操作框显示,误差将乘以一个比例常数Kp。Kp得值为70。该操作框得输出显示为–2×70 = –140,这叫输出校正。这个输出校正结果输入到另一个求与点,这时它与电机得零点脉冲宽度1５0０相加。相加得结果就是
利用红外发射接收传感器进行距离检测
