从网上下载循迹小车红外线线性处理方法

1.

使用光反射器
为了确定要遵循的路线，大多数参赛者正在使用两个或更多数量的反光板。与地板反射率成正比的输出电流通过电阻器转换为电压，并检测是否检测到线路。但是，阈值电压不能固定为任何水平，因为如右图所示，环境光会向输出电流添加光电流。

大多数工业用光电检测模块都使用调制光，以避免环境光的干扰。使用带通滤波器对检测到的信号进行滤波，并过滤掉不使用的信号。因此，只能检测到来自发光器的调制信号。当然，检测器一定不能被环境光饱和，这在检测器在线性区域工作时是有效的。

在该项目中，脉冲光用于消除环境光。这适用于顺序扫描的折迭式传感器，以避免来自下一个传感器的干扰。微控制器开始扫描传感器状态，采样输出电压，打开LED并再次采样输出电压。两个样本之间的差异是LED产生的光电流，环境光产生的输出电压被抵消。其他传感器也按顺序扫描相同的avobe。

线路检测的信号处理


上图显示了实际的线位置与检测到的线位置（中心值为640）之间的关系。微控制器扫描六个传感器，并通过线附近两个传感器的输出比来计算线位置。因此，仅使用六个传感器就可以线性检测线位置。所有传感器输出均被捕获为与反射率成比例的模拟值，并且它们之间的灵敏度各不相同。在该系统中，为了消除输出的变化，可以将每个传感器的校准参数保存在非易失性存储器中。这可以通过在线模式完成。ISP电缆时，微控制器进入在线模式附件，可以用N81 38.4kbps串行格式的终端程序进行控制。S1命令监视传感器值，S2命令校准参考表面（白皮书）上传感器增益的变化。ATmega8必须设置为8MHz内部osc。

2.

巡线

该机器人具有巡线能力。这意味著它能够遵循明亮表面上标记的黑色引导线。轨道上可能存在交叉线，在这种情况下，机器人会选择直线方向。机器人可以避开途中的障碍物；如果检测到障碍物，机器人就会倒转并继续向后移动。

最终，机器人可以在未知环境中找到引导线。当机器人下方没有线时，机器人开始沿螺旋轨迹寻找，直到穿过引导线。

线路传感器模块

指南标有黑色 PVC 隔离胶带。这种材料不反射红外光，因此很容易通过表面的光反射来区分引导线。

传感器模块由3个探测器和4个发射器组成。发射器（红外 LED）和检测器（光电晶体管）交替放置成一排，以便每个光电晶体管被两个红外 LED 包围。由于这种设计，仅使用三个光电晶体管和四个红外 LED 就可以测量传感器模块下方六个点的表面反射率。一般来说，这种方法减少了线路传感器模块所需的组件和 ADC 输入的数量，这在尺寸限制方面是理想的。

下图显示了该方法的工作原理：

LED1发射红外光，反射到光电晶体管T1，因此测量点1的光反射率。

然后，LED1 关闭，LED2 开始发射红外光。光电晶体管 T1 测量点 2 处的光反射率。

在实际应用中（特别是需要高刷新率时）必须考虑IR组件的特性。由于反应延迟（延迟），如果在测量点1 的反射率后立即测量点2 的反射率，来自传感器的数据可能会有偏差。为了避免这种情况，我在示波器上分析了传感器特性，然后修改了扫描以某种方式排序，以便传感器不会相互影响。

环境光抑制

由于光照条件往往会根据时间和地点的不同而变化，因此需要使用环境光抑制算法才能使传感器正常工作。该方法很简单：每个传感器进行两次测量。首先，它扫描环境光量。然后，它打开红外 LED 并再次测量该值。减去这两个值，环境光的偏差就被抑制了。

传感器校准

各个光学元件的特性可能存在细微差异；因此应校准传感器模块。校准分两步手动完成：

1.偏移校准

所有传感器均放置在黑色引导线上方。一旦接收到校准命令，所有传感器都会测量表面反射率，并将测量值存储在存储器中。这些是偏移校准值。从现在起，所有测量值都会自动使用此偏移进行校正。（每次进行测量时，只需从实际值中减去偏移量）。因此，当所有传感器位于黑线上方时，它们将返回相同的值。

2. 增益校准

在增益校准期间，所有传感器都放置在白色表面上方。某些传感器可能比其他传感器更敏感，因此测量值彼此不同。但由于传感器模块下方的表面反射率应该相等，因此可以轻鬆计算每个传感器的增益係数。为了以后的测量，每个测量值都会与其增益係数相乘（相乘）；以便所有校准的传感器都具有相似的特性。

因此，校准的传感器模块将输出标准化值。

处理来自传感器、电机控制的数据

光学传感器测量表面的光反射率，并通过线检测算法处理获取的数据。该算法的设计方式使得线宽无关紧要。线检测算法输出有符号整数值，该值表示引导线的实际偏转。接近零的值意味著该线准确地位于传感器模块的中间，正值表示该线向右偏转了多少，负值表示向左偏转了??多少。然后，该输出用于线路跟踪的比例积分微分 (PID) 控制。PID控制器根据实际的线路偏转和之前的状态来调整电机的速度。每秒评估线的位置 30 次。

换句话说，PID控制器驱动机器人，使得线路始终以传感器模块的中间为中心，从而使机器人执行平滑的线路跟踪。

3.

在下一个视频中，我展示了使用 8 个 CNY70 传感器进行的测试。这些传感器通过 Arduino Nano 的端口 A0 至 A7 进行模拟测量。我使用初始算法通过将范围标准化为 0 到 1000 来校准传感器，其中 0 代表白色背景，1000 代表黑线。完成校准后，进入循环并开始读取周期，计算0到7000的位置，分别代表左传感器到右传感器。该位置值用于计算比例误差P。P的范围是-3500（左）到3500（右），以0为中心值。该算法会记住检测到黑线的最后一个传感器（左或右）的位置值，目的是使用该数据进行制动操作和线路恢复.