红外避障传感器设计.doc

课程设计论文 题 目 红外障碍传感模块设计学生姓名 王小强 学号 2009070453 班 级 0904班 专 业 通信工程 指导教师 麦文 题目类型： 理论研究 实验研究 √工程设计 工程技术研究 软件开发 2011 年 12月 21日摘 要障碍检测传感器在智能机器人设计中有重要的应用，它通过发射和接收红外光判定障碍物是否存在应用时当障碍物落入检测范围内时接收器输出高电平表示，障碍物落入检测范围以外时接收器输出低电平表示使用红外接收头和发射管(发射头能反射)配合，利用38k频率解决灵敏度问题本文介绍了通过音频译码器LM567，利用它可以构造性能较好的反射式光电传感器关键词：（LM567 避障 38K 红外线 PMW 设计）1. 设计内容阐述在壁障模块中，可以选择超声波壁障其优点是反应速度灵敏，距离远，受外界干扰小但是，在本设计中，题目所要求是距离是20cm，如果利用超声波传感器进行壁障的话，由于空间小声波在小空间不同方向里会进行多次反射，左右前后的传感器之间相互干扰，使控制中心不能明确判断出那个方位遇到了障碍物，从而动作紊乱，不能实现要求。

使用红外接收头和发射管(发射头能反射)配合，利用38k频率解决灵敏度问题38K调制和发射电路使用一个定时器的快速PWM模式产生38K调制信号，通过剩余的四个施密特触发器（有2个已经用在光电编码部分）缓冲，推动8050三极管和红外发光管来发射已经调制的红外线其中2个1N4148接单片机IO脚，控制左右红外发光管轮流发射后面串接的可见光LED是为了方便用户调试而设置的，让用户知道当前是否在发射红外线通过调节PWM的占空比，调节红外发光管的亮度，从而实现调节感知障碍物距离的功能但是实际测试结果不尽人意灵敏度太高加衰减电路比较麻烦，调试不易且价格也贵 利用红外传感器，其优点是对近距离的障碍物反应速度灵敏，不同方位的传感器之间信号不会相互干扰，造成误动作缺点是距离近，易受到自然光的干扰经过两种传感器性能对比与题目要求的综合考虑分析，最终选择红外传感器作为小车的眼睛，进行壁障LM567是一种廉价的音频锁相环集成电路，利用它可以构造性能较好的反射式光电传感器 如下页图所示，由LM567的内部振荡器提供方波信号，点亮探头的LED，由探头的光敏管接收反射光经三极管放大，转换成电压信号后送到LM567的内部鉴相器2（输出鉴相器）同步解调，然后由LM567内部的比较器转换为数字输出。

并联负反馈放大电路有着稳定的增益和低的输入阻抗，能消除光敏管结电容的影响，获得良好的高频特性100R电位器 用于调节放大器增益以调节灵敏度 这个电路的缺点是当多个探头同时使用时因为频率接近，一旦相邻单元的光斑出现部分重合就会有差拍干扰造成输出抖动另外，567输出鉴相器的参考信号是从振荡电容端引出的，与发射和接收信号几乎是正交的，解调效率非常低，前级需要高倍放大意探头的连线要短，如果连线较长要分别屏蔽，最好把电路板跟探头做在一起否则发射管连线上大幅度的脉冲信号会感应耦合到接收端，导致在没有接收光的情况下也误认为收到了光信号，这种同频干扰无法用电路板上的设计来消除.2. LM567的概述 集成锁相环路解码器LM567是美国国家半导体公司生产的56系列集成锁相环路中的一种，其同类产品还有美国Signetics公司的SE567/INE567等LM567是一个高稳定性的低频集成锁相环路解码器，由于其良好的噪声抑制能力和中心频率稳定性而被广泛应用于各种通讯设备中的解码以及AM、FM信号的解调电路中 2.1LM567内部结构及工作原理 LM567为8脚直插式封装，其内部结构、引脚定义及外围元件连接方法如图1所示。

LM567内部包含了两个鉴相器PD1及PD2、放大器AMP、电压控制振荡器VCO等单元电路鉴相器PD1、PD2均采用双平衡模拟乘法器电路，在输入小信号情况下(约几十mV)，其输出为正弦鉴相特性，而在输入大信号情况下(几百mV以上)，其输出转变为线性(三角)鉴相特性锁相环路输出信号由电压控制振荡器VCO产生，电压控制振荡器的自由振荡频率(即无外加控制电压时的振荡频率)与外接定时元件RTCT的关系式为： f0≈1/1.1RTCT 选用适当的定时元件，可使LM567的振荡频率在0.01Hz～500kHz范围内连续变化电路工作时，输入信号在鉴相器PD1中与VCO的输出信号鉴相，相差信号经滤波回路滤波后，成为与相差成一定比例的电压信号，用于控制VOC输出频率f0跟踪输入信号的相位变化若输入信号频率落在锁相环路的捕获带内，则环路锁定，在振荡器输出频率与输入频率相同时，二者之间只有一定相位差而无频率差 环路用于FM信号解调时，脚2输出的经过滤波后的相差信号可作为FM解调信号的输出，而当环路用于单音解调时，电路则利用PD2输出的相差信号 PD2的工作方式与PD1略有不同，它是利用压控振荡器输出的信号f0经90移相后再与输入信号进行鉴相，是一正交鉴相器。

在环路锁定情况下，PD2的两个输入信号在相位上相差约为90，因而PD2的输出电压达到其输出范围内的最大值，再经运算放大器AMP反相，在其输出端输出一个低电平AMP的输出端为OC输出方式，低电平输出时可吸收最大100mA的输出电流该端口的低电平输出信号除可由上拉电阻转换为电压信号以与TTL或CMOS接口电路相匹配外，还可直接驱动LED及小型继电器等较大负载LM567的电气参数如表1所列值得一提的是，接在2脚的环路滤波电容C2与内部电阻一道构成锁相环路的RC积分滤波器，该滤波器时间常数的大小在很大程度上决定了锁相环路的环路带宽BW的大小当BW较大时，捕获范围大而稳定性差减小BW则正好相反，其稳定性较好而捕获范围变小LM567的环路带宽BW可由下式计算： BW=1070(Vi／f0C2)1/2 式中，Vi为输入信号的幅值(rms) C2为滤波电容的容量(单位为μF) 实际上，由上式计算得出的并不是环路带宽BW的实际值，而是环路带宽BW与环路中心频率f0的百分比，其值再乘上100％才是锁相环路的实际捕获带宽实际应用中调整C2的大小可使BW在0％～4％范围内变化BW宽度与f0C2乘积之间的关系如图2。

LM567在正常工作时的最小输入信号为20mV当用于单音解码时，其工作特性为：当LM567信号输入端加入幅度为20mV以上的交流信号且频率落入f0BW范围内时，输出端输出一个低电平的检测信号，这就是所谓的“频率继电器”特性利用这一特性，LM567可广泛应用于各种低频单一频率信号的解码2. 2 实验数据接通电路接入直流电源 5V调节R1使得三极管9014 VBE=0.7V调节R7使得LM567输出频率为38KHZ 观察到当发送红外线的二极管用障碍物挡住时，D3会点亮有效范围可以达到20厘米调节电位器可改变其灵敏度3. 总结与心得体会这是第一次做电路设计，对于一个刚刚才入门的新手来说，起步是很艰难的，但是经过自己的不些努力，别人的无私帮助还是勉强完成了这份艰巨的任务确定课题的开始几天没有任何头绪，就连最简单的原理图的绘制都是别人手把手教的，随后通过看视频教程，逐渐进入了状态第一个难题接踵而来，网络上的资源是很丰富的，也很良莠不齐，为了能够找到最适合课题的电路，自己还花费了几天时间去做仿真，功夫不负有心人，最终还是找到了合适的电路紧接着，PCB板的绘制，对于初学者来说这确实是个比较大的难题，参数的设定，孔，焊盘的大小。

这些细微之处都需要考虑到，庆幸的有身边有很多可利用的资源，最终还是如愿的完成了课题 通过本次的亲手制作，切身体会到了动手能力的重要性，书本上的知识只是提供理论上的东西，作为一个工科的学生，自己的动手能力才是最重要的很高兴，学校能够提供这次机会，让我们感受到制作的乐趣，也提醒我们在平时的学习生活中，要重视动手能力的培养为以后的电子竞赛打下坚实的基础3. 实物图片3.1 PCB 3.2 实物图。