1、概述
2、紅外光電管的工作原理
3 檢測電路設計
4、LM339模塊及紅外對管模塊介紹
5、紅外循跡程序
1、概述
紅外探測傳感器由于發出的是紅外光，常見光對它的干擾極小，且由于價格便宜，而被廣泛應用于智能小車的循線、避障以及其它機器人中物料檢測、灰度檢測等系統中，圖1是利用紅外光電管做傳感器模塊。
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圖1 紅外傳感器
市面上的紅外傳感器一般有兩種，一種是集發射和接收于一體的紅外對管，一種是發射管和接收管分立的的紅外管，分別如下圖2和圖3所示。
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圖2 發射接收一體的紅外對管 圖3分離的紅外傳感器
2、紅外光電管的工作原理
上圖中，紅外光電管有兩種，一種是無色透明的LED，此為發射管，它通電后能夠產生人眼不可見紅外光，另一部分為黑色的接收部分，它內部的電阻會隨著接收到紅外光的多少而變化。
無論是一體式還是分離式，其檢測原理都相同，由于黑色吸光，當紅外發射管照射在黑色物體上時反射回來的光就較少，接收管接收到的紅外光就較少，表現為電阻大，通過外接電路就可以讀出檢測的狀態；同理，當照射在白色表面時發射的紅外線就比較多，表現為接收管的電阻較小，此時通過外接電路就可以讀出另外一種狀態，如用電平的高低來描述上面兩種現象就會出現高低電平之分，也就是會出現所謂的0和1兩種狀態，此時再將此送到單片機的I/O口，單片機就可以判斷是黑白路面，進而完成相應的功能，如循跡、避障等。
3、檢測電路設計
上面介紹了紅外光電管檢測黑線的基本原理，但光只有紅外發射和接收管不行，必須加外部電路才能實現功能，這里我們用到了LM339。LM339為內部集成了四路比較器的集成電路。因為內部的四個比較電路完全相同，這里僅以一路比較電路進行舉例。如圖4所示為單路比較器組成的紅外檢測電路圖，比較器有兩個輸入端和一個輸出端，兩個輸入端一個稱為同輸入端，用“+”號表示，另一個稱為反相輸入端，用“－”表示。用作比較兩個電路時，任意一個輸入端加一個固定電壓作參考電壓（也叫門限電壓），另一端則直接接需要比較的信號電壓。當“+”端電壓高于“－”端電壓時，輸出正電源電壓，當“－”端電壓高于“+”端電壓時，輸出負電源電壓（注意，此處所說的正電源電壓和負電源電壓是指接比較正負極的電壓）。
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圖4 紅外對管循跡電路圖
下面分4點說明下該原理圖的原理
1）、比較器的輸出端相當于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到電源端需要接一只電阻（稱為上拉電阻，選3－15K）。選用不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值，因為當輸出晶體管三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻的值，一般選10K左右比較合適。
2）、圖中R1、R2為限流電阻，不同大小的限流電阻決定了紅外發射管的發射功率，R1越小，紅發發射管的功率就越大，多個并聯后小車的能耗也大幅增加，但同時增加了光電管的探測距離，此處值的大小應根據需要通過實驗得到。R2的選擇和采用紅外接收管的內阻有關，具體的選擇只需按照分壓的原理進行一下簡單的計算就可以。一般在設計時可以加一個發光二極管，照射不同路面時，通過觀察發光二極管的亮亮滅來看是否達到想要的效果。
3）、圖中R3為分壓電阻，為比較器提供參考電壓，具體參考電壓的設定應根據R2上端的電壓來決定，此時一般通過調節此電阻來適應不同的檢測路面與高度。
4）在設計時，4、5兩端的信號輸入位置可以交換，如可以把傳感器的信號從比較器的正端送入。只需注意的是兩種不同的接法，表現在輸出端的電平會出現兩種相反的結果，這個根據需要進行設計即可。
5）、最后一點需要注意的是，由于51單片機沒有內置AD，所以采用比較器的方式（其實比較器也相當于一個一位AD），對于有的單片機帶有AD模塊的，我們則可以通過單片機的AD口直接讀取電壓信號的變化值，不僅可以簡化外部電路，同時還能保留紅外接收管連續變化電壓信號信息，通過軟件算法進行位置優化，不僅可以得到更精確的位置信息，還可以消除環境光線的影響，缺點就是加重了軟件設計的難度。
4、LM339模塊及紅外對管模塊介紹
圖5和實驗室設計的紅外循跡模塊，主要分為兩大部分，LM339比較器模塊和紅外對管模塊，由于上面已經分析的其工作原理，下面給出兩部分的原理圖，如圖6、圖7所示，具體的原理及接口定義請大家參考此原理圖和LM339的資料進行分析。
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圖5 LM339模塊及紅外光電管模塊
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圖6 LM339模塊原理圖
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圖7 紅外循跡原理圖
5、紅外循跡程序
下面給出一個簡單的程序用以實現小車的循跡，為了便于對程序的理解，此處用非PWM的方法寫出，即電源電壓直接加了電機兩端，以固定速度實現循跡。
#include<reg52.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
sbit PWM1=P2^0;//接IN1 控制正轉
sbit PWM2=P2^1;//接IN2 控制反轉
sbit PWM3=P2^2;//接IN1 控制正轉
sbit PWM4=P2^3;//接IN2 控制反轉
sbit PWM5=P2^4;//接IN1 控制正轉
sbit PWM6=P2^5;//接IN2 控制反轉
sbit PWM7=P2^6;//接IN1 控制正轉
sbit PWM8=P2^7;//接IN2 控制反轉
sbit ss1=P1^0; //左二級
sbit ss2=P1^1; //左一級
void main()
{
while(1)
{
if(ss1==0&&ss2==0)//直走
{
PWM1=1;
PWM2=0;
PWM3=1;
PWM4=0;
PWM5=1;
PWM6=0;
PWM7=1;
PWM8=0;
}
if(ss1==1&&ss2==0)//右邊檢測到，向右轉
{
PWM1=0;
PWM2=0;
PWM3=0;
PWM4=0;
PWM5=1;
PWM6=0;
PWM7=1;
PWM8=0;
}
if(ss1==0&&ss2==1)//左邊檢測到，向左轉
{
PWM1=1;
PWM2=0;
PWM3=1;
PWM4=0;
PWM5=0;
PWM6=0;
PWM7=0;
PWM8=0;
}
}
}