用單片機(jī)控制紅外編碼探測(cè)障礙物

謝洪　　摘要 介紹使用基于單片機(jī)控制紅外編碼探測(cè)障礙的方案及實(shí)現(xiàn)的方法，以解決使用紅外線自動(dòng)感知障礙設(shè)備時(shí)出現(xiàn)的接收設(shè)備本身主動(dòng)發(fā)送信號(hào)的干擾問(wèn)題。該方案已應(yīng)用于一種單片機(jī)控制的自動(dòng)給液器中，能有效抵抗干擾信號(hào)，并穩(wěn)定地運(yùn)行于各種不同的場(chǎng)合；該方案也可應(yīng)用在以無(wú)線電波和超聲波為介質(zhì)的障礙物測(cè)量中?！　￡P(guān)鍵詞 單片機(jī) 紅外 編碼 探測(cè) 抗干擾1 探測(cè)障礙的原理　　在室內(nèi)自動(dòng)感知障礙的設(shè)備中，常使用紅外線探測(cè)障礙物的存在與否。探測(cè)的基本原理是：在測(cè)量的范圍內(nèi)，主動(dòng)向探測(cè)方向發(fā)射紅外信號(hào)，如果存在障礙物，就會(huì)把發(fā)射的信號(hào)反射回發(fā)送端。在發(fā)送端，如果收到反射的信號(hào)，就確認(rèn)障礙物的存在?！　〉窃趯?shí)際應(yīng)用中，紅外干擾源較多；而且在有反射光的情況下，由于光線的干擾，很容易判斷失誤，出現(xiàn)虛警。因此，有些設(shè)備在發(fā)射信號(hào)時(shí)，改進(jìn)為發(fā)送一串連續(xù)的紅外脈沖，然后接收反射的信號(hào)。如果接收到的紅外脈沖數(shù)量超過(guò)某一門(mén)限值時(shí)，就判斷障礙存在。這種方法盡管在一定程度上可以降低虛警率，但實(shí)驗(yàn)表明，在較強(qiáng)的反射光和使用電子鎮(zhèn)流器方式的日光燈起輝時(shí)，仍很容易出現(xiàn)干擾現(xiàn)象?！　”疚奶岢鼋鉀Q干擾的方案是：由單片機(jī)控制發(fā)射有一定意義的紅外編碼脈沖串，同時(shí)，單片機(jī)接收該脈沖串。如果接收到的信號(hào)和發(fā)射的信號(hào)基本一致，才判斷為有障礙物的存在?！　√綔y(cè)障礙的原理框圖如圖1所示。
圖1 探測(cè)障礙原理框圖2 電路設(shè)計(jì)　　在實(shí)測(cè)電路中，使用臺(tái)灣義隆公司的em78p156e單片機(jī)，紅外發(fā)射管為mie552a2，紅外接收頭為寧波甬晶微電子有限公司的nb0038，電路如圖2所示。
圖2 紅外編碼探測(cè)障礙電路　　當(dāng)需要探測(cè)障礙物時(shí)，單片機(jī)u1首先讓u2紅外接收頭 nb0038接通電源。在發(fā)射電路中，d2為紅外發(fā)射管，u1的p51引腳輸出編碼脈沖，通過(guò)q2控制d2發(fā)射紅外信號(hào)。當(dāng)有紅外信號(hào)進(jìn)入接收頭時(shí)，u2的輸出端出現(xiàn)高電位，并送到u1的p67引腳。　　nb0038是用于紅外接收的一體化接收頭，采用環(huán)氧樹(shù)脂封裝，把獨(dú)立的pin二極管同前置放大器集成在同一封裝上。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。接收的載波中心頻率為38.0 khz。
圖3 nb0038內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖3 編碼脈沖的產(chǎn)生和接收　　在實(shí)際使用中，由于em78p156e單片機(jī)的工作頻率是4 mhz，載波脈沖采用26 μs,其中高電位是10 μs,低電位是16 μs,占空比是38.5%。在產(chǎn)生載波時(shí)，要檢測(cè)是否有反射信號(hào)。反射信號(hào)的檢測(cè)是單片機(jī)利用低電位的16 μs時(shí)間內(nèi)判斷接收引腳是否存在相應(yīng)的發(fā)射信號(hào)?！　榱舜_定需要編碼的調(diào)制信號(hào)脈沖寬度，在1 000個(gè)nb0038的接收頭中，隨意選擇 30個(gè)作實(shí)驗(yàn)。在約20 cm的距離內(nèi)出現(xiàn)表面不光滑的障礙物，從單片機(jī)通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)射信號(hào)到nb0038接收信號(hào)，檢測(cè)出現(xiàn)在接收引腳為高電平時(shí)的載波脈沖量如表1所列。表1 載波脈沖數(shù)統(tǒng)計(jì)
　　因此，選擇調(diào)制信號(hào)脈沖為24個(gè)載波脈沖寬度為：　　發(fā)射信號(hào)的格式如圖4所示。
圖4 發(fā)射信號(hào)的格式3.1 編碼“1”脈沖產(chǎn)生和接收　?。?） 產(chǎn)生一個(gè)占空比為38.5%的載波脈沖
　　首先，使紅外發(fā)射控制p51=1,發(fā)射紅外信號(hào)，保持時(shí)間是10 μs。然后，重新使p51=0,停止發(fā)射紅外信號(hào)，保持時(shí)間是16 μs?！　。?） 判斷是否存在反射信號(hào)“1”
　　在發(fā)射到第17、19、21和23個(gè)載波脈沖時(shí)，在停止發(fā)射紅外信號(hào)的16 μs內(nèi)，檢測(cè)接收引腳p52。如果p52＝1，則表明存在反射信號(hào)；如果p52＝0，則認(rèn)為無(wú)反射信號(hào)?！　≡谶@4次判斷過(guò)程中，如果有3次以上判斷為存在反射信號(hào)，則確認(rèn)接收到反射的“1”。　　實(shí)現(xiàn)的軟件流程如圖5所示。