低成本红外测障传感器的设计与实现

　　在机器人的系统中，红外传感器主要用来检测障碍物，作为中断信号，控制机器人的运动。本文旨在讲解基于STM8S003F的低成本红外避障传感器的实现。

基本原理

　　选择配套的红外对管（发射管和接收管），接收管在接收到闪烁频率为38kHz左右的特定波长红外信号时，将输出低电平。利用这个基本原理，设计了如下的电路：

红外传感器原理图

　　红外发射管串联电阻后两端直接接到单片机的两个GPIO，可见是由单片机直接驱动其发（红外）光的，这也依赖于单片机的强推挽驱动能力。由下图^【1】可见，单片机的GPIO驱动能力用以带动红外发射管还是绰绰有余的。

单片机GPIO驱动能力

　　红外发射管：正极端接38kHz的方波（50%占空比），负极端接50Hz方波（95%占空比），通过改变滑动变阻器接入的阻值，可以改变通过红外发射管的电流，从而改变发出的红外光强，进而可以调节红外传感器的检测阈值。

　　红外接收管：红外接收管有三端，电源和地之间有滤波电容，另一输出端，当检测到有物体时，输出50Hz方波（95%占空比，受红外发射管负极信号的影响）；无物体时输出高电平。在这里，接受管的信号输出端直接接到单片机的GPIO，实际上单片机内部有做上拉处理。

　　单片机STM8S003F3P6：芯片VCAP管脚接105电容后接地，保证其供电稳定性。当红外接收管的输出端为高电平（无物体）时，芯片PC6管脚输出高电平，指示灯不亮；当红外接收管的输出端为50Hz方波（有物体）时，芯片PC6管脚输出低电平，指示灯亮。

　　在传感器距离障碍物较远时，接收管无法接收到足够强度的反射信号，此时环境噪声容易使接收管输出低电平信号。为了避免误判，这里采用了50Hz的信号作为判定的依据，若单片机接收到红外接收管的50Hz信号，则认定此时是正常信号，否则认定为是噪声引起的接收管误识别。

　　在本方案中，调节红外传感器的阈值是通过精密滑变进行的，是否可以通过某种方式改为程序可控？如，利用单片机输出方波的占空比控制某个可调电压源，实现运行时动态阈值。进一步设想，是否可以在实现动态阈值的基础上，对阈值进行标定和插值，以实现红外（粗略）测距传感器？

技术支持：施美晨