用于亮度判斷的傳感器

　　很多朋友制作的機(jī)器人都需要判斷環(huán)境光的亮度，這時(shí)就需要亮度傳感器。最常用的便是光敏電阻（圖7）。光敏電阻是一種隨著照射在上面的可見(jiàn)光強(qiáng)度變化而阻值發(fā)生相應(yīng)變化的電阻，可以根據(jù)其阻值的變化判斷出光強(qiáng)。

　　圖7 光敏電阻

　　光敏電阻的使用也非常簡(jiǎn)單，只要將它當(dāng)作普通電阻接入電路，根據(jù)電流變化便可得出電阻值的變化，進(jìn)而判斷出光強(qiáng)的變化。對(duì)于機(jī)器人制作，光敏電阻是一種成本低廉、可靠性好、測(cè)量準(zhǔn)確的元件。

　　用于測(cè)量速度的傳感器

　　機(jī)器人自身的行走速度對(duì)于判斷機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和機(jī)器人所在位置非常重要，這里我們主要討論一下對(duì)機(jī)器人小車(chē)運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)量。

　　車(chē)型機(jī)器人依靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪子來(lái)運(yùn)動(dòng)，因此測(cè)量機(jī)器人小車(chē)的速度可以歸結(jié)為測(cè)量驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。那么怎么測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速呢？測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速有很多種方法，比較適合個(gè)人機(jī)器人愛(ài)好者的是采用光電編碼器。光電編碼器也有很多種，在個(gè)人機(jī)器人上比較常見(jiàn)的有兩種，一種為反射式，一種為透射式。

　　反射式的基本結(jié)構(gòu)是在電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上加一個(gè)圓形的黑白相間碼盤(pán)，很多都是粘在輪子上的（圖8），離碼盤(pán)很近的地方固定一個(gè)紅外發(fā)射/接收一體模塊，利用黑白色對(duì)紅外線的吸收率不同來(lái)進(jìn)行判斷。紅外線照射到黑色部分時(shí)，大部分被吸收，而無(wú)反射信號(hào)；紅外線照射到白色部分時(shí)，大部分紅外線被反射回來(lái)，而產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射信號(hào)。當(dāng)碼盤(pán)隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，紅外接收端的輸出信號(hào)便是一個(gè)由旋轉(zhuǎn)速度決定頻率的方波，進(jìn)而我們便可知道此時(shí)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。

　　圖8 碼盤(pán)外形圖

　　透射式檢測(cè)原理與反射式相似。唯一的不同是它沒(méi)有圖9中黑白相間的碼盤(pán)，而是在光柵圓盤(pán)上開(kāi)了一圈小孔，紅外線或可見(jiàn)光的發(fā)射端與檢測(cè)端分別位于光柵圓盤(pán)的兩側(cè)（圖9），同樣利用光柵圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的脈沖信號(hào)來(lái)檢測(cè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。

　　圖9 光柵盤(pán)式光電編碼器原理圖

　　從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，兩種傳感器都屬于光電傳感器，這類(lèi)傳感器價(jià)格便宜、結(jié)構(gòu)可靠、檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，不過(guò)對(duì)于安裝位置要求較高。

　　檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，除了光電傳感器之外，還有一些利用磁效應(yīng)原理的傳感器，汽車(chē)上經(jīng)常使用這種傳感器。

　　用于檢測(cè)地面灰度的傳感器

　　很多人最開(kāi)始做的機(jī)器人的基本功能就是循線，白色的地板上貼著一條黑線，讓機(jī)器人沿著地面的黑線前進(jìn)。很多機(jī)器人高手都是從制作類(lèi)似的作品成長(zhǎng)起來(lái)的。因此，有必要介紹一下檢測(cè)地面灰度的常用傳感器。

　　可見(jiàn)光地面灰度檢測(cè)器，就是使用一個(gè)發(fā)光裝置與一個(gè)光敏電阻搭配，裝在機(jī)器人底部離地面較近的一個(gè)位置上。發(fā)光裝置發(fā)射可見(jiàn)光，照射到不同顏色上面后，反射光的強(qiáng)度會(huì)有一定的差異，根據(jù)光敏電阻的返回值便可知道機(jī)器人下方的地面顏色（圖10）。

　　圖10 一種利用發(fā)光二極管作為發(fā)光裝置的地面灰度檢測(cè)器

　　筆者最初制作地面灰度檢測(cè)器的時(shí)候，是通過(guò)小燈泡來(lái)發(fā)光，可是效果不理想。后來(lái)?yè)Q了個(gè)摩托車(chē)上的6V燈泡，效果好多了，就是耗電量太大。再后來(lái)買(mǎi)了個(gè)灰度傳感器，耗電量下來(lái)了，檢測(cè)效果也還可以，但是還是會(huì)有漏測(cè)的現(xiàn)象，而且容易受到環(huán)境光的干擾，于是我就使用了一種非可見(jiàn)光的檢測(cè)方式——紅外線地面灰度檢測(cè)。

　　前面介紹光電編碼器時(shí)提到過(guò)，反射式光電編碼器的碼盤(pán)由黑白相間的條紋組成，利用黑白顏色對(duì)紅外線的吸收程度不同來(lái)檢測(cè)碼盤(pán)的旋轉(zhuǎn)。其實(shí)如果引申一下，把機(jī)器人循線的場(chǎng)地看成一個(gè)大碼盤(pán)，其實(shí)也是黑白相間，這樣每當(dāng)機(jī)器人越過(guò)一條白線，就相當(dāng)于光電編碼器上的碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)最小角度，光電編碼器輸出的高、低電平便會(huì)變化一次。這種檢測(cè)方式比較準(zhǔn)確，很少出現(xiàn)漏檢的情形，抗干擾能力也比較強(qiáng)，唯一的劣勢(shì)就是對(duì)傳感器本身的離地間隙要求較高，高一點(diǎn)或矮一點(diǎn)都不行。因此，對(duì)機(jī)器人的工作環(huán)境要求較高，不平的地面肯定是不行的。

　　這兩種地面灰度檢測(cè)方式成本都比較低廉，具體采用哪一種，根據(jù)自己的確切應(yīng)用來(lái)決定就可以了。

　　結(jié)語(yǔ)

　　微電子領(lǐng)域的發(fā)展日新月異，每天都有各種各樣的新傳感器問(wèn)世，很多以前高不可攀的傳感器如今也變成了幾塊錢(qián)甚至幾毛錢(qián)一個(gè)，因此經(jīng)常去電子市場(chǎng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，關(guān)注一下最新的傳感器信息是必要的。