在电脑鼠设计中使用红外LED管测距的研究

1、在电脑鼠设计中使用红外led管测距的研究华东师范大学赵俊逸 义统电子股份有限公司林志贤本文介绍一种使用红外led发射管和接收管快速测定电脑鼠与迷宫隔墙之间距 摘要离和电脑鼠行进距离的方法。文章对所选用的红外发射和接收管的性能、测距实验以及在电脑鼠设计中的应用进行了说明。关键词红外led发射接收 模数转换 黑白条纹检测1引言电月|x| 鼠国际兌赛的规则 iu 录 http:/www.eece.nkiine.e(lu/sc2()()6/2()()6micromouserules.ddf 网站 查询山。电脑鼠在探测迷宫途径时要完成两个基本任务：一是能够快速测定电脑鼠与迷宫隔 墙之间的距离，以保证电脑

2、鼠在行走时不碰到隔墙墙壁，并获取迷宫岔道口的分支状态信息; 二是能够即时测定电脑鼠行走的距离，以便推算出电脑鼠在迷宫屮确切的位置信息。木文介 绍一种使用红外led发射和接收管來完成这些任务的方法。2红外led发收管的选用红外led发收二极管的类型很多，其工作光波长在800-1100 m (微米)左右。通常在 小功率条件下的工作电压为1.55v (伏)左右、工作电流为310ma (毫安)左右为宜。图 一为典型红外led发射管和和接收管的特性曲线。(b)典型红外led接收管的特性曲线(a)典型红外led发射管的特性曲线图一 红外led发射管和接收管的特性曲线本文实验中使用的led发射管型号为sir

3、-341st3f,最大输出功率8.4 mw (丄作电流 50ma时)，最大辐射角度32° ,工作波长940 p ；使用的led接收管型号为pd333-3c, 接收波长范i韦|4()()11()()卩，工作波长(最灵敏点)为940 |1,视角8()°。3测距实验和结果测定电脑鼠与迷宫隔墙之间的距离迷宫隔墙构成的通道宽度为16.8厘米。通常所制作的电脑鼠的宽度为10厘米左右，在 这种情况卜-，如果电脑鼠行进在通道屮央，其边缘与迷宫隔墙间的距离在34厘米左右；如 果偏离了，那么一边的距离会增加，另一边的距离会减少。通过安装在电脑鼠上的传感器能 够快速、准确地测量这些距离信息，以便

4、不断地调整电脑鼠的行进方向。使用红外led管测距时，发射管和接收管平行安装在电脑鼠的前方或左、右方。当发 射管发送的红外光线遇到迷宫隔墙后，红外光线发住反射并被接收管所接收。接收管收到的 信号转换为电压，它和电脑鼠为迷宫隔墙z间的距离有确切的对应关系。检测该输出电压的 大小就可以测定电脑鼠与迷宫隔墙之间的距离。3.1.1测距实验电路和装置图二为所设计的测距实验电路和装迸照片，具中图二（a）中左半部为红外发射电路， 右半部为接收电路；图二（b）为测距实验照片。为了减少功耗，测距信号采用方波，该信 号源山单片机产生，频率为lk hz,占空比为50%o rl、r3和r4为限流电阻，r2为偏置 电阻。

5、实验时首先调整偏置电阻r2,使三极管导通时流经led1发射管的电流为5ma（毫安）, 然后改变led收发管少隔墙板z间的距离，依次从1厘米变化到10厘米，用数字示波器将 led2上输出的波形数据记录下来。改变电阻r2使led1的电流为10ma （亳安），重复上 述步骤并再次记录数据。（a）测距实验电路（b）测距实验实物照片 图二 测距实验电路和实物照片3.1.2测距实验结果（a）发射管工作电流为5ma时（b）发射管工作电流为10ma时图三电脑鼠与迷宫隔墙之间的距离测定结果数据经matlab软件处理后绘制成图，图三（a）为led1 i作电流为5ma （毫安） 时的一组输出波形：图三（b）为led

6、1工作电流为10ma （亳安）时的一组输出波形。从实验结果可知： 检测到的电压和电脑鼠与迷宫隔墙zi'可的距离成非线性的正比关系。 发射管工作电流较人时，检测到的电压也较大。测定电脑鼠行走的距离如果选电脑鼠车轮的直径为5.73厘米，则车轮转动一周所行走过的距离恰为迷宫格点 的间距（18厘米）。在车轮上画上扇形黑白条纹，使用红外led对该条纹进行检测。假设 黑口条纹数为21,则每转过1个条纹对应电脑鼠行走的距离为0.86 米。使用红外led管测电脑鼠行走距离吋，发射管和接收管正对黑口条纹安装。车轮转动 时只要检测输出电压的周期变化，就可以计算出电脑鼠行走的距离。因此测定电脑鼠行走距 离的

7、问题可以用测速的方法解决。321测速实验装置测速实验装置与上述测距实验相似，只需将方波信号源改为直流信号，使led1 直处 于发射状态即可。发射和接收同时进行，调整发射管的工作电流为5亳安。红外发送和接收 led管应止对条纹图，距离为1厘米。图四为测速实验所使用的扇形黑白条纹图照片。实 验时的转速选择分別为30、60和100转/分。图四测速用黑白扇形条纹图图五测速实验结果3.2.2测速实验结果测速实验结果如图五所使示。从实验结果可知： 检测到的电压呈周期性的变化，从屮可以推算转速，进而推算距离。 输出信号类似正弦illi线，因此如果要用作屮断触发信号，需要进行整形。4在电脑鼠设计中的应用图六是

8、义统电了股份冇限公司为电脑鼠走迷宫竞赛提供的参考样机。该电脑鼠样机采jtj et44m210微控制器为核心芯片12。芯片内含冇16路、10位精 度的模数转换功能，可以用于对红外led管的输出信号进行处理。在样机的询方按弧 形排列装有5组红外led发送接收管，用來进行迷宫隔墙距离和岔道方向探测。在样 机的内侧还冇一组led管，用来进行黑白条纹检测。实验表明，采用红外led测距测速响应快速，成本低廉，性能优越，完全可以满 足电脑鼠竞赛探测隔墙和测定行走距离的要求。1组红外led 一 5组红外led用于测速用于测距和探测岔道方向图六电脑鼠走迷宫竞赛参考样机参考文献1. http:/www. eece. maine. edu/sc2006/2006mic:roniouserules. pdf ieee 2006 年电老鼠 走迷宫竞赛规则公布网站2.