一种用于智能小车的红外避障模块及其工作方法与流程

控制;调节装置的制造及其应用技术1.本发明属于智能小车红外避障技术领域，具体涉及一种用于智能小车的红外避障模块及其工作方法。背景技术：2.日常工作生活中，智能小车广泛应用于许多场景，例如基于智能小车进行巡检等。在智能小车行走过程中，若要对障碍物进行自动避障，则需要在智能小车设置避障模块来实现避障，其中，红外避障模块是常用的一种避障模块。3.现有技术中，如图1所示，智能小车红外避障模块采用940纳米波长的红外发射管led1基于超低频连续不断发射红外光，并通过940纳米波长的红外接收管q1检测被障碍物反射回来的红外光，并以此进行障碍物判断，但该种避障方式不仅无法抗自然光干扰，要求环境必须避开自然光照射才能进行，导致环境局限性较大，功耗较大，一个940纳米红外发射管与一个940纳米红外接收管组成的一路红外避障工作时电流大约150ma，通常四驱智能小车底盘都需要在车头左和右侧各配置一路红外避障，这样工作电流就会达到300ma左右，对于使用电池供电的系统而言这种功耗非常大。此外，未经过调制的信号传输距离短、抗干扰性能差、工作电流大，红外发射管与红外接收管通常相邻安装在同一侧，导致红外接收管容易受到干扰而误触发。技术实现要素：4.本发明的目的是提供一种用于智能小车的红外避障模块及其工作方法，用于解决现有技术中存在的至少一个技术问题。5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：6.第一方面，本发明提供一种用于智能小车的红外避障模块，包括pcb主板，所述pcb主板上安装有红外发射管、红外接收头、控制器、电位器、信号接口以及电源保护电路，其中，所述红外发射管和所述红外接收头分别安装于所述pcb主板的相反两侧；7.所述控制器分别与所述红外发射管、所述红外接收头、所述电位器以及所述信号接口连接，所述电位器与所述红外发射管连接，所述电源保护电路设于所述信号接口一侧；8.所述控制器用于对红外发射管的信号参数进行调制，其中，所述控制器的调制信号输出周期为10-30毫秒，且高电平信号和低电平信号的输出周期相同；9.所述红外发射管用于基于信号参数对外发射载波信号，其中，所述信号参数至少包括信号发射频率和/或第一信号波形，其中，所述载波信号发射频率不小于10khz；10.所述红外接收头用于基于信号输出规则输出第二信号波形；11.所述控制器还用于读取所述第二信号波形，以判断是否检测到障碍物。12.在一种可能的设计中，所述控制器采用型号为stc15f101w的单片机，单片机的p3.4引脚与所述红外接收头连接，单片机的vcc引脚接供电电源vcc，单片机的p3.5引脚依次连接第一电阻r3、电位器rp1以及红外发射管led3后与p3.2引脚连接，单片机的gnd引脚接地，单片机的p3.1引脚与所述信号接口连接。13.在一种可能的设计中，所述红外接收头包括型号为vs1838b的红外遥控接头hr1，所述红外遥控接头hr1的1引脚与单片机的p3.4引脚连接，所述红外遥控接头hr1的2引脚与第一电容c2的一端连接后接地，所述第一电容c2的另一端分别与所述红外遥控接头hr1的3引脚和第二电阻r2的一端连接，所述第二电阻r2的另一端接供电电源vcc。14.在一种可能的设计中，所述信号接口包括型号为rj11-6p6c的信号线插头rj1，所述信号线插头rj1的2rx-引脚分别与单片机的p3.1引脚和跳线接口jp1的1引脚连接，所述信号线插头rj1的1rx-引脚接地，所述信号线插头rj1的1tx-引脚接输入电源vin，所述跳线接口jp1的2引脚接输入电源vin，所述跳线接口jp1的3引脚接地。15.在一种可能的设计中，所述电源保护电路包括自恢复保险丝f1，所述自恢复保险丝的两端分别与输入电源vin和p型场效应管q1的漏极连接，所述p型场效应管q1的源极分别与供电电源vcc、第二电容c1的一端以及第三电阻r4的一端连接，所述第三电阻r4的另一端接二极管led2的正极，所述p型场效应管q1的栅极、所述第二电容c1的另一端以及二极管led2的负极均接地。16.在一种可能的设计中，所述红外避障模块还包括状态指示电路，所述状态指示电路包括第四电阻r1，所述第四电阻r1的一端与单片机的p3.1引脚连接，所述第四电阻r1的另一端与二极管led1连接，所述二极管led1与供电电源vcc连接。17.第二方面，本发明提供一种如第一方面任意一种可能的设计中所述的用于智能小车的红外避障模块的工作方法，包括：18.通过控制器对红外发射管的信号参数进行调制，以便红外发射管基于信号参数对外发射载波信号，其中，所述信号参数至少包括信号发射频率和/或第一信号波形，其中，信号发射频率不小于10khz；19.利用红外接收头基于第一信号输出规则输出第二信号波形，并通过控制器读取所述第二信号波形，以判断是否检测到障碍物。20.在一种可能的设计中，通过控制器对红外发射管的信号参数进行调制，以便红外发射管基于信号参数对外发射载波信号，包括：21.通过控制器生成不小于10khz的高频载波信号，并按照第二信号输出规则输出高频载波信号至红外发射管，从而控制所述红外发射管输出的第一信号波形。22.在一种可能的设计中，按照第二信号输出规则输出高频载波信号至红外发射管，包括：23.按照输出周期t、频率f、高电平t/2以及低电平t/2、红外发射管低电平时对外发射高频载波信号以及高电平时停止对外发射高频载波信号的第二信号输出规则，输出高频载波信号至红外发射管，其中，t∈[10ms,30ms]，f＝(1000/f)hz。[0024]在一种可能的设计中，利用红外接收头基于第一信号输出规则输出第二信号波形，并通过控制器读取所述第二信号波形，以判断是否检测到障碍物，包括：[0025]利用红外接收头在接收到高频载波信号时输出低电平，并在未接收到高频载波信号时输出高电平，以生成第二信号波形；[0026]通过控制器读取所述第二信号波形，若所述第二信号波形的频率和占空比符合预设条件，则判定检测到障碍物。[0027]本发明相较于现有技术的有益效果为：[0028]1.本发明通过将红外发射管和红外接收头分别安装在pcb主板的相反两侧，从而可以避免红外发射管发出的载波信号直接被红外接收头接收，进而导致障碍物检测结果不准确；通过将红外发射管和红外接收头之间传输的载波信号频率设置为不小于10khz，从而可以使得发出的红外光免受自然光的干扰，进而使得避障检测结果更准确；通过将控制器的信号输出周期为10-30毫秒，且高电平信号和低电平信号的输出周期相同，能够达到降低功耗的目的。[0029]2.本发明通过控制器对红外发射管的信号参数进行调制，以便红外发射管基于信号参数对外发射载波信号，从而根据调制的信号频率可以使得红外光免受自然的干扰，并根据调制的第一信号波形可以减低红外发射管的工作时间，达到减小系统功耗的目的。附图说明[0030]图1为本实施例中的用于智能小车的红外避障模块的侧视图；[0031]图2为本实例中的用于智能小车的红外避障模块的俯视图；[0032]图3为本实施例中的用于智能小车的红外避障模块的电路原理图；[0033]图4为本实施例中的用于智能小车的红外避障模块的工作方法的流程图；[0034]图5为本实施例中红外发射波形和红外接头输出波形的示意图。[0035]其中，1-pcb主板；2-红外发射管；3-红外接收头；4-控制器；5-电位器；6-信号接口；7-电源保护电路；8-状态指示电路。具体实施方式[0036]为使本说明书实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0037]实施例[0038]如图1-图3所示，第一方面，本实施例提供一种用于智能小车的红外避障模块，包括pcb主板1，所述pcb主板1上安装有红外发射管2、红外接收头3、控制器4、电位器5、信号接口6以及电源保护电路7，其中，所述红外发射管2和所述红外接收头3分别安装于所述pcb主板1的相反两侧；优选的，所述红外发射管2、控制器4、电位器5、信号接口6以及电源保护电路7安装在pcb主板1的正面，所述红外接收头3安装在pcb主板1的背面；[0039]所述控制器4分别与所述红外发射管2、所述红外接收头3、所述电位器5以及所述信号接口6连接，所述电位器5与所述红外发射管2连接，所述电源保护电路7设于所述信号接口6一侧；[0040]所述控制器4用于对红外发射管2的信号参数进行调制，其中，所述控制器4的调制信号输出周期为10-30毫秒，且高电平信号和低电平信号的输出周期相同，优选的，所述控制器4的信号输出周期为20毫秒，频率为50hz，其中输出高电平信号10毫秒，低电平信号10毫秒[0041]所述红外发射管2用于基于信号参数对外发射载波信号，其中，所述信号参数至少包括信号发射频率和/或信号波形，其中，所述载波信号发射频率不小于10khz，优选的，所述红外发射管2和所述红外接收头3之间传输的载波信号频率传输的载波信号频率为38.46khz；[0042]所述红外接收头3用于基于信号输出规则输出第二信号波形；[0043]所述控制器4还用于读取所述第二信号波形，以判断是否检测到障碍物。[0044]其中，需要说明的是，优选的，本实施例中的红外避障模块对障碍物的检测距离≤50厘米，用户通过手动调节电位器5的电阻值可以调节红外发射管2的发射功率，从而达到调节避障检测距离的目的；具体的，红外发射管2通过发射不小于10khz的高频载波信号，当小车前方避障距离内(50厘米)内出现障碍物时，红外接收头3能够接收到反射回来的红外载波信号，则控制器4通过判断接收到的载波信号与发射的载波信号是否一致，可以判断是否有障碍物出现。[0045]在一种具体的实施方式中，所述控制器4采用型号为stc15f101w的单片机，单片机的p3.4引脚与所述红外接收头3连接，单片机的vcc引脚接供电电源vcc，单片机的p3.5引脚依次连接第一电阻r3、电位器5rp1以及红外发射管2led3后与p3.2引脚连接，单片机的gnd引脚接地，单片机的p3.1引脚与所述信号接口6连接。[0046]在一种具体的实施方式中，所述红外接收头3包括型号为vs1838b的红外遥控接头hr1，所述红外遥控接头hr1的1引脚与单片机的p3.4引脚连接，所述红外遥控接头hr1的2引脚与第一电容c2的一端连接后接地，所述第一电容c2的另一端分别与所述红外遥控接头hr1的3引脚和第二电阻r2的一端连接，所述第二电阻r2的另一端接供电电源vcc。[0047]在一种具体的实施方式中，为了对电源进行防呆处理，所述信号接口6包括型号为rj11-6p6c的信号线插头rj1，所述信号线插头rj1的2rx-引脚分别与单片机的p3.1引脚和跳线接口jp1的1引脚连接，所述信号线插头rj1的1rx-引脚接地，所述信号线插头rj1的1tx-引脚接输入电源vin，所述跳线接口jp1的2引脚接输入电源vin，所述跳线接口jp1的3引脚接地。[0048]在一种具体的实施方式中，为了实现对供电电源的保护，防止电源反接和短路，所述电源保护电路7包括自恢复保险丝f1，所述自恢复保险丝f1的电压电流参数优选为6v和0.1a，所述自恢复保险丝的两端分别与输入电源vin和p型场效应管q1的漏极连接，所述p型场效应管q1的源极分别与供电电源vcc、第二电容c1的一端以及第三电阻r4的一端连接，所述第三电阻r4的另一端接二极管led2的正极，所述p型场效应管q1的栅极、所述第二电容c1的另一端以及二极管led2的负极均接地；其中，利用p型场效应管特性，g极和s极之间需要有反向电势差d极和s极才会导通，二极管led2用于对电源状态进行指示。[0049]在一种具体的实施方式中，所述红外避障模块还包括状态指示电路8，所述状态指示电路8包括第四电阻r1，所述第四电阻r1的一端与单片机的p3.1引脚连接，所述第四电阻r1的另一端与二极管led1连接，所述二极管led1与供电电源vcc连接。[0050]在一种具体的实施方式中，所述pcb板采用多层玻璃纤维板，从而达到降低硬件成本的目的，将红外发射管2和红外接收头3分别安装在玻璃纤维板的相反两侧，可以防止红外发射管2工作时发射的红外信号直接被一体化红外接收头3接收，导致检测结果不准确。[0051]基于上述公开的内容，本实施例通过将红外发射管2和红外接收头3分别安装在pcb主板1的相反两侧，从而可以避免红外发射管2发出的载波信号直接被红外接收头3接收，进而导致障碍物检测结果不准确；通过将红外发射管2和红外接收头3之间传输的载波信号频率设置为不小于10khz，从而可以使得发出的红外光免受自然光的干扰，进而使得避障检测结果更准确；通过将控制器4的信号输出周期为10-30毫秒，且高电平信号和低电平信号的输出周期相同，能够达到降低功耗的目的。[0052]如图4和图5所示，第二方面，本实施例提供一种如第一方面任意一种可能的设计中所述的用于智能小车的红外避障模块的工作方法，包括但不限于由步骤s101～s102实现：[0053]步骤s101.通过控制器4对红外发射管2的信号参数进行调制，以便红外发射管2基于信号参数对外发射载波信号，其中，所述信号参数至少包括信号发射频率和/或第一信号波形，其中，信号发射频率不小于10khz；[0054]其中，优选的，由于红外发射管2的一端与电位器5连接后与控制器4连接，红外发射管2的另一端与控制器4连接，用户可通过手动调节电位器5的电阻值，来调节电位器5和红外发射管2所在传输线路的传输电流，进而调节红外发射管2的信号发射功率。[0055]在步骤s101中，通过控制器4对红外发射管2的信号参数进行调制，以便红外发射管2基于信号参数对外发射载波信号，包括：[0056]通过控制器4生成不小于10khz的高频载波信号，并按照第二信号输出规则输出高频载波信号至红外发射管2，从而控制所述红外发射管2输出的第一信号波形。[0057]其中，需要说明的是，本实施例中的高频载波信号的频率可以是10khz、15khz、20khz、30khz或者38.46khz，具体可根据红外避障模块具体的应用场景进行调制，此处不做限定；其中，优选的，本实施例采用频率为38.46khz的高频载波信号，以适配于一体化的红外接收头3。[0058]其中，优选的，按照第二信号输出规则输出高频载波信号至红外发射管2，包括：[0059]按照输出周期t、频率f、高电平t/2以及低电平t/2、红外发射管2低电平时对外发射高频载波信号以及高电平时停止对外发射高频载波信号的第二信号输出规则，输出高频载波信号至红外发射管2，其中，t∈[10ms,30ms]，f＝(1000/f)hz。[0060]例如：按照输出周期20毫秒、频率50hz、低电平10毫秒、高电平10毫秒，其中，低电平红外发射管2对外发射38.46khz的载波信号，高电平时停止对外发送，红外发射管2工作时间减少，从而可以在实现抗自然光干扰的同时，达到减小系统功耗的目的。[0061]步骤s102.利用红外接收头3基于第一信号输出规则输出第二信号波形，并通过控制器4读取所述第二信号波形，以判断是否检测到障碍物。[0062]在步骤s102中，利用红外接收头3基于第一信号输出规则输出第二信号波形，并通过控制器4读取所述第二信号波形，以判断是否检测到障碍物，包括：[0063]步骤s1021.利用红外接收头3在接收到高频载波信号时输出低电平，并在未接收到高频载波信号时输出高电平，以生成第二信号波形；[0064]如图5所示，为红外接收头3的工作波形，通过读取该工作波形的数据，可以判定是否检测到障碍物。[0065]步骤s1022.通过控制器4读取所述第二信号波形，若所述第二信号波形的频率和占空比符合预设条件，则判定检测到障碍物。[0066]例如：如果波形符合频率50hz，占空比50％，则判定红外避障检测模块检测到了障碍物。[0067]基于上述公开的内容，本实施例通过控制器4对红外发射管2的信号参数进行调制，以便红外发射管2基于信号参数对外发射载波信号，从而根据调制的信号频率可以使得红外光免受自然的干扰，并根据调制的第一信号波形可以减低红外发射管2的工作时间，达到减小系统功耗的目的。[0068]最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。









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