用于亮度判断的传感器 - “机器换人”蓄势待发 它们是如何感知世界的？

　　用于亮度判断的传感器

　　很多朋友制作的机器人都需要判断环境光的亮度，这时就需要亮度传感器。最常用的便是光敏电阻（图7）。光敏电阻是一种随着照射在上面的可见光强度变化而阻值发生相应变化的电阻，可以根据其阻值的变化判断出光强。

　　

　　图7 光敏电阻

　　光敏电阻的使用也非常简单，只要将它当作普通电阻接入电路，根据电流变化便可得出电阻值的变化，进而判断出光强的变化。对于机器人制作，光敏电阻是一种成本低廉、可靠性好、测量准确的元件。

　　用于测量速度的传感器

　　机器人自身的行走速度对于判断机器人运动状态和机器人所在位置非常重要，这里我们主要讨论一下对机器人小车运动速度的测量。

　　车型机器人依靠电机驱动轮子来运动，因此测量机器人小车的速度可以归结为测量驱动电机的转速。那么怎么测量电机的转速呢？测量电机转速有很多种方法，比较适合个人机器人爱好者的是采用光电编码器。光电编码器也有很多种，在个人机器人上比较常见的有两种，一种为反射式，一种为透射式。

　　反射式的基本结构是在电机的旋转轴上加一个圆形的黑白相间码盘，很多都是粘在轮子上的（图8），离码盘很近的地方固定一个红外发射/接收一体模块，利用黑白色对红外线的吸收率不同来进行判断。红外线照射到黑色部分时，大部分被吸收，而无反射信号；红外线照射到白色部分时，大部分红外线被反射回来，而产生强烈的反射信号。当码盘随电机旋转时，红外接收端的输出信号便是一个由旋转速度决定频率的方波，进而我们便可知道此时电机的旋转速度。

　　

　　图8 码盘外形图

　　透射式检测原理与反射式相似。唯一的不同是它没有图9中黑白相间的码盘，而是在光栅圆盘上开了一圈小孔，红外线或可见光的发射端与检测端分别位于光栅圆盘的两侧（图9），同样利用光栅圆盘旋转后产生的脉冲信号来检测电机的旋转速度。

　　

　　图9 光栅盘式光电编码器原理图

　　从本质上来说，两种传感器都属于光电传感器，这类传感器价格便宜、结构可靠、检测结果准确，不过对于安装位置要求较高。

　　检测电机转速，除了光电传感器之外，还有一些利用磁效应原理的传感器，汽车上经常使用这种传感器。

　　用于检测地面灰度的传感器

　　很多人最开始做的机器人的基本功能就是循线，白色的地板上贴着一条黑线，让机器人沿着地面的黑线前进。很多机器人高手都是从制作类似的作品成长起来的。因此，有必要介绍一下检测地面灰度的常用传感器。

　　可见光地面灰度检测器，就是使用一个发光装置与一个光敏电阻搭配，装在机器人底部离地面较近的一个位置上。发光装置发射可见光，照射到不同颜色上面后，反射光的强度会有一定的差异，根据光敏电阻的返回值便可知道机器人下方的地面颜色（图10）。

　　

　　图10 一种利用发光二极管作为发光装置的地面灰度检测器

　　笔者最初制作地面灰度检测器的时候，是通过小灯泡来发光，可是效果不理想。后来换了个摩托车上的6V灯泡，效果好多了，就是耗电量太大。再后来买了个灰度传感器，耗电量下来了，检测效果也还可以，但是还是会有漏测的现象，而且容易受到环境光的干扰，于是我就使用了一种非可见光的检测方式——红外线地面灰度检测。

　　前面介绍光电编码器时提到过，反射式光电编码器的码盘由黑白相间的条纹组成，利用黑白颜色对红外线的吸收程度不同来检测码盘的旋转。其实如果引申一下，把机器人循线的场地看成一个大码盘，其实也是黑白相间，这样每当机器人越过一条白线，就相当于光电编码器上的码盘转动了一个最小角度，光电编码器输出的高、低电平便会变化一次。这种检测方式比较准确，很少出现漏检的情形，抗干扰能力也比较强，唯一的劣势就是对传感器本身的离地间隙要求较高，高一点或矮一点都不行。因此，对机器人的工作环境要求较高，不平的地面肯定是不行的。

　　这两种地面灰度检测方式成本都比较低廉，具体采用哪一种，根据自己的确切应用来决定就可以了。

　　其他

　　微电子领域的发展日新月异，每天都有各种各样的新传感器问世，很多以前高不可攀的传感器如今也变成了几块钱甚至几毛钱一个，因此经常去电子市场转转，关注一下最新的传感器信息是必要的。