CN111374593A - 红外灯抗自然光干扰电路、装置及扫地机器人 - Google Patents

Abstract

本发明一种红外灯抗自然光干扰电路、装置及扫地机器人，包括：红外灯发射模块，红外灯发射模块与PWM载波器连接，由PWM载波器控制红外灯发射模块发光频率；电压采集模块：电压采集模块与红外灯发射模块光耦合连接，电压采集模块根据采集的光线的强度和输送频率生成电压输出，其中，光线包括红外灯发射模块发射的红外光线以及周围环境的自然光；滤波模块：滤波模块与电压采集模块连接，滤波模块的中心频率与PWM载波器的输出频率相同，用于过滤电压采集模块中由自然光引起的电压输出。本发明采用PWM载波器控制红外灯的发光频率，其与滤波模块的中心频率相同，以只接收指定频段的信号，过滤自然光的干扰，且抗干扰效果好。

Description

红外灯抗自然光干扰电路、装置及扫地机器人

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，具体而言，本发明涉及一种红外灯抗自然光干扰电路、装置及扫地机器人。

背景技术

红外灯常用来检测障碍物以及测量距离，特别是在检测障碍物上，比如在可移动的机器设备的悬崖检测上，即采用红外灯来监测该可移动的设备是否在地面上移动，是否位于悬空状态。

但由于普通红外器件波长的局限性，在强自然光下，红外接收端灯受到自然光的误干扰，导致红外接收灯的电压不准确。红外灯受自然光干扰需要通过以下办法改善：第一，红外接收灯在结构上添加黑色套管，屏蔽外界自然光干扰；第二，红外发射灯与红外接收灯的选型，选用的工作波长离自然光波长；以上方法增加了加工制造成本以及物料成本，不利于普遍推广利用，易产生大量不良品。

发明内容

为克服上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，特提出以下技术方案：

本发明的实施例根据一个方面，提供了一种红外灯抗自然光干扰电路，包括：

红外灯发射模块，所述红外灯发射模块与PWM载波器连接，由所述PWM载波器控制所述红外灯发射模块发光频率；

电压采集模块：所述电压采集模块与所述红外灯发射模块光耦合连接，所述电压采集模块根据采集的光线的强度和输送频率生成电压输出，其中，所述光线包括红外灯发射模块发射的红外光线以及周围环境的自然光；

滤波模块：所述滤波模块与所述电压采集模块连接，所述滤波模块的中心频率与所述PWM载波器的输出频率相同，用于过滤电压采集模块中由自然光引起的电压输出。

可选的，所述红外灯发射模块包括三极管、红外灯、第一电阻和第二电阻，其中，所述三极管的集电极连接所述红外灯的阴极，所述红外灯的阳极连接电源连接，所述三极管的基极连接第一电阻的输出端，所述第一电阻的输入端连接PWM载波器的输出端，所述三极管的发射极连接所述第二电阻的输入端，所述第二电阻的输出端接地。

可选的，所述电压采集模块包括红外接收管，所述红外接收管接收所述红外灯发射模块发射的红外光线以及周围环境的自然光，并根据接收光线的强度调节自身的导通率。

可选的，所述电压采集模块还包括第三电阻，所述红外接收管的阳极与电源连接，所述红外接收管的阴极与所述第三电阻的输入端连接，所述第二电阻的输出端接地。

可选的，所述滤波模块包括第四电阻、第一电容、第五电阻、第二电容、第六电阻、放大器、第七电阻和第八电阻，其中，所述第四电阻的输入端与所述红外接收管的阴极连接，所述第四电阻的输出端分别与第一电容的输入端、第二电容的输入端和第五电阻的输入端连接，所述第一电容的输出端与所述第六电阻的输入端和所述放大器的正输入极连接，所述第二电容的输出端接地，所述第五电阻的输出端与所述放大器的输出端连接，所述第六电阻的输出端接地，所述第七电阻一端接地，另一端连接放大器的负输入极以及第八电阻输入端，所述第八电阻的输出端还与所述放大器的输出端连接。

可选的，所述滤波模块还包括用于平缓输出采样波的第三电容，所述第三电容的输入端与采样模块连接，所述第三电容的输出端接地。

可选的，所述PWM载波器输出端输出预设频率的载波。

另一方面，本申请公开一种红外灯抗自然光干扰装置，包括上述任意一项所述的红外灯抗自然光干扰电路，所述红外灯向外发射红外线，所述红外接收管接收红外光以改变自身的导通率而调节采样模块采集得到的电压值。

可选的，所述红外灯与红外接收管呈锐角设置，所述红外接收管接收预设范围内反射的红外线。

另一方面，本申请还公开一种扫地机器人，包括上述任意一项所述的红外灯抗自然光干扰装置，采用所述红外灯抗自然光干扰装置检测障碍物。

本申请的有益效果为：本申请采用PWM载波输出端控制红外灯的发光频率，接收端的滤波模块包括带通滤波电路，PWM载波输出端采用特定频率，其与带通滤波电路的中心频率相同，在滤波模块的控制下，电压采集模块中只接收指定频段的信号，在自然光下，电压采集模块接收到的自让光干扰会被滤波模块滤除，解决了红外灯受自然光干扰的现象，无需增加额外的成本，比如采用黑色套管套设在红外灯上，或者选择特定波长的红外灯等等，成本低，抗干扰效果好。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例中的红外灯抗自然光干扰电路模块图；

图2为本发明实施例的红外灯抗自然光干扰电路原理图；

图3为本发明实施例的红外抗自然光干扰电路仿真连接示意图；

图4为本发明第一示例的输出结果波形图；

图5为本发明第二示例的输出结果波形图；

图6为本发明第三示例的输出结构波形图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

请参阅图1-图2，本申请公开一种红外灯抗自然光干扰电路，包括：

红外灯发射模块100：所述红外灯发射模块与PWM载波器连接，由所述PWM载波器控制所述红外灯发射模块发光频率；

电压采集模块200：所述电压采集模块与所述红外灯发射模块光耦合连接，所述电压采集模块根据采集的光线的强度和输送频率生成电压输出，其中，所述光线包括红外灯发射模块发射的红外光线以及周围环境的自然光；

滤波模块300：所述滤波模块与所述电压采集模块连接，所述滤波模块的中心频率与所述PWM载波器的输出频率相同，用于过滤电压采集模块中由自然光引起的电压输出。

本申请中，采用PWM载波器控制红外灯的发光频率，接收端的滤波模块300包括带通滤波电路，PWM载波器采用预设的特定频率，其与带通滤波电路的中心频率相同，在滤波模块300的控制下，只能接收指定频段的信号，在自然光下，电压采集模块200接收到的自然光的干扰会被滤波模块300滤除，解决了红外灯受自然光干扰的现象，无需增加额外的成本，比如采用黑色套管套设在红外灯上，或者选择特定波长的红外灯等等，成本低，抗干扰效果好。

在一实施例中，所述红外灯发射模块100包括三极管Q1、红外灯D1、第一电阻R1和第二电阻R2，其中三极管Q1的集电极连接红外灯D1的阴极，所述红外灯D1的阳极连接电源电压VCC，本实施例中，采用5V的电源电压。所述三极管Q1的基极连接第一电阻R1的输出端，所述第一电阻R1的输入端还连接PWM载波器，所述三极管Q1的发射极连接第二电阻R2的输入端，所说第二电阻R2的输出端接地。

在本申请的一实施例中，所述电压采集模块200包括红外接收管D2，所述红外接收管D2接收所述红外灯发射模块100发射的红外光线以及周围环境的自然光，并根据接收光线的强度调节自身的导通率。在本实施例中，红外灯D1发射的红外线通过红外接收管D2接收，红外发射模块100中的红外灯D1按照PWM载波器的输出频率输出红外光，由于PWM载波器采用特定频率输出高低电平，当输出高电平时，此时三极管Q1的基极的电压高于发射极的电压，三极管Q1导通，由于红外灯D1连接了一个5V的工作电压，此时红外灯D1发出红外光，并被红外接收管D2接收。当PWM载波输出端发出低电平时，此时三极管Q1上的基极电压过低，三极管Q1截至，此时，红外发射模块100不导通，红外灯D1不发光，红外接收管D2上也接收不到红外光。

在一实施例中，所述电压采集模块200还包括第三电阻R3，所述红外接收管D2的阳极与电源VCC连接，在本实施例中，此处的电源为使红外接收管D2工作的5V电源电压。所述红外接收管D2的阴极与第三电阻R3的输入端连接，所述第三电阻R3的输出端接地，所述红外接收管D2的阴极还与第四电阻R4连接。在本申请中，红外接收管D2的结构与光敏二级管的结构类似，为根据接收的光照的强弱而改变其导通性能的电子元器件，当红外接收管D2接收不到外界光源时，红外接收管D2内的PN结截至，整个红外接收管D2不导通，此时整个电压采集模块200上无电流，当红外接收管D2采集到相应的光线时，红外接收管D2导通，且红外接收管D2的内阻随着接收到光线的变强而降低。在本申请中，红外接收管D2与电阻R8串联，而滤波模块300的第三电阻R3连接在红外接收管D2与电阻R8之间，因此通过滤波模块300可根据红外接收管D2的导通和截至的频率采集到电压变化的频率。

由于红外灯发射模块100是按照PWM载波输出端以特定的频率发出高低电平，理想状态下，红外接收管D2只采集红外光，因此红外接收管D2也按照PWM输出端输出高低电平的特定频率导通和截至，由于输出高电平时间段内，电压是恒定的，因此红外灯D1发出的红外光的强度也是一定的，红外接收管D2接红外光的强度也是一定的，因此在红外接收管D2导通的情况下，电压采集模块200采集端采集到的电压也是恒定的，随着PWM输出端输出高低电平的频率，在电压采集模块200上采集的电压也呈该频率进行变化，并被滤波模块300接收到。

然而，在实际应用中，红外接收管D2不仅仅能够采集到红外灯D1发射的红外线，还能采集到与红外线的频率较为接近的自然光或其他光，红外接收管D2能够接收到的红外光的波长是一个范围值，可能导致一些其他的自然光也被红外接收管D2接收到，但是其他的自然光被红外接收管D2接收的频率是持续的，因此，由这些干扰性的自然光引起的电压采集模块200的电压值是持续产生，其产生的电压值的频率与上述红外线产生的电压值的频率不一样，基于此，设置滤波模块300，以导通由红外光引起的电压变化频率数据，而过滤由自然光引起的电压变化频率数据。

在一实施例中，所述滤波模块300包括第四电阻R4、第一电容C1、第五电阻R5、第二电容C2、第六电阻R6、放大器U1、第七电阻R7和第八电阻R8，其中第四电阻R3输入端与红外接收管D2的阴极连接，所述第四电阻R3输出端分别与第一电容C1的输入端、第二电容C2的输入端和第五电阻R5的输入端连接，其中，第二电容C2的输出端接地，第一电容C1的输出端与第六电阻R6的输入端和放大器U1的正输入极连接，所述第五电阻R5的输出端与放大器U1的输出端连接，所述第六电阻R6的输出端接地，所述第七电阻R7的输出端接地，所述第七电阻R7的输入端连接放大器U1的负输入极以及第八电阻R8的输入端，所述第八电阻R8的输出端还与放大器U1的输出端连接。本实施例中，所述滤波模块300采用带通有源滤波电路，将该带通滤波的中心频率设置为红外灯发射模块100的PWM载波输出端的高低电压输出频率，以使该滤波模块300只接收与其中心频率一致的电压变化频率数据，从而达到过滤自然光引起的电压变化频率的目的。本实施例中，通过滤波后的电压值经过放大器U1的放大后输出。

在一实施例中，所述滤波模块300还包括用于平缓输出采样波的第三电容C3以及用于整形的整形二极管D3，所述第三电容C3的输出端接地，所述第三电容C3的输入端与采样模块连接，所述整形二极管D3的阳极连接放大器U1的输出端，所述整形二极管D3的阴极连接采样模块，经过滤波后的电压值经过放大器U1放大后输出，在进入到采样模块过程中，通过整形二极管D3进行电压整形以及通过第三电容C3进行滤波以平缓输出。

以上技术方案中，请参阅图3，通过NI Multisim 13.0进行软件仿真，其中XFG1为PWM载波输出端，Tektronix为用于采样的示波器，放大器经过整形二极管D3整形和第三电容C3滤波输出后与示波器的接口1连接，PWM载波输出端的正极与示波器的接口2连接，PWM载波输出端的负极接地，示波器的DG端接地，CH1表示输出值，CH2表示输入值，在第一示例中，输入的信号为0.5V，频率为10Khz，得出的结果参阅图4，其输出的电压为1.28V，输出的频率为10Khz，可见其滤除了自然光干扰频率。

同样，在第二示例中，请参阅图5，输入电压为1V，输入频率为10Khz，得出的输出信号为2.86V，输出频率为10Khz；在第三示例中，请参阅图6，输入电压为1.5V，输入频率为10Khz，得出的输出信号为4.66V，输出频率为10Khz，可见，以上输出均为滤除了自然光干扰频率。

另一方面，本申请公开一种红外灯抗自然光干扰装置，包括上述任意一项所述的红外灯抗自然光干扰电路，所述红外灯向外发射红外线，所述红外接收管接收红外光以改变自身的导通率而调节采样模块采集得到的电压值。当将该抗自然光干扰装置使用在移动设备的地检上时，可将所述红外灯与红外接收管呈锐角设置，以时所述红外接收管接收预设范围内反射的红外线。

进一步的，本申请还公开一种扫地机器人，包括上述所述的红外灯抗自然光干扰装置，采用该红外灯抗自然光干扰装置检测障碍物。当该障碍物为地面时，可将红外灯与红外接收管安装在扫地机器人的码盘上，红外接收管接收到从地面反射回来的红外光，并使电压采集模块采集的电压值达到预设值时，则表示当前移动范围未超出地面边界。当扫地机器人在委员地面的边缘位置移动时，此时红外灯发射的红外线可能不能通过当前地面反射并被红外接收管接收采集，因此电压采集模块采集的电压值达不到预设值，以此判断当前扫地机器人可能移动到地面边缘位置，需要停止当前移动方向的移动，或者改变移动的方向，避免跌落。

本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种红外灯抗自然光干扰电路，其特征在于，包括：

红外灯发射模块：所述红外灯发射模块与PWM载波器连接，由所述PWM载波器控制所述红外灯发射模块发光频率；

电压采集模块：所述电压采集模块与所述红外灯发射模块光耦合连接，所述电压采集模块根据采集的光线的强度和输送频率生成电压输出，其中，所述光线包括红外灯发射模块发射的红外光线以及周围环境的自然光；

滤波模块：所述滤波模块与所述电压采集模块连接，所述滤波模块的中心频率与所述PWM载波器的输出频率相同，用于过滤电压采集模块中由自然光引起的电压输出。

2.根据权利要求1所述的红外灯抗自然光干扰电路，其特征在于，所述红外灯发射模块包括三极管、红外灯、第一电阻和第二电阻，其中，所述三极管的集电极连接所述红外灯的阴极，所述红外灯的阳极连接电源连接，所述三极管的基极连接连接第一电阻的输出端，所述第一电阻的输入端连接PWM载波器的输出端，所述三极管的发射极连接所述第二电阻的输入端，所述第二电阻的输出端接地。

3.根据权利要求1所述的红外灯抗自然光干扰电路，其特征在于，所述电压采集模块包括红外接收管，所述红外接收管接收所述红外灯发射模块发射的红外光线以及周围环境的自然光，并根据接收光线的强度调节自身的导通率。

4.根据权利要求3所述的红外灯抗自然光干扰电路，其特征在于，所述电压采集模块还包括第三电阻，所述红外接收管的阳极与电源连接，所述红外接收管的阴极与所述第三电阻的输入端连接，所述第二电阻的输出端接地。

5.根据权利要求4所述的红外灯抗自然光干扰电路，其特征在于，所述滤波模块包括第四电阻、第一电容、第五电阻、第二电容、第六电阻、放大器、第七电阻和第八电阻，其中，所述第四电阻的输入端与所述红外接收管的阴极连接，所述第四电阻的输出端分别与第一电容的输入端、第二电容的输入端和第五电阻的输入端连接，所述第一电容的输出端与所述第六电阻的输入端和所述放大器的正输入极连接，所述第二电容的输出端接地，所述第五电阻的输出端与所述放大器的输出端连接，所述第六电阻的输出端接地，所述第七电阻一端接地，另一端连接放大器的负输入极以及第八电阻输入端，所述第八电阻的输出端还与所述放大器的输出端连接。

6.根据权利要求5所述的红外灯抗自然光干扰电路，其特征在于，所述滤波模块还包括用于平缓输出采样波的第三电容，所述第三电容的输入端与采样模块连接，所述第三电容的输出端接地。

7.根据权利要求1所述的红外灯抗自然光干扰电路，其特征在于，所述PWM载波器输出端输出预设频率的载波。

8.一种红外灯抗自然光干扰装置，其特征在于，包括上述权利要求1-7任意一项所述的红外灯抗自然光干扰电路，所述红外灯向外发射红外线，所述红外接收管接收红外光以改变自身的导通率而调节采样模块采集得到的电压值。

9.根据权利要求8所述的红外灯抗自然光干扰装置，其特征在于，所述红外灯与红外接收管呈锐角设置，所述红外接收管接收预设范围内反射的红外线。

10.一种扫地机器人，其特征在于，包括权利要求8-9任意一项所述的红外灯抗自然光干扰装置，采用所述红外灯抗自然光干扰装置检测障碍物。

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