WO2018040766A1 - 一种抗干扰的红外测障方法 - Google Patents

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杜建强
庞作伟
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    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes

Definitions

  • the invention relates to an infrared measuring method, in particular to an anti-interference infrared measuring method, belonging to the technical field of robots.
  • Infrared sensory sensors are the necessary sensors for many obstacle-avoiding robots, including various mobile robots.
  • the main functions are to measure distance, avoid obstacles, and improve the robot's ability.
  • the disadvantage of this method is its poor resistance to ambient light interference, especially warm light sources, and the ability to measure distances is short, mostly in the 40 cm range.
  • the object of the invention is to improve the anti-interference ability of the sensor and solve the problem of short measuring distance.
  • the present invention provides an anti-interference infrared obstacle detection method, comprising the following steps:
  • the infrared transceiver device comprising an infrared transmitting module and an infrared receiving module;
  • the ValueA is linearly adjusted according to the value range of ValueA, and then the electronic control device outputs different voltage values, and finally the measured value of the corresponding distance is obtained according to the voltage value conversion.
  • 30 ValueS are acquired over a period of time.
  • the voltage value is output by pulse width modulation by an electronic control unit.
  • the main control chip of the electronic control unit adopts STM8.
  • the infrared emitting module employs an infrared transmitting tube.
  • the current limiting resistance of the infrared emission tube is 2 ohms.
  • the duty cycle of the infrared emission tube is 10%.
  • anti-environmental light interference can filter out the interference of most light sources
  • Figure 1 is a diagram showing the correspondence between light intensity and distance in a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a diagram showing the correspondence between the adjusted light intensity and the distance in a preferred embodiment of the present invention.
  • STM8 is used as the main control chip to control the infrared emission tube with a 2 ohm current limiting resistor.
  • the duty ratio is about 10% to control the conduction of the tube, thereby enhancing the distance that the infrared barrier sensor can measure, and the distance can reach 80cm.
  • the infrared light will reach the strongest.
  • the intensity of the light at this time is obtained by the infrared receiving tube, and a maximum value of ValueH is obtained.
  • the infrared emitting tube is turned off, a light intensity is obtained, and the value is the environment.
  • the STM8 uses PWM pulse width modulation to output the voltage value of the corresponding distance. At this time, the value will not output the change of the current distance, and the change in the near distance is larger, while the distance in the far distance changes slightly. It is.
  • the use of the above two equations will be described in detail below using actual measurement data.
  • the first column in Table 1 is the distance between the infrared light emission point and the obstacle (subject), measured approximately once every 4 cm, and the ValueA is recorded, that is, the value of the second column "measured light intensity" in the table. .
  • the ValueA is 240
  • 240 is between 0 and 3000
  • the ValueA is 3070
  • the 3070 is 3000-4000
  • the data of the first column and the second column are plotted in Excel as Fig. 1.
  • the light intensity value and the distance value are nonlinearly corresponding.
  • the light intensity value changes abruptly, resulting in a large measurement error. .
  • the recognition is lost, and the distance measurement cannot be achieved.
  • the principle of infrared ranging is that the light intensity value is converted into a voltage value, and the voltage value is converted into a measured distance value.

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Abstract

一种抗干扰的红外测障方法，包括如下步骤：(1)依靠电子控制装置控制红外收发装置的导通与关闭；(2)在红外收发装置导通的瞬间，红外光强记为ValueH；(3)当红外停止发射后，环境光强记为ValueL；(4)有效红外光强ValueS＝ValueH-ValueL，(5)在一段时间内重复以上步骤，获取N个ValueS，采用平滑滤波算法，取平均值ValueA＝ValueS/N；(6)根据ValueA的数值范围对ValueA作线性调整，然后由电子控制装置输出不同的电压值，最后根据电压值转换得到相应距离的测量值。该方法提高了测量距离，能抗环境光干扰，测量值与距离呈较为线性增加。

Description

一种抗干扰的红外测障方法 技术领域
本发明涉及一种红外测障方法，特别涉及一种抗干扰的红外测障方法，属于机器人技术领域。
背景技术
红外测障传感器是目前较多避障机器人上必备的传感器，包括各种移动机器人，主要功能是测量距离，避开障碍物，提升机器人的能力。
现有的红外测距方案大多是直接以一定的功率持续发射红外光线，当遇到障碍物后，随着距离的远近不同，红外接收管接收的红外光线的强度不同，以此来确定距离障碍物的远近。
这种方法的缺点是抗环境光干扰的能力很差，尤其是暖光源，并且能够测量的距离较短，大多在40cm范围内。
发明内容
本发明的目的是提升传感器的抗干扰能力，解决测量距离较短的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种抗干扰的红外测障方法，包括如下步骤：
(1)依靠电子控制装置控制红外收发装置的导通与关闭，红外收发装置包括红外发射模块和红外接收模块；
(2)在红外收发装置导通的瞬间，红外发射模块发出的红外光线达到最强，由红外接收模块获取光线强度，记为ValueH；
(3)当红外发射模块关闭后，由红外接收模块获取光线强度，此值为环境光的强度，记为ValueL；
(4)计算有效红外光线强度ValueS＝ValueH-ValueL，
(5)在一段时间内重复以上步骤，获取N个ValueS，采用平滑滤波算法，取平均值ValueA＝ValueS/N，ValueA即滤除环境光干扰后的红外光线强度的有效值；
(6)根据ValueA的数值范围对ValueA作线性调整，然后由电子控制装置输出不同的电压值，最后根据电压值转换得到相应距离的测量值。
优选地，在一段时间内获取30个ValueS。
优选地，当ValueA的数值范围是3000～4000时，根据公式y＝1000+3*(x-3000)重新计算ValueA的值。当ValueA的数值范围是1000～3000时，根据公式y＝(999*x)/3000重新计算ValueA的值。
优选地，由电子控制装置用脉冲宽度调制输出电压值。电子控制装置的主控芯片采用STM8。
优选地，红外发射模块采用红外发射管。红外发射管的限流电阻为2欧姆。红外发射管的占空比为10％。
本发明的有益效果：
1、提高了测量的距离，增强至80cm；
2、抗环境光干扰，可以滤除大部分光源的干扰；
3、测量值与距离呈较为线性增加。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中的光强与距离的对应图；
图2是本发明一个较佳实施例中调整后的光强与距离的对应图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
由STM8作为主控芯片，控制红外发射管以2欧姆的限流电阻，以占空比约10％来控制管子导通，以此增强红外测障传感器能够测量的距离，距离可达到80cm。在导通的瞬间，红外光线会达到最强，此时用红外接收管获取此时的光线强度，获得一个值为最大值ValueH，当红外发射管关闭后，获取一个光线强度，此值为环境光的的强度，记为ValueL，所以此时的有效的红外光强应该为ValueS＝ValueH-ValueL，在一段时间内获取30个ValueS，采用平滑滤波算法，避免值被一些干扰值，突变影响，取平均值ValueA＝ValueS/N，此值就是滤除环境光干扰的有效值。
由于红外发射的光线在一定的范围内接收的红外光强是由强变弱跨度较大，不是呈现y＝kx的曲线。所以，在取到几十组不同距离的ValueA之后，使用方程式y＝1000+3*(x-3000)，将范围在3000～4000的值整理到1000～4000；使用方程式y＝(999*x)/3000，将范围在0～3000的值整理到0～999。由STM8用PWM脉宽调制输出相应距离的电压值，此时其值就不会输出现随着的距离的变化，在较近的距离变化幅度较大，而较远的距离却变化微小的问题了。
以下用实际测量数据详细说明上述两个方程式的使用。表1中的第一列是红外光线发射点与障碍物(被测物)的距离，大致每隔4cm测量1次，记录ValueA，即表中的第二列“测得光强”的各个数值。第三列“调整后光强”的数值，分别是第二列各数值经过方程式y＝1000+3*(x-3000)或y＝(999*x)/3000调整后的结 果。
表1
距离(cm) 测得光强 调整后光强
0 200 66.6
4 240 79.92
10 350 116.55
14 600 199.8
18 1950 649.35
22 2530 842.49
26 2840 945.72
30 3070 1210
34 3200 1600
38 3280 1840
42 3390 2170
46 3440 2320
50 3490 2470
54 3510 2530
58 3560 2680
62 3580 2740
66 3590 2770
70 3610 2830
74 3640 2920
78 3650 2950
82 3670 3010
例如，当测量距离是4cm时，得到ValueA为240，240在0～3000之间，使用方程式y＝(999*x)/3000。将x＝240代入y＝(999*x)/3000，得到y＝(999*240)/3000＝79.92。
当测量距离是26cm时，得到ValueA为2840，2840仍在0～3000之间，使用方程式y＝(999*x)/3000。将x＝2840代入y＝(999*x)/3000，得到y＝(999*2840)/3000＝945.72。
以上利用方程式y＝(999*x)/3000将光强范围在0～3000的值整理到0～999。
当测量距离是30cm时，得到ValueA为3070，3070在3000～4000，开始使用方程式y＝1000+3*(x-3000)。将x＝3070代入y＝1000+3*(x-3000)，得到y＝1000+3 (3070-3000)＝1210。
测量距离是30cm以后的数据，全部使用方程式y＝1000+3*(x-3000)计算，得到表1中的所有数据。方程式y＝1000+3*(x-3000)将光强范围在3000～4000的值整理到1000～4000。
将第一列与第二列数据用Excel绘制成图1，从图1可知，光强值与距离值并非线性对应，在15cm～30cm测量段，光强值急剧变化，导致很大的测量误差。在40cm以后，光强值变化太小，失去了辨识度，无法起到测距作用。红外测距的原理是，依靠光强值转换为电压值，电压值再转换为测得距离值。用这种传统红外测距方式，在15～30cm测量段，测量所得的距离值和真实距离值误差很大；在40cm以后的测量段，此方式变得不可用。
第三列数据以第二列数据为基础，根据方程式y＝1000+3*(x-3000)或y＝(999*x)/3000调整后的结果。将第一列和第三列数据用Excel绘制成图2，从图2可知，从0～80cm的测量段，光强值和距离值均保持较好的线性关系，大致符合y＝42.094x的关系，拟合程度R2＝0.9442。这就是说，使用光强值测量距离是可靠的，不仅误差小，而且测量范围大。由此可见，本发明的红外测距方案比现有技术优越得多。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

  1. 一种抗干扰的红外测障方法，其特征在于，包括如下步骤：
    (1)依靠电子控制装置控制红外收发装置的导通与关闭，所述红外收发装置包括红外发射模块和红外接收模块；
    (2)在所述红外收发装置导通的瞬间，所述红外发射模块发出的红外光线达到最强，由所述红外接收模块获取光线强度，记为ValueH；
    (3)当所述红外发射模块关闭后，由所述红外接收模块获取光线强度，此值为环境光的强度，记为ValueL；
    (4)计算有效红外光线强度ValueS＝ValueH-ValueL，
    (5)在一段时间内重复以上步骤，获取N个ValueS，采用平滑滤波算法，取平均值ValueA＝ValueS/N，ValueA即滤除环境光干扰后的红外光线强度的有效值；
    (6)根据ValueA的数值范围对ValueA作线性调整，然后由所述电子控制装置输出不同的电压值，最后根据所述电压值转换得到相应距离的测量值。
  2. 根据权利要求1所述的一种抗干扰的红外测障方法，其特征在于，在一段时间内获取30个ValueS。
  3. 根据权利要求1所述的一种抗干扰的红外测障方法，其特征在于，当ValueA的数值范围是3000～4000时，根据公式y＝1000+3*(x-3000)重新计算ValueA的值。
  4. 根据权利要求1所述的一种抗干扰的红外测障方法，其特征在于，当ValueA的数值范围是1000～3000时，根据公式y＝(999*x)/3000重新计算ValueA的值。
  5. 根据权利要求1所述的一种抗干扰的红外测障方法，其特征在于，由所述电子控制装置用脉冲宽度调制输出所述电压值。
  6. 根据权利要求1所述的一种抗干扰的红外测障方法，其特征在于，所述电子控制装置的主控芯片采用STM8。
  7. 根据权利要求1所述的一种抗干扰的红外测障方法，其特征在于，所述红外发射模块采用红外发射管。
  8. 根据权利要求7所述的一种抗干扰的红外测障方法，其特征在于，所述红外发射管的限流电阻为2欧姆。
  9. 根据权利要求7所述的一种抗干扰的红外测障方法，其特征在于，所述红外发射管的占空比为10％。
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