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[知识点] 机器人大赛传感器系统及其选型（循迹、颜色、测距）

机器人大赛传感器系统及其选型（循迹、颜色、测距）

这次传感器选型主要介绍循迹/灰度传感器、颜色传感器及各种测距传感器。

循迹/灰度传感器

循迹/灰度传感器（以下简称灰度）是通过检测场地灰度，进而识别场地迹线进行循迹的传感器。这是一种主动型传感器，一个探头发射红外光或可见光，另一个探头进行接收，通过探头接收到的光线强度来判断场地反射率，也即灰度。
循迹传感器有很多产品及类型，最常见也最便宜的是以下两种：
机器人大赛传感器系统及其选型（循迹、颜色、测距）图1
这两种传感器均使用TCR T5000红外探头，特点是……便宜。具体到使用上，强烈不建议使用左边的传感器，因为它无法调节灵敏度，难以适应不同的安装高度和场地反射率。同时，由于一致性比较差，这款灰度的灵敏度有很大的个体差异，可能同一高度上，这个能准确分辨黑白线，那个就始终显示白色，无法实现多路探测。右边那款传感器工作起来性能尚可，灵敏度可调节，有模拟信号和数字信号两种输出模式，可以适应不同的场地条件，缺点是体积较大，分辨率和抗干扰能力不算特别强。

特别注意，任何不可调节灵敏度的灰度，都强烈不建议使用！！！

还有一些灰度传感器，使用了可见光探头，价格稍贵。工作时，作为TX的LED灯泡发出强烈的白光，使得它拥有较好的抗干扰能力和分辨率。这类产品较多，随便配一款的图片了：
机器人大赛传感器系统及其选型（循迹、颜色、测距）图7
在精度、灵敏度和抗干扰能力上表现最强的，是漫反射激光循迹传感器。基本原理都是一样的，但它采用了激光头作为TX。缺点是体积大并且价格昂贵，使用不是很多。
机器人大赛传感器系统及其选型（循迹、颜色、测距）图2
在正式竞赛中，建议使用可调的可见光灰度传感器。一般作多路使用，以求较好的循迹效果。一般而言，各个探头间的距离越短，循迹精度越好。

另外，市面上还有多路循迹传感器出售。此处建议使用可见光灰度传感器，并且各个探头的灵敏度可以单独调节的型号，比如下图这款。切记，采用TCR T5000探头的多路循迹传感器一般是无法使用的，除非各个探头有单独的灵敏度调节功能。
机器人大赛传感器系统及其选型（循迹、颜色、测距）图6
最后，给大家讲一下循迹传感器的安装原则。首先，用于直线循迹的探头一定要尽量远离机器人的旋转中心，这样可以让车身的歪斜在传感器处的表现更灵敏；另外，相邻两个探头之间的距离最好不要超过地面迹线的宽度；对于偶数数目的循迹传感器，可以通过调整中间两个探头的距离使得中央部分的循迹更精确。例如我自己用的某型自身宽度为10mm的循迹传感器，采用四路对20mm宽的迹线进行循线。中间相邻两个探头距离15mm，其余为10mm，对20mm迹线进行循线时，会在偏离中心2.5mm时就产生偏差信号，以使稳态循线更加精确。

顺带一提我自己使用的灰度。我自己使用的是DFRobot出品的“智能灰度传感器”，价格30rmb，优点是体积小（宽度10mm），并且可以半自动地调节灵敏度。缺点是价格昂贵，灵敏度调节范围稍小。s
机器人大赛传感器系统及其选型（循迹、颜色、测距）图5

颜色传感器

颜色传感器也是一种主动传感器，通过对近距离（2cm以内）的物体发射白色光线，分别接收检测反射光中的R、G、B色光光强来判断物体颜色的。在此推荐使用两款颜色传感器，均是我本人使用过的型号。分别是左边的GY-31/TCS3200颜色传感器和右边的GY-33颜色传感器
机器人大赛传感器系统及其选型（循迹、颜色、测距）图3
这两种传感器使用起来没有太大的区别，主要在于安装尺寸以及通讯信号。GY-31是一种廉价的传感器，尺寸较大，通过若干引脚的高低电平来选择色光模式，反馈出根据光强变化的脉冲信号，需要单片机进行信号处理；而GY-33成本较高，通过串口进行通讯，体积小、集成度高，可以自动控制传感器进行信号采集，既可以传出原始信号也可以直接给出颜色判断。

不建议使用任何没有遮光罩的颜色传感器。

测距传感器

测距传感器的类型多种多样，原理主要包括三角测距法和时间测距法。

最常见的是超声测距传感器，采用时间测距法，谁用谁知道有多坑，不建议使用。

另外一种可以可靠运行的就是采用三角测距的“红外测距传感器”，基本全部由夏普公司出品，模拟信号输出，有多种规格，使用方便，在武术擂台赛上的应用极其广泛。其基本原理是发射一束红外激光，然后一个红外摄像头对其进行追踪，根据光点在摄像头视野中的位置判断距离，所以这是一种点测距（红外激光光点）式测距传感器。淘宝有授权的代理店铺“SHARP夏普店”进行全系列销售。
机器人大赛传感器系统及其选型（循迹、颜色、测距）图4
采用时间测距法的传感器一般叫作“飞行时间测距传感器”或“激光测距传感器模块”，一般采用IIC总线进行通讯，也有多种规格，但并没有专卖店，需要自己去寻找合适的型号。大部分为面测距（激光扇面大约25°）。（夏普也有这类产品，不过产品线较窄，也比较昂贵，SHARP夏普店有售）