制作机器人常用传感器盘点

现在越来越多的朋友都对机器人开发产生了浓厚的兴趣，而机器人小车由于技术门槛低，成本低廉而成为了很多入门者的首选。机器人小车电子部分主要的构成就是控制芯片、电机和传感器。今天我们就在这里介绍几种机器人小车上常用的传感器。

传感器，简单点下个定义就是把现实中的各种物理信号转变为电子电路中可以识别的电信号。下面我就根据用来识别不同的物理信号来介绍几种机器人爱好者常用的传感器。

1、障碍物：

避障可以说是各种机器人最基本的功能。因此选择测障传感器可以说是每一个机器人DIYer必须熟知的知识。

检测机器人面前是否存在障碍物的传感器，可以分为接触式和非接触式。

接触式测障传感器最典型的便是碰撞开关。



这是一幅碰撞开关的外形图。



这是一幅碰撞开关的工作状态图。碰撞开关的工作原理非常简单，完全依靠内部的机械结构来完成电路的导通和中断。当碰撞开关的外部探测臂受到碰撞，探测臂受力下压，带动碰撞开关内部的簧片拨动，电路的导通状态从而发生改变。一般碰撞开关需要接三根线，一根红色的电源线，一根黑色的地线，和一根黄色的信号线（信号线的颜色可能存在不同）。

在机器人小车上的用法多数为将探测臂加长，扩大探测范围和灵敏度，当机器人小车装到前面的障碍物，碰撞开关的信号端便可返回一个高电平，控制芯片由此可以知道小车面前存在着障碍物。

碰撞开关的优点是价格便宜，一般每只零售仅几块钱，使用简单，使用范围广，对环境条件没有什么限制。

缺点是必须在发生碰撞后才能检测到障碍，这在某些机器人比赛中是相当失分的。并且使用时间较长后容易发生机械疲劳，无法继续正常工作。

非接触式测障开关一般的工作原理与雷达相似，发射某种射线，遇到障碍物会被反射回来，这时传感器就认为发现了障碍物。最常用的便是发射红外线的传感器。


红外测障传感器电路图

现在网上有成套的红外测障传感器出售，可以直接购买产品使用，也可以自己购买电子元件焊接。




红外发射管外形图

红外测障传感器成本较低（当然比碰撞开关还是要高一点），电路简单，检测范围大，并且如果在电路中加上一个电位器可以随时调节传感器的检测范围。检测方式为非接触式，控制起来更加好看，也更加灵活。

缺点是多个传感器之间容易互相干扰，在传感器的布局上需要多花心思，安装位置也要尽可能的避免碰撞。

2：距离

有时间单单知道哪个方向上有障碍物并不够，还必须知道障碍物距离机器人具体有多远才好判断机器人下一步的行动。这个时候我们就需要测距传感器。

测距传感器大多为非接触式，目前在个人机器人领域用的比较多的是红外和超声波两种。

红外测距传感器：提到红外测距传感器，就不能不提夏普的GP2D12红外测距传感器，几乎可以说是机器人爱好者的必备传感器。现在在网上看到的一些个人机器人作品几乎都可以看到GP2D12的身影。

无图无真相，相信很多朋友看到下面这张图都会禁不住感叹：“哦，原来是它呀！”



是不是很眼熟？说实话除了在个人机器人上，我还真没在其他的地方见过这个东西。

GP2D12产品规格参数：

1.测量射程范围：10 to 80 cm
2.最大允许角度：>40°
3.电源电压：4.5 to 5.5V
4.平均功耗：35mA
5.峰值功耗：约200mA
6.更新频率/周期：25Hz/40ms
7.模拟输出噪声：<200mV
8.测量距离与输出模拟电压关系：2.4V~0.4V模拟信号对应10cm~80cm，输出与距离成   反比非线性关系。

这种传感器的优点是体积小，测量准确，电源电压与输出信号都较常规，一般单片机系统都可直接使用。

缺点是成本较高，购买途径较少。

超声波测距传感器：超声波测距传感器也是一种很常见的测距传感器，依靠超声波的发射与反射接收中的时间差来判断距离。


超声波测距传感器外形图

超声波测距传感器规格很多，测试距离也从远到近都有，价格相差也较大，一般机器人爱好者使用的都是测量范围在最小几厘米到最大几米之间。

超声波测距的优点在于测量范围较大，且不是使用光学信号，所以被测物体的颜色对于测量结果没有影响。

缺点是成本较高，由于是依靠声速测距，所以对于一些影响声速的因素较敏感，比如温度、风等。最大允许角度较小。

3、亮度：

很多个人朋友制作的机器人都需要判断环境光的亮度，这个时候就需要亮度传感器。最常用的便是光敏电阻。

光敏电阻：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变化的电阻，可以根据其阻值的变化判断出光强。


光敏电阻实物图

光敏电阻的使用也非常简单，只要将它当做普通电阻接入电路，只要根据电流变化便可得出电阻的变化，进而判断出光强的变化。

优点：成本低廉、可靠性好、测量准确。

缺点：暂无。