【摘要】根据近年来电子设计竞赛中常出现的智能化控制，如小车避
障、循迹等需要识别障碍物或轨迹的设计制作，对其中使用较多的反
射式光电开关、超声波传感器、接近开关等传感器进行分析，以帮助
或启发设计爱好者的设计灵感。
【关键词】障碍识别传感器设计
随着电子技术的发展，智能化控制已逐渐在人们的生活中普及，比如
微波炉，可以自动调节温度、湿度的空调，等等。这些自动控制技术
始终与传感器技术结合在一起，传感器就像人的感觉器官一样，检测
到各种各样环境信息，这些信息通过电路的识别和处理，然后去模拟
人的思维和动作去控制某一种功能，就成为目前随处可见的智能化电
子产品。传感器的种类较多，本文讨论的仅是传感器技术应用的一个
小领域——障碍物的识别。
所谓障碍物的识别，实际上就是判别障碍物的位置、大小、距离等，
这些环境信息的拾取就是安装在小车上的“眼睛”，当“眼睛”看到这些
障碍物的时候，能够对小车障碍物进行识别和处理，因此，障碍物的
检测具有准确性、灵敏性、抗干扰性。本文拟根据近年来电子设计竞
赛中常出现的智能化控制，如小车避障、循迹等需要识别障碍物或轨
迹的设计制作，对其中使用较多的反射式光电开关、超声波传感器、
接近开关等传感器进行分析，以帮助或启发没计爱好者的设计灵感。
一、反射式光电开关
反射式光电开关是用来检测小车“视线”范围内的障碍物，它的“视线”
范围就是光电开关的检测范围。这种类型的传感器有：漫反射式光电
开关、镜反射式光电开关、对射式光电开关、槽式光电开关、光纤式
光电开关。漫反射式光电开关是一种集发射器和接收器于一体的传感
器，当有被检测物体经过时，将光电开关发射器发射的足够量的光线
发射到接收器，于是光电开关就产生一个开关信号。当被检测物体的
表面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电开关是首选的检测模
式。镜反射式光电开关也是集发射和接收于一体，光电开关发射器发
射的光线经过发射镜，发射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断
光线时，光电开关就产生了检测开关信号。对射式光电开关包含在结
构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发射的光直
接进入接收器。当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线
时，光电开关就产生了开关信号。当被检测物体是不透明时，对射式
光电开关是最可靠的检测模式。槽式光电开关通常是标准的U字形
结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴。
当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了检测到
的开关量信号。槽式光电开关比较安全可靠的适合检测高速变化，分
辨透明和半透明的物体。光纤式光电开关采用塑料或玻璃光纤传感器
来引导光线，以实现被测物体不在相近区域的检测。本文只介绍漫反
射式光电开关传感器。
漫反射式光电开关E3F-DS10C4的接线图如图1所示。漫反射式光电
开关E3F-DS10C4采用NPN三线输出方式，三线分别为直流电源线、
输出端、地线，它的灵敏度可以调节，检测距离比较远，可以达到
20cm。其工作原理是当前面有障碍物靠近时，接收端接收到足够的
反射光，则输出端呈高电平；若是前面没有物体，则没有反射光，或
反射光很弱，那么输出端就呈低电平。光电开关的检测不受外界干扰，
可靠性高，使用方便。它的电源电压范围很大，如果电源为+5v，那
么它的输出就可以直接为单片机所识别。
二、超声波传感器
众所周知，声波具有反射特性，在空气中的传播速度为340m/s，超
声波也是如此.但是超声波指向性强、能量消耗缓慢，在空气中传播
的距离较远，利用超声波测距往往比较迅速、方便、计算简单、容易
做到实时控制，因此，在移动物体（机器人、小车运动）的研制上得
到广泛的应用.
超声波的测距原理为：如果在超声波发射时开始计时，接收到反射波
到物体的距离。假如使用Vc表示超声波的传播速度，T表示发射至
现在常用的压电式超声波是利用压电晶体的谐振原理工作的，谐振频
率一般为40kHz。发射电路的谐振频率既可以由硬件电路实现，也可