导航传感器选择

对于家居导航来说，需要解决几个问题，首先是遇到障碍物时能够准确地避开障碍物。由于家居环境复杂，对于准确避开障碍物，单纯靠一两个传感器很难解决这个问题，一般会采用“全向无死角”避障方式，搭建全方位红外传感器或者超声波。由于超声波有死区，所以一般用红外传感器会更多一些。还有就是结合结构部分搭建全方位的触碰开关进行避障，但是这样必须确保机器人结构和障碍物有接触，从避障稳定性来说，这样可能会更好，但是从智能程度来说，非接触的要好一些，所以这里选用红外传感器进行讲解。对于一个智能家居机器人来说，有时候需要机器人在一定的范围内工作，而不超出这个范围，人们习惯性地用黑胶带或者其他颜色的彩带把这个区域圈起来，或者用一段做一个表示，不能越过这个区域，那么需要选择寻线传感器来判断边界的位置。

对于在家庭里工作的机器人人们还需要准确地判断机器人的位置，也就是室内定位，这是一个技术性问题。有关这方面的技术包括无线网络定位技术、RFID射频识别定位技术、视觉定位技术。无线网络定位技术就是利用zigbee、蓝牙4.0等探测连接的信号强度RSSi进行定位，典型的有苹果公司开发的i Beacon定位，其定位精度可以达到厘米级别；RFID射频识别定位技术是基于广泛的布置RFID标签进行设置的，这种定位方式的精度要靠布置的RFID标签的密度来改善，具有实现简单、稳定性能较好、成本较低等优点；视觉定位技术是基于视觉系统进行设置的，依靠事先编写好的记忆特征物体和捕获到的视觉图像作处理对比进行定位，这种定位精度不高，编程量较大，有时还需要人员的现场参与和判断，但是比较适合几个固定位置的定位。本书选择RFID射频识别定位技术进行讲解。

3.3.4.1 红外传感器

红外传感器（后称为“红外避障模块”，见图3.3.6）具有一对红外信号发射与接收的二极管，发射管发射一定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号。当红外传感器的检测方向遇到障碍物（反射面）时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理后，通过数字传感器接口返回到机器人主机中，机器人即可利用红外波的返回信号识别周围环境的变化。

图3.3.6 红外避障模块

避障功能在日常生活中也是比较常见的，如风靡一时的自动清扫机器人，它有小小圆圆的外观，只需被放在地上，一会就可以将屋子打扫干净。其最基本的功能就是避障，当它检测到前方有障碍时就会绕开，这样就可以躲避家具而将地板清理干净。

3.3.4.2 循迹传感器

循迹传感器是使用光电接收管来探测它所面对的表面反射光强度的传感器，因此这种光电传感器便可应用在检测表面的颜色深度和测量一定距离的移动物体上。循迹传感器由一个红外发射管和一个红外接收管组成，当发射出去的红外光线被颜色深度较浅的表面物所接收时，会将这些红外光线反射回来，而红外接收管便可以接收到这个返回来的信号；若发射时射到颜色深度较深的表面物时，较深颜色的物体能吸收红外光而使反射回来的红外光很弱或没有反射回来，这时接收管没有接收到信号。这样便可以用这两种状态来判断被测物表面的颜色深度，用这样结构的光电传感器再外加一些阻容件便可以将光能转为电能了。

图3.3.7 QTI循迹传感器

循迹传感器主要用于地面灰度检测、黑白线区别、简单颜色识别等。颜色越深，返回值越大；颜色越浅，返回值越小。图3.3.7所示为QTI循迹传感器。

3.3.4.3 RFID传感器

RFID是英文“Radio Frequency Identification”的缩写，叫作射频识别技术，简称射频技术。

图3.3.8 RFID传感器

RFID 是一种非接触式的物体识别技术，它可以通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，因此许多项目正是借用这一特性来实现对物体的识别和定位。

本项目使用的是能够读取 EM4100 无源只读系列 125 KHZ标签卡的 RFID传感器（见图3.3.8），标签卡含有一个唯一的标识符，其为240中的某一个，或1、99、511、627、776种可能组合。RFID识别卡（RFID读卡器）读到后，通过串行接口传输。