一種自動計算灰度平均值的灰度傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種自動計算灰度平均值的灰度傳感器，包括灰度探測模塊、取樣觸發模塊、模數轉換器、計算比較模塊和輸出接口；取樣觸發模塊的輸出端與灰度探測模塊的控制端電連接；灰度探測模塊的輸出端與模數轉換器的輸入端電連接；模數轉換模器的輸出端與計算比較模塊的輸入端電連接；計算比較模塊的輸出端與輸出接口電連接。通過取樣觸發模塊發出取樣信號，使灰度探測模塊自動取樣，并將模擬信號轉換為數字信號，實現自動取樣、自動計算灰度平均值，而當前灰度值與灰度平均值進行比較，輸出控制信號，機器人在循跡前進時，依靠控制信號自動進行換向，實現全自動控制，使得機器人能夠更精確地循跡前進，調節相當簡單。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種灰度傳感器，尤其涉及一種自動計算灰度平均值的灰度傳感 器。 一種自動計算灰度平均值的灰度傳感器
【背景技術】
[0002] 目前，灰度傳感器在檢測領域上有較為廣泛的應用，通常是利用灰度傳感器獲取 被測對象的實時灰度，通過對實時灰度的判斷來確定被測對象的表面是否符合標準。
[0003] 灰度傳感器在機器人循跡前進的控制上也有所應用，在以往的機器人循跡前進 時，一般需要采用人工目測的方法調整灰度對比值，使用者只能憑借經驗粗略估計灰度比 較狀態(灰度對比值的大小)，并進行手工調節，通常是通過螺絲刀調節傳感器上的可調電 阻，這樣不僅調節相當麻煩，而且容易出現灰度對比值偏差較大，造成機器人在循跡前進時 容易出錯。
【發明內容】
[0004] 本實用新型要解決的技術問題是提供一種自動計算灰度平均值的灰度傳感器，這 種自動計算灰度平均值的灰度傳感器調節相當簡單，能夠自動計算灰度平均值，而且灰度 平均值更加精確，使得機器人能夠更精確地循跡前進。采用的技術方案如下：
[0005] -種自動計算灰度平均值的灰度傳感器，包括灰度探測模塊，其特征是：還包括取 樣觸發模塊、模數轉換器、計算比較模塊和輸出接口；取樣觸發模塊的輸出端與灰度探測模 塊的控制端電連接；灰度探測模塊的輸出端與模數轉換器的輸入端電連接；模數轉換模器 的輸出端與計算比較模塊的輸入端電連接；計算比較模塊的輸出端與輸出接口電連接。
[0006] 取樣觸發模塊發出取樣信號給灰度探測模塊，灰度探測模塊在接收到來自取樣觸 發模塊的取樣信號的情況下，探測被測對象的灰度，產生取樣灰度模擬信號；在其他情況 下，灰度探測傳感器探測被測對象的灰度，產生當前灰度模擬信號。
[0007] 模數轉換器將來自灰度探測模塊的取樣灰度模擬信號和前灰度模擬信號分別轉 換為取樣灰度值和當前灰度值。
[0008] 計算比較模塊接收來自模數轉換器的取樣灰度值和當前灰度值，計算比較模塊計 算兩次取樣灰度值的平均值，并儲存為灰度平均值，當前灰度值與灰度平均值進行比較，根 據比較結果輸出一個控制信號給輸出接口。
[0009] 這種自動計算灰度平均值的灰度傳感器，通過取樣觸發模塊發出取樣信號，使灰 度探測模塊自動取樣，并將模擬信號轉換為數字信號，實現自動取樣、自動計算灰度平均值 (灰度比對值)，而實時的當前灰度值與灰度平均值進行比較，輸出控制信號，機器人在循跡 前進時，依靠控制信號自動進行換向，實現全自動控制，并且由于自動計算灰度平均值，t匕 以往人工目測調整灰度對比值更加精確，使得機器人能夠更精確地循跡前進，而且只要通 過取樣觸發模塊(一般包括觸發開關）進行觸發取樣即可，調節相當簡單。
[0010] 作為本實用新型的優選方案，還包括濾波器，濾波器電連接在所述灰度探測模塊 與數模轉換器之間。通過設置濾波器，對灰度探測傳感器發出的取樣灰度模擬信號和前灰 度模擬信號進行濾波，使得模數轉換后的取樣灰度值和當前灰度值更加精確。
[0011] 作為本實用新型進一步的優選方案，所述計算比較模塊包括儲存器、平均值計算 模塊和比較器；儲存器、比較器的一個輸入端與所述數模轉換器的輸出端電連接，比較器的 另一個輸入端與儲存器電連接，平均值計算模塊與儲存器電連接；比較器的輸出端與所述 輸出接口電連接。儲存器接收來自模數轉換器的取樣灰度值并進行儲存；平均值計算模塊 從儲存器讀取兩個取樣灰度值并計算兩個取樣灰度值的平均值，并返回給儲存器儲存為灰 度平均值；比較器接收來自數模轉換器的當前灰度值和讀取儲存器的灰度平均值，將當前 灰度值與灰度平均值進行比較，并根據比較結果輸出控制信號給輸出接口。上述比較器一 般采用一個減法器。
[0012] 作為本實用新型更進一步的優選方案，所述平均值計算模塊包括加法器和乘法 器。加法器的兩個輸入端與所述儲存器電連接，加法器的輸出端與乘法器的輸入端電連接， 乘法器的輸出端與儲存器電連接。加法器對兩個取樣灰度值進行相加，輸出給乘法器與0.5 相乘，乘法器的計算結果返回給儲存器。乘法器（multiplier)是一種完成兩個互不相關的 模擬信號相乘作用的電子器件。它可以將兩個二進制數相乘。它是由更基本的加法器組成 的。乘法器不僅作為乘法、除法、乘方和開方等模擬運算的主要基本單元，而且還廣泛用于 電子通信系統作為調制、解調、混頻、鑒相和自動增益控制；另外還可用于濾波、波形形成和 頻率控制等場合，因此是一種用途廣泛的功能電路。一個理想的通用乘法器，不應當對任何 一個輸入信號的極性加以限制，也就是說，應當具有能完成四個象限的運算功能的電路。硬 件乘法器，其基礎就是加法器結構，它已經是現代計算機中必不可少的一部分。乘法器的模 型就是基于"移位和相加"的算法。在該算法中，乘法器中每一個比特位都會產生一個局部 乘積。第一個局部乘積由乘法器的LSB產生，第二個乘積由乘法器的第二位產生，以此類 推。如果相應的乘數比特位是1，那么局部乘積就是被乘數的值，如果相應的乘數比特位是 0,那么局部乘積全為0。每次局部乘積都向左移動一位。乘法器可以用更普遍的方式來表 示。每個輸入，局部乘積數，以及結果都被賦予了一個邏輯名稱(如八1、八2、81、82)，而這些 名稱在電路原理圖中就作為了信號名稱。在原理圖的乘法例子中比較信號名稱，就可以找 到乘法電路的行為特性。在乘法器電路中，乘數中的每一位都要和被乘數的每一位相與，并 產生其相應的乘積位。這些局部乘積要饋入到全加器的陣列中（合適的時候也可以用半加 器)，同時加法器向左移位并表示出乘法結果。最后得到的乘積項在CLA電路中相加。注意， 某些全加器電路會將信號帶入到進位輸入端(用于替代鄰近位的進位)。這就是一種全加器 電路的應用；全加器將其輸入端的任何三個比特相加。
[0013] 作為本實用新型進一步的優選方案，所述取樣觸發模塊包括電位上拉電阻、防抖 電容、觸發開關和第一限流電阻；觸發開關與防抖電容并聯連接；電位上拉電阻的一端、第 一限流電阻的一端均與防抖電容的同一端連接。在線路連接時，電源的正極連接在電壓上 拉電阻的另一端，電源的負極連接在防抖電容的另一端。
[0014] 作為本實用新型進一步的優選方案，所述灰度探測模塊包括發光支路和取樣支 路；發光支路包括串聯連接的發光二極管和第二限流電阻；取樣支路包括串聯連接的光敏 電阻和第三限流電阻；光敏電阻與第三限流電阻之間的引出線為灰度探測模塊的輸出端。
[0015] 作為本實用新型進一步的優選方案，還包括取樣狀態指示模塊，取樣狀態指示模 塊包括取樣指示支路和當前指示支路；取樣支路包括串聯連接的取樣指示燈和第四限流電 阻；當前指示支路包括串聯連接的當前指示燈和第五限流電阻；取樣指示支路的一端與所 述取樣觸發模塊的輸出端電連接；當前指示支路的一端與所述灰度探測模塊的輸出端電連 接。如果取樣指示燈和當前指示燈同時亮起，說明正處于取樣狀態；如果僅僅當前指示燈亮 起，說明處于實時探測灰度的狀態。
[0016] 作為本實用新型進一步的優選方案，所述濾波器、模數轉換器、儲存器、平均值計 算模塊和比較器集成為一個集成芯片。
[0017] 本實用新型與現有技術相比，具有如下優點：
[0018] 通過取樣觸發模塊發出取樣信號，使灰度探測模塊自動取樣，并將模擬信號轉換 為數字信號，實現自動取樣、自動計算灰度平均值(灰度比對值)，而實時的當前灰度值與灰 度平均值進行比較，輸出控制信號，機器人在循跡前進時，依靠控制信號自動進行換向，實 現全自動控制，并且由于自動計算灰度平均值，比以往人工目測調整灰度對比值更加精確， 使得機器人能夠更精確地循跡前進，而且只要通過取樣觸發模塊(一般包括觸發開關）進行 觸發取樣即可，調節相當簡單。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 圖1是本實用新型優選實施方式的方框原理圖；
[0020] 圖2是取樣觸發模塊的電路原理圖；
[0021] 圖3是灰度探測模塊的電路原理圖；
[0022] 圖4是取樣狀態指示模塊的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合附圖和本實用新型的優選實施方式做進一步的說明。
[0024] 如圖1所示，這種自動計算灰度平均值的灰度傳感器，包括灰度探測模塊1、取樣 觸發模塊2、濾波器3、模數轉換器4、計算比較模塊5和輸出接口 6 ;取樣觸發模塊2的輸出 端與灰度探測模塊1的控制端電連接；灰度探測模塊1的輸出端通過濾波器3與模數轉換 器4的輸入端電連接；模數轉換模器4的輸出端與計算比較模塊5的輸入端電連接；計算比 較模塊5的輸出端與輸出接口 6電連接。
[0025] 如圖1所示，計算比較模塊5包括儲存器501、平均值計算模塊502和比較器503 ; 儲存器501、比較器503的一個輸入端與數模轉換器4的輸出端電連接，比較器503的另一 個輸入端與儲存器501電連接，平均值計算模塊502與儲存器501電連接；比較器503的輸 出端與輸出接口 6電連接。比較器503 -般采用一個減法器503。
[0026] 平均值計算模塊502包括加法器5021和乘法器5022。加法器5021的兩個輸入端 與儲存器501電連接，加法器5021的輸出端與乘法器5022的輸入端電連接，乘法器5022 的輸出端與儲存器501電連接。
[0027] 如圖2所示，取樣觸發模塊2包括電位上拉電阻201、防抖電容202、觸發開關203 和第一限流電阻204 ;觸發開關203與防抖電容202并聯連接；電位上拉電阻201的一端、 第一限流電阻204的一端均與防抖電容202的同一端連接。
[0028] 灰度探測模塊1包括發光支路101和取樣支路102 ;發光支路101包括串聯連接 的發光二極管1011和第二限流電阻1012 ;取樣支路102包括串聯連接的光敏電阻1021和 第三限流電阻1022 ;光敏電阻1021與第三限流電阻1022之間的引出線1023為灰度探測 模塊1的輸出端。
[0029] 這種自動計算灰度平均值的灰度傳感器還包括取樣狀態指示模塊7,取樣狀態指 示模塊7包括取樣指示支路701和當前指示支路702 ;取樣支路701包括串聯連接的取樣 指示燈7011和第四限流電阻7012 ;當前指示支路702包括串聯連接的當前指示燈7021和 第五限流7022電阻；取樣指示支路701的一端與取樣觸發模塊2的輸出端電連接；當前指 示支路702的一端與灰度探測模塊1的輸出端電連接。
[0030] 取樣觸發模塊2發出取樣信號給灰度探測模塊1，灰度探測模塊1在接收到來自取 樣觸發模塊2的取樣信號的情況下，探測被測對象(前進方向上線跡或其他部分)的灰度，產 生取樣灰度模擬信號；在其他情況下，灰度探測傳感器1探測被測對象(前進方向上線跡或 其他部分）的灰度，產生當前灰度模擬信號。
[0031] 模數轉換器4將來自灰度探測模塊的取樣灰度模擬信號和前灰度模擬信號分別 轉換為取樣灰度值和當前灰度值。
[0032] 計算比較模塊5接收來自模數轉換器4的取樣灰度值和當前灰度值，計算比較模 塊計算兩次取樣灰度值的平均值，并儲存為灰度平均值，當前灰度值與灰度平均值進行比 較，根據比較結果輸出一個控制信號給輸出接口 6。
[0033] 儲存器501接收來自模數轉換器4的取樣灰度值并進行儲存；平均值計算模塊 502從儲存器501讀取兩個取樣灰度值并計算兩個取樣灰度值的平均值，并返回給儲存器 501儲存為灰度平均值；比較器503 (減法器503)接收來自數模轉換器4的當前灰度值和 讀取儲存器501的灰度平均值，將當前灰度值與灰度平均值進行比較，并根據比較結果輸 出控制信號給輸出接口 6。
[0034] 這種自動計算灰度平均值的灰度傳感器，通過取樣觸發模塊2發出取樣信號，使 灰度探測模塊1自動取樣，并將模擬信號轉換為數字信號，實現自動取樣、自動計算灰度 平均值(灰度比對值)，而實時的當前灰度值與灰度平均值進行比較，輸出控制信號，機器人 在循跡前進時，依靠控制信號自動進行換向，實現全自動控制，并且由于自動計算灰度平均 值，比以往人工目測調整灰度對比值更加精確，使得機器人能夠更精確地循跡前進，而且只 要通過取樣觸發模塊(一般包括觸發開關）進行觸發取樣即可，調節相當簡單。
[0035] 在其他實施方式中，上述濾波器、模數轉換器、儲存器、平均值計算模塊和比較器 集成為一個集成芯片。
[〇〇36] 此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其各部分名稱等可以不 同，凡依本實用新型專利構思所述的構造、特征及原理所做的等效或簡單變化，均包括于本 實用新型專利的保護范圍內。本實用新型所屬【技術領域】的技術人員可以對所描述的具體實 施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本實用新型的結構或者 超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1. 一種自動計算灰度平均值的灰度傳感器，包括灰度探測模塊，其特征是：還包括取 樣觸發模塊、模數轉換器、計算比較模塊和輸出接口；取樣觸發模塊的輸出端與灰度探測模 塊的控制端電連接；灰度探測模塊的輸出端與模數轉換器的輸入端電連接；模數轉換模器 的輸出端與計算比較模塊的輸入端電連接；計算比較模塊的輸出端與輸出接口電連接。
2. 如權利要求1所述的自動計算灰度平均值的灰度傳感器，其特征是：還包括濾波器， 濾波器電連接在所述灰度探測模塊與數模轉換器之間。
3. 如權利要求1或2所述的自動計算灰度平均值的灰度傳感器，其特征是：所述計算 比較模塊包括儲存器、平均值計算模塊和比較器；儲存器、比較器的一個輸入端與所述數模 轉換器的輸出端電連接，比較器的另一個輸入端與儲存器電連接，平均值計算模塊與儲存 器電連接；比較器的輸出端與所述輸出接口電連接。
4. 如權利要求3所述的自動計算灰度平均值的灰度傳感器，其特征是：所述平均值計 算模塊包括加法器和乘法器。
5. 如權利要求1或2所述的自動計算灰度平均值的灰度傳感器，其特征是：所述取樣 觸發模塊包括電位上拉電阻、防抖電容、觸發開關和第一限流電阻；觸發開關與防抖電容并 聯連接；電位上拉電阻的一端、第一限流電阻的一端均與防抖電容的同一端連接。
6. 如權利要求1或2所述的自動計算灰度平均值的灰度傳感器，其特征是：所述灰度 探測模塊包括發光支路和取樣支路；發光支路包括串聯連接的發光二極管和第二限流電 阻；取樣支路包括串聯連接的光敏電阻和第三限流電阻；光敏電阻與第三限流電阻之間的 引出線為灰度探測模塊的輸出端。
7. 如權利要求1或2所述的自動計算灰度平均值的灰度傳感器，其特征是：還包括取 樣狀態指示模塊，取樣狀態指示模塊包括取樣指示支路和當前指示支路；取樣支路包括串 聯連接的取樣指示燈和第四限流電阻；當前指示支路包括串聯連接的當前指示燈和第五限 流電阻；取樣指示支路的一端與所述取樣觸發模塊的輸出端電連接；當前指示支路的一端 與所述灰度探測模塊的輸出端電連接。
8. 如權利要求3所述的自動計算灰度平均值的灰度傳感器，其特征是：所述濾波器、模 數轉換器、儲存器、平均值計算模塊和比較器集成為一個集成芯片。
【文檔編號】G05D1/02GK203849614SQ201420199988
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年4月23日 優先權日:2014年4月23日
【發明者】楊小莉, 謝欽福 申請人:汕頭市快暢計算機有限公司