2024电子设计竞赛自动驾驶小车寻迹抖动问题分析与红外对码管优化方案

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红外对码管是寻迹小车的核心传感器，由红外发射管和接收管组成。发射管发出特定波长的红外光，接收管检测反射光强度。当小车在黑色轨迹线上行驶时，黑色区域吸收红外光导致接收信号弱，白色区域反射强烈。典型电路包含以下部分：

发射端：通过限流电阻（通常 220Ω）驱动红外 LED
接收端：光电三极管输出信号经比较器或 ADC 转换
参考电路电压：VCC=3.3V 时，白线反射电压约 2.8V，黑线约 0.3V

环境光干扰 ：日光、灯光中含红外成分，会淹没有效信号。表现为 ADC 读数波动超过±100mV
机械振动 ：电机转动引起传感器支架共振，导致检测距离变化。常见于未使用减震海绵的刚性安装
采样频率不当 ：
过高（>1kHz）时噪声被放大
过低（<50Hz）导致控制延迟
理想范围：200-500Hz（对应 2 -5ms 采样间隔）

[红外接收]--[10kΩ]--+--[0.1μF]--GND
                     |
                    [ADC 输入]

– 截止频率：f_c=1/(2πRC)=159Hz
– 可叠加两级实现 -40dB/dec 衰减

加装 3mm 厚黑色橡胶遮光罩
发射管串联 10Ω 电阻降低发射功率（减少相邻传感器串扰）

#define SAMPLE_NUM 5

uint16_t IR_Filter(uint16_t raw_adc) {static uint16_t buf[SAMPLE_NUM] = {0};
    static uint8_t index = 0;
    uint32_t sum = 0;

    buf[index++] = raw_adc;
    if(index >= SAMPLE_NUM) index = 0;

    for(int i=0; i<SAMPLE_NUM; i++)
        sum += buf[i];

    return sum/SAMPLE_NUM;
}

uint16_t Dynamic_Threshold(uint16_t filtered_val) {
    static uint16_t min_val = 4095, max_val = 0;

    if(filtered_val < min_val) min_val = filtered_val;
    if(filtered_val > max_val) max_val = filtered_val;

    return (max_val + min_val)/2;  // 自动计算中间阈值
}