机器人运行时需要不断地循迹，即需要借助传感器探测地面色调迥异的两种色彩以修正其运动轨迹。目前，市场上广泛使用的传感器有颜色传感器、光敏电阻灰度传感器和激光传 感器，其中，颜色传感器容易受外界光线影响，需要在黑暗环境下使用，而且颜色传感器获 得的信号是反应 RGB 三色的复杂数据信号，因此，颜色传感器的通信过程非常复杂，更重 要的是价格昂贵。光敏电阻灰度传感器同样易受外界光源的干扰，而且稳定性差，采集的灰度对比值偏差较大，机器人循迹时容易出错。由于激光传感器的接收器是接收激光的散射光， 当多个激光传感器在同一空间循迹时，激光传感器会相互干扰，导致机器人循迹失败。

一只发光二极管和一只光敏二极管，安装在同一面上。灰度传感器利用不同颜色的检测面对光的反射程度不 同的原理进行颜色深浅检测。在有效的检测距离内（理论上距离可以无限远，实际受外界光 源的影响，最佳距离为 15mm至50mm,如果距离过高的话，需要进行遮光），发光二极管发 出的光，照射在检测面上，检测面反射部分光线，光敏二极管检测此光线的强度并将其转换为单片机可以识别的电信号。这个电信号是一个模拟值，单片机可以根据模拟值的大小进行 二值化处理，也就是给一个电平分界线，当电压大于一个值的时候给一个高电平（或低电平）， 当电压小于一个值的时候给一个低电平（或高电平）。当然这里可以用电压比较器作为电平的参考电压。这就是我们所研究的数字量灰度传感器。数字量的灰度传感器如果加入的是单片机处理数据，那么可以把得到的原始数据加入滤波算法、数据混合算法得到一个波动小、适应环境强的数字传感器。

1)灰度传感器的智能化趋势

灰度传感器的智能化是在传感器中内置微处理器，使其具有自动检测、自动补偿、数据存储、逻辑判断等功能。随着终端用户体验的不断升级及消费习惯的逐渐改变，灰度传感器要求具有保密性高、传输距离远、抗干扰性强、自适应性强、通信功能等特点，因此，智能化是灰度传感器发展的必然趋势。

2)灰度传感器的微型化趋势

传统的光电传感器往往体积较大，功能不完善，应用领域受限，难以满足便携设备、可穿戴设备等下游应用领域不断升级的消费需求。精密加工、微电子、集成电路等技术的发展及新材料的应用，使得传感器中敏感元件、转换元件和调理电路的尺寸正在从毫米级走向微米级甚至纳米级，助推了传感器的微型化趋势。

3)灰度传感器的多功能化趋势

通常情况下，一只传感器只能用来探测一种被测变量,但在许多应用领域中，为了能够全面而准确地反映客观事物和环境，往往需要同时测量多种被测变量,因此实现多功能化无疑是当前灰度传感器技术发展中一个重要的研究方向。随着光电传感器应用领城的不断扩大，借助半导体的蒸镀技术、扩散技术、光刻技术、精密微加工及组装技术等，使多种敏感元件整合在同一基板上成为可能。终端应用的集成化要求，推动了多功能化传感器的发展。

数字量的灰度传感器加入单片机处理数据，那么可以把得到的原始数据加入滤波算法、数据混合算法得到一个波动小、适应环境强的数字传感器。在数字量和模拟量外，我们又创新出一种新的数据形式——偏移量。偏移量又称误差，所谓的偏移量就是输出传感器在循线所处的位置的值。我们可以把得到的偏移量直接用于 PID 算法， PID 算法和速度结合，也就成了 PID 循线。

光的反射程度不同，光敏电阻对不同检测面返回的光其阻值也不同的原理进行颜色深浅检测。在有效的检测距离内，发光二极管发出白光，照射在检测面上，检测面反射部分光线，光敏电阻检测此光线的强度并将其转换为机器人能够识别的信号。偏移量又称误差，所谓的偏移量就是输出传感器在循线所处的位置的值。偏移量是源自我们经常用到的 PID 算法，P 值是误差值的系数，I 值是误差值的积分系数，D 是误差值的微分系数。所以 PID 实际就是对误差的处理，我们通过单片机把这种误差通过运算直接可以通过串口输出，省去了我们测量模拟值然后再进行误差计算的过程。

2021.12-2022.1：查找关于灰度传感器的相关资料，了解其感念及组成结构，深入进行理论分析，并同步学习有关光电传感器设计的相关论文，对其使用的设计方法进行学习和研究。

2022.1-2022.3： 1、确定方案，采购材料

          2、开始对传感器机械硬件设计与电路模块选装研究

          3、对电机运行状态软件设及灰度传感器循迹算法设计，调节传感器

2022.3-2022.5：完成灰度传感器研究与设计。硬件电路进行PCB设计，该工作留2个月时间去打样和修改；软件部分结合成品成品传感器进行调试和验收。准备好结题报告。