Tracker Sensor
用户手册
Tracker Sensor
用户手册
产品概述
Tracker Sensor
是红外循迹传感器，常用于制½循迹智½小½。
Tracker Sensor
采用
ITR20001/T
红外反射传感器，
ITR2001/T
传感器的红外发射二极管不断发射红
外线，½发射出的红外线被物½反射时，被红外接收器就收，并输出模拟值。输出模拟值和物½
距离以及物½颜色有关。通过计算五路输出的模拟值，判断循迹线½½。
规格
工½电压：3.3V
~ 5V
产品尺寸：78mm
× 18mm
探头间距：16mm
固定孔尺寸：3mm
感应距离：1cm
~ 5cm
主要用途
智½小½或机器人寻线，避悬崖防跌½等
小½循迹原理简介
Tracker Sensor
有五路模拟输出，模拟量输出和距离，物½颜色有关。红外反射越强(½色)时，输
出越大，红外放射越弱（黑色），输出越小。探测器离黑色线越近输出越小，由此可以通过输出
模拟量判断黑线的距离远近。
数值越小的传感器离黑线越近。
相对于其他只½输出高½电平的½
迹传感器而言，本产品的
5
路模拟量输出可以反馈黑线的距离，反馈更为准确。
小½算法可以分为
3
部分：
第一部分：½一化校准
相同的颜色，距离，不同的探测器输出会有所不同，而且不同环境输出的模拟量范围也不一样。
如果采用
10
½
AD
采集。
理论上输出范围会在
0~1023
之间。
½是实际上输出最小
Min
会大于
0，
1
版本：V1.1，日期：2016 年
12
月
1
日
Tracker Sensor
用户手册
最大值
Max
会比
1023
小。由此为了减少传感器自身以及环境的½响，½½一化处理，½一化处
理实际上就是将
Min~Max
的数值范围½为
0~1
范围线性½换如下：
y = (x - Min) / (Max - Min)
（其中
x
为探测器输出值，y 为½换后的值，Max、Min 分别为输出的最大值和最小值）
为了数据处理方便可以将数据放大
1000
倍。则
y = (x - Min) * 1000 / (Max - Min)
½换后数据范围为
0~1000.其中 1000
表示探测器远离黑线，0 表示探测器在黑线正中。
其中
Min
和
Max
的值是由程序在运行过程中多次采集传感器的值而获得，并保存起来，采集过
程中不断移动小½，½得采集到的最大最小值更加接近实际情况。
第二部分：加权平均
将五个探测器输出数据通过½一化处理后，
得到五个反应探测器离黑线相对距离的数据。
为了½
可½准确地确定路线的中心线。
通过加权平均的方式将这
5
个数值½变成一个数值。
公式如下：
y = (0 * value0 + 1000 * value1 + 2000 * value2 + 3000 * value3 +4000 * value4) / (value0 + value1 +
value2 + value3 + value4)
其中
0, 1000, 2000, 3000, 4000
分别为从左到右
5
个探测器的权，value0~value4 为探测器½一化
后的数据。
则经过出后的数值范围为
0~4000。代表黑线的½½。例如 2000
则表示黑线在模块的正中间。0
表示在黑线在模块的最左侧，4000 表示黑线在最右侧。
为了½模块探测的精度更高，
对模块的高度和黑线有所要求。
黑线应该等于或略小于探测器的距
离(16mm)。高度为黑线在两个传感器正中间时，两个传感器½½够刚½探测到为宜。
第 三 部 分 ： PID 控 制
由第二部分可得到黑线的½½，为了½小½一直沿着黑线走，则必须保证黑线在小½正下方，此
时加权平均后的输出应该为
2000。为了½小½走的更加平滑，减少左右摇摆。采用½½式 PID
控制。关于
PID
算法½上有很多介绍，此处不再详细讲解，只是大概介绍一下。
PID
是指通过比例(P)，积分(I)，微分(D)对误差进行反馈调节。主要算法如下：
proportional = position - 2000;
2
版本：V1.1，日期：2016 年
12
月
1
日
Tracker Sensor
用户手册
derivative = proportional - last_proportional;
integral += proportional;
last_proportional = proportional;
power_difference = proportional * Kp + integral * Ki + derivative * Kd;
其中：
理想情况下，加权平均后的输出数据为
2000，即黑线在正中间。
比例项(proportional)为½前的½½(Position)减去目标½½(2000)，表示½½误差，正数表示小½
偏右，负数表示小½偏左。
积分项(integral)数据为每次误差的总和，绝对值越大，表示误差累积值越大，表示小½越偏越远
了。
微分项(derivative)为½前误差和上次误差的差值，反映小½的响应速度，数值越大，响应速度越
快。
调节
Kp, Ki, kd
三个参数可获得最½性½。先调节
Kp
参数，Ki,
Kd
设为
0，不断调整 Kp
值½得小
½可以循线，然后调节
Ki
和
Kd
值，参数可以设小一点，或者为
0。
AlphaBot 循 迹 模 块 示 例 程 序 分 析
下面结合
AlphaBot
智½小½讲解一下
Tracker Sensor
循迹程序。
这里以
Arduino
的程序½为示例，
Tracker Sensor
的库文件主要包含
TRSensors.cpp
和
TRSensors.h
两个文件。
TRSensors.cpp
主要包含下面这几个½数
TRSensors();
void AnalogRead(unsigned int *sensor_values);
void calibrate();
void readCalibrated(unsigned int *sensor_values);
3
版本：V1.1，日期：2016 年
12
月
1
日
Tracker Sensor
用户手册
int readLine(unsigned int *sensor_values, unsigned char white_line = 0);
其中
TRSensors()为初始化½数，
初始化相应的管脚，
以及申请内存用½存储各个传感器的
Max,
Min
值。
AnalogRead()½数为读取五路探测器的模拟值，AlphaBot
是通过
TLC1543 AD
芯片进行
AD
½换，
而非
Arduino
芯片的
AD
管脚。如果将
Tracker Sensor
接到
Arduino
的
A0~A4
管脚需修改此½数。
calibrate()½数为校准½数，通过多次采集数据，确定
Max，Min
值。故校准阶段时，小½需
在黑线中紧贴地面左右摇晃。确保取得的
Max,Min
准确。
readCalibrated()½数为½一化校准，对应原理的第一部分，通过½一化线性½换，将数据½
为
0~1000
范围内，其中
1000
表示探测器远离黑线，0 表示探测器在黑线正中。
readLine()½数为读取循迹线的½½，对应原理中的第二部分。通过加权平均算出寻迹线的½
½。数值范围为
0~4000，0
表示在黑线在模块的最左侧，4000 表示黑线在最右侧。
原理中第三部分在循迹主程序
Infrared_Line_Tracking.ino
中实现，主要代码如下。
通过
readline()½数读取寻迹线的½½，然后算出比例项
proportional，微分项 derivative，
4
版本：V1.1，日期：2016 年
12
月
1
日
Tracker Sensor
用户手册
此处只用了
PD
算法，没有积分项，而非
PID。可以修改对应的 PD
参数，½性½更½。
最后一步就是通过
PD
算得的修改项
power_difference
去调节小½左右½的
PWM
值，实现小
½沿着寻迹线运动。
操½与现象
本节只是介绍模块的简单测试程序，
关于
AlphaBot
½用
Tracker Sensor
实现循迹的操½以及示例
程序可以参考
AlphaBot
的相关资料。
下面以
XNUCLEO-F103RB，UNO PLUS
开发板为例。
① 将配套程序下½½到相应的开发板中。
② 将串口线和模块接入开发板，给开发板上电，打开串口调试½件。
模块与开发板连接如下表所示：
端口
IR1~IR5
GND
VCC
XNUCLEO_F103RB 引脚
A0~A4
GND
3.3V
表1. 模块接入 STM32 开发板
5
版本：V1.1，日期：2016 年
12
月
1
日
电子工程世界
电源技术
