FC-51红外避障传感器模块结构设计

　　做嵌入式外设和小型自动化装置的结构设计时，这类红外避障模块的安装适配是经常碰到的需求，这次的FC-51模块三维结构，完全还原了实物的装配关系和尺寸边界，能直接套用到各类智能小车、物料检测工位、小型安防装置的装配校验里。先从实际应用场景说，这类模块最常见的搭载场景就是教学类arduino智能小车的前端避障，不少流水线的小件到位检测、自助设备的人体靠近触发、甚至小型安防装置的越界检测，都会用到这款性价比极高的红外检测模块，很多新手做结构设计时容易忽略模块的探头角度、引脚伸出长度、电位器调节空间，导致打样后装上去要么探测角度偏了，要么调节灵敏度的时候螺丝刀伸不进去，要么排针和安装板的干涉，这套三维模型把这些细节都做了还原，能直接在装配阶段提前规避这些问题。

　　从功能特性来看，这款模块采用双红外探头结构，一个负责发射红外信号，一个负责接收反射回来的红外信号，板载的电位器用来调节检测距离的阈值，板上的两个贴片LED分别对应电源指示和信号触发指示，三个直插排针分别对应电源、地、信号输出，能直接兼容市面上绝大多数单片机开发板的接口定义。设计的时候首先考虑的是PCB板的安装孔位，模块上预留的两个安装孔间距是标准的31mm，孔径2mm，能直接用M2的铜柱或者螺丝固定在安装支架上，建模的时候特意把安装孔的沉台做了出来，避免螺丝头凸起来刮到周边的走线或者结构件。探头部分的结构是整个模块的核心，两个圆柱形的红外探头伸出PCB板的高度是12mm，探头的中心间距是10mm，建模的时候还原了探头的金属外壳和黑色塑封底座的装配关系，在做结构干涉检查的时候，能准确判断探头前方有没有遮挡物，毕竟红外检测的光路不能被结构件挡住，很多新手设计外壳的时候容易把探头位置留的太靠里，导致探测距离大幅缩水，用这个模型做装配校验的时候，就能直接拉出光路的安全空间，预留出足够的探测窗口。

　　板载的电位器位置在PCB板的中部，是蓝色的卧式可调电位器，调节旋钮的顶面距离PCB板的高度是8mm，建模的时候把旋钮的十字槽也做了出来，在设计外壳或者安装支架的时候，就能提前在对应位置预留调节孔，不用等实物到手再重新打孔。贴片电阻、电容这些元器件虽然不影响整体安装，但建模的时候也按照实物的位置和尺寸做了还原，主要是为了做热仿真的时候能更准确的估算板上的发热分布，毕竟这类模块长期通电的时候，电源部分的贴片元件会有轻微发热，在密闭外壳里安装的时候需要预留一定的散热空间。排针部分是三个2.54mm间距的直插排针，排针伸出PCB板背面的长度是11mm，这个尺寸刚好能兼容标准的2.54mm排母，也能直接插在面包板上做原型验证，建模的时候把排针的金属插针和黑色塑座都做了分离，在做接线干涉检查的时候，能准确判断杜邦线插上之后的伸出长度，避免排针部分和外壳或者其他模块挤在一起导致接触不良。

　　从安装边界来说，整个模块的PCB外形尺寸是32mm长，14mm宽，1.6mm厚，加上所有元器件之后的总高度是16mm，也就是从排针最底端到探头最顶端的总高度，这个尺寸在做整体设备的结构布局时非常重要，比如在智能小车上安装的时候，模块距离地面的高度建议在10-15cm之间，探头稍微向下倾斜5度左右，能避免地面反射的红外信号导致误触发，用这个三维模型就能直接在装配环境里调整安装角度和高度，提前模拟不同安装位置下的探测范围。另外模块的信号输出是数字量，当检测到前方有障碍物的时候输出低电平，没有障碍物的时候输出高电平，结构设计的时候不需要考虑模拟信号的屏蔽问题，只要把安装位置远离强电磁干扰源就行，建模的时候也把板上的信号处理芯片做了还原，能看到芯片的位置在两个探头的后方，在做屏蔽结构设计的时候可以针对性的在芯片位置加屏蔽罩，不用额外测量实物尺寸。

　　很多人做这类电子模块的三维模型时，只会做个大概的方块外形，忽略了各个元器件的实际高度和位置，导致装配的时候经常出现干涉，比如电位器顶到外壳、排针插不到底、探头被挡住这些问题，这套模型完全按照实物的1:1比例建模，所有的安装尺寸、元器件位置、接口位置都和实物一致，不管是做3D打印的外壳设计，还是做整套设备的装配干涉检查，或者是做教学演示的爆炸图，都能直接使用。另外在设计模块的安装支架时，还可以根据模型上的安装孔位直接生成支架的固定孔位置，不用反复测量实物尺寸，能大幅缩短结构设计的周期，尤其是做学生竞赛类的项目时，时间比较紧张，直接用现成的准确模型能省掉很多测绘的时间，把更多精力放在功能调试上。还有一点需要注意的是，这类红外模块的探测距离和被测物体的颜色有很大关系，白色物体的探测距离最远，黑色物体的探测距离最近，在结构设计的时候可以根据实际检测的物体颜色，通过模型上的电位器位置预留调节空间，方便后期调试的时候不用拆开设备就能直接调节灵敏度。