如果我要使模型铁路自动化，我会在火车车厢底部贴上条形码标签。然后在整个轨道上铺开，我会放置条形码阅读器，从轨道之间面朝上。

有了这个，您可以检测汽车的位置、速度和身份。每辆车都有自己独特的条形码，而不仅仅是机车。

这种方法的位置感测是非常自然的，因为它依赖于火车何时经过传感器。但它应该适用于大多数事情。您始终可以在赛道的重要点放置更多传感器，而在无关紧要的地方放置更少的传感器。

这种方法的一个巨大优势是每辆火车车厢的价格非常低，只有一个可以在激光或喷墨打印机上打印的标签。每个火车车厢的复杂性非常低。而且每辆车的重量也非常低。

我将通过使用 IR LED 和光电晶体管作为传感器来实现这一点（有内置这两个组件的组件），并将它们连接到微控制器。每个传感器都有自己的微控制器。然后可以使用简单的网络（如 RS-485 总线）将不同的传感器连接在一起。使用 IR LED，传感器很难用肉眼看到。每个传感器+MCU 的总成本可能低于 3 美元，不包括小型 PCB。

我将从道路交叉口两侧的光遮断器或反射器方法开始，以发出接近火车的信号并打开闪烁的红色 LED。远程跟踪也可以连接到带有列车穿越、直达和速度指标的列车地图。

条码扫描仪看似简单，除非您必须处理激光束安全性、标签速度跟踪率和计算条形间隙间隔时间以计算速度并验证代码内容以确定软件中的直接离子。

将项目分解为；

• 系统功能设计
  • 输入、过程、输出（包括错误触发拒绝）
• 电子设计
  • 原理图、BOM、布局
• 光路设计
  • 发射器和检测器路径和范围、频率响应、噪声抑制
• 建设和测试
  • 线路断电、噪声过滤和机械、电气细节

IR可以最容易地检测到任何一侧的信号中断或来自同一侧的信号反射，检测范围更广。两个相邻探测器的序列告诉哪个方向和时间间隔指示速度。这可以用模拟或数字方法测量。

IR 条码扫描仪要么依靠以恒定速度通过检测器的代码，要么依靠发射器反射通过条码以通过光的散射或黑碳的吸收来检测。朝上的稳定激光束需要进行光学改变以将功率降低到安全水平或扩散，然后聚焦较短的路径长度以降低杂散光的功率密度。

其他答案为您的要求提供了出色的输入；我的答案完全集中在模型火车的接近（和存在）感应上，没有识别，在我感兴趣的尺度上，微小的 N 和 T 尺度。

牢记您对软件简单性的需求，斩波红外发射器/传感器组合将是最简单的。您提到 TSOP 设备表明您已经在评估该路径。请考虑使用专为使用 38 KHz 斩波 IR 进行接近感应而设计的TSSP4P38 ：

说明对您来说可能已经很明显的事情：通过电磁波（IR、雷达等）的飞行时间进行距离感测对于您的目的来说是不切实际的：考虑到光速，0 到 10 需要以飞秒或更低为单位的分辨率您可能正在使用的厘米目标距离（1:160 N 比例）。我推测，在您在评论中提到的“现实世界”过境路径中，距离可能更大。

相反，模型铁路中使用的 IR 反射传感器机制通常涉及反射 IR 信号的强度，该强度将随着机车接近而按平方反比定律增加。

您的设备需要有一个像TSAL6200和 TSSP4P38 这样的 IR LED，安装在 TSSP 数据表第 5 页上的图表中。该组合将安装在轨道上的系带之间，一个面向每个方向。如果您将其安装得足够低并指向几乎平行于轨道，外部物体反射将最小化，轨道用作闪光灯。

TSSP 的输出是一个持续时间与反射 IR 成比例的逻辑电平脉冲。随着机车接近，连续脉冲变得更长，因此至少 2 个连续脉冲的读数，最好是更多的，将提供一组脉冲持续时间，从而提供速度指示。从数据表：

TSSP4P38 的输出脉冲宽度与发射器的距离或反射物体的距离几乎呈线性关系。TSSP4P38 经过优化，可抑制几乎所有来自节能荧光灯的杂散脉冲。

如果您对设备保持切实可行的精度要求，“快”与“慢”、“接近”与“后退”，当然还有在传感器范围内存在机车，都是可行的。

您必须为系统设置基线以考虑静态反射，例如来自风景的反射。此外，实际速度与连续脉冲长度的校准将提供“快”/“慢”范围映射。

脉冲持续时间可以使用您选择的微控制器上的定时器/计数器输入来测量。网上有几个在 Arduino 上执行此操作的示例，但正如您提到的使用 Stellaris Launchpad 代替，可能需要对其进行一些研究。

这是一个解决方案的高级概述，如果具体方面需要澄清，请随时询问。猜测一下，鉴于您所说的背景，这不会是一夜之间的项目，而是可以在假期内实现。您提到的一些现成的模型铁路产品使用这种机制。

有关更一般的距离感应讨论，请查看前面问题的答案。