- 探討智能小車(chē)多功能傳感器模塊的設計
- 采用555集成芯片，組成觸發(fā)器電路
- 采用集成運放構成電壓比較器
- 采用最簡(jiǎn)單的三極管開(kāi)關(guān)電路構成電平轉換電路
引言
智能車(chē)是行動(dòng)模式最簡(jiǎn)單的機器人之一。在軍事、救援、生產(chǎn)、生活中都有廣泛的應用。更是受到眾多電子類(lèi)競賽的青睞。如全國大學(xué)生電子競賽、飛思卡爾智能車(chē)大賽等。比賽中的思路及創(chuàng )新對實(shí)際應用的發(fā)展也起著(zhù)重要作用。
1 方案論證
在競賽中，我們用過(guò)幾種尋跡傳感器的方案。但各有優(yōu)劣。
方案1：采用555集成芯片，組成觸發(fā)器電路。TCRT5000光電傳感器采集到的信號轉換成一定電壓，經(jīng)觸發(fā)器轉變成標準的電平輸入。這樣單片機不會(huì )造成邏輯混亂。此方案優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強。但由于每個(gè)光電對管要配一組555電路。所以成本非常高，并且也給PCB布板增加了難度。
方案2：采用集成運放構成電壓比較器，同樣將光電傳感器采集到的信號轉換成數字信號供單片機處理。此方案與方案1比較成本有所降低。但由于集成運放芯片大多只包含二到四個(gè)內部放大器。對于需要多個(gè)光電傳感器的尋跡受到了限制。
方案3：采用最簡(jiǎn)單的三極管開(kāi)關(guān)電路構成電平轉換電路。此方案成本最低，擴展方便。而且此電路可以用引線(xiàn)連接不同的光電傳感器，將智能車(chē)要完成的其它功能結合在一起。
比較后，本設計選取方案3構成一款多功能的傳感器模塊。
2 原理設計
在小車(chē)中應用的傳感器，無(wú)論是尋跡、檢測路程還是避障都可以應用紅外線(xiàn)實(shí)現。只是應用的傳感器形狀和原理略有不同。尋跡和避障要用反射式。而檢測路程要用直接接收式。我們可以用U形槽狀的光電傳感器。令傳動(dòng)齒輪通過(guò)凹槽，齒輪上開(kāi)一孔。每當該孔通過(guò)槽體，槽體一側發(fā)射管的紅外線(xiàn)將無(wú)阻擋地射到接收管上，產(chǎn)生一脈沖信號。根據產(chǎn)生信號的次數，還有齒輪一周與車(chē)行進(jìn)路程的關(guān)系，便可用程序計算出小車(chē)行駛的路程。
幾種傳感器雖接通方式不同，但它們接收到信號后，都要經(jīng)過(guò)同樣的處理過(guò)程。那就是把一個(gè)變化的不穩的電壓轉換成一相對穩定的電平信號。正因如此，我們可以把這三種傳感器的處理電路做在同一塊板上，此塊板主要作尋跡模塊，尋跡用的光電傳感器都可布在上面。檢測路程和避障則可留出插針，用杜邦線(xiàn)連接，置于任何位置。功能框圖如下：
3 電路設計
具體電路設計見(jiàn)圖2。以圖左半部分為例，當TCRT5000下面無(wú)黑線(xiàn)時(shí)，紅外線(xiàn)能正常反射，接收管可以接收到信號并導通，此時(shí)NPN三極管導通，指示燈亮并向單片機提供高電平。反之當光電傳感器下面有黑線(xiàn)時(shí)，NPN三極管關(guān)斷，單片機得到低電平信號。通過(guò)調節102的可調電阻，可以調整發(fā)射強度，下面100Ω電阻作為防燒毀的限流電阻。這是一張簡(jiǎn)化的原理圖，圖中左半部的電路同樣可以視需要的尋跡器個(gè)數擴展任意多個(gè)。本設計用五只TRCT5000來(lái)尋跡，對應輸給單片機插口的7-3號腳，這樣可分別接避障模塊和路程檢測模塊。
圖3為單面布板參考圖。
4 注意事項
調節可調電阻可以改變發(fā)射強度，使得傳感器在一定高度時(shí)也可以得到反射信號。曾經(jīng)試過(guò)在某一個(gè)高度時(shí)有的指示燈亮，有的指示的不亮。由于光電傳感器的個(gè)體差異導致這樣的情況是可能的。調節電阻使指示燈發(fā)光即可。另外這類(lèi)傳感器模塊加裝指示燈是十分必要的。這樣既可以顯示出當前黑線(xiàn)的位置狀態(tài)，又可以在反射面比較差的條件下了解是不是有個(gè)別傳感器不起作用。
另外，在使用該模塊的時(shí)候除了注意傳感器距離反射面的高度，還要注意模塊中光電傳感器的排列樣式。本設計采用一字型。也有采用菱形、M字形的。根據具體賽道加以分析。
反射面的形態(tài)對這類(lèi)傳感器絕對是個(gè)大的考驗。曾經(jīng)有這樣的慘痛經(jīng)歷：智能車(chē)在制作和調試的過(guò)程中，都是在地磚上粘上黑色膠帶來(lái)完成的，結果測試時(shí)場(chǎng)地是白紙粘上膠帶，這樣造成了小車(chē)一些傳感器的不適應，導致測試失敗。所以在制作階段就要按組委會(huì )標準仿制場(chǎng)地。
5 結束語(yǔ)
智能車(chē)在電子競賽中的意義不僅在于它的精彩紛呈，競賽的思路和方案更可以用于生產(chǎn)和生活中。如一些管道機器人、救援機器人、圖書(shū)館或辦公室資料自動(dòng)運送車(chē)等。因此，比賽中的經(jīng)驗值得總結并加以應用。本設計就是比較了幾次參賽方案后所選，具有一定的應用價(jià)值。
