智能小車多功能傳感器模塊的設(shè)計(jì)方案

　智能車是行動(dòng)模式最簡(jiǎn)單的機(jī)器人之一。在軍事、救援、生產(chǎn)、生活中都有廣泛的應(yīng)用。更是受到眾多電子類競(jìng)賽的青睞。如全國(guó)大學(xué)生電子競(jìng)賽、飛思卡爾智能車大賽等。比賽中的思路及創(chuàng)新對(duì)實(shí)際應(yīng)用的發(fā)展也起著重要作用。
　　1 方案論證
　　在競(jìng)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(hào)轉(zhuǎn)換成一定電壓，經(jīng)觸發(fā)器轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電平輸入。這樣單片機(jī)不會(huì)造成邏輯混亂。此方案優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)。但由于每個(gè)光電對(duì)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(yùn)放構(gòu)成電壓比較器，同樣將光電傳感器采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)供單片機(jī)處理。此方案與方案1比較成本有所降低。但由于集成運(yùn)放芯片大多只包含二到四個(gè)內(nèi)部放大器。對(duì)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)單的三極管開關(guān)電路構(gòu)成電平轉(zhuǎn)換電路。此方案成本最低，擴(kuò)展方便。而且此電路可以用引線連接不同的光電傳感器，將智能車要完成的其它功能結(jié)合在一起。
　　比較后，本設(shè)計(jì)選取方案3構(gòu)成一款多功能的傳感器模塊。
　　2 原理設(shè)計(jì)
　　在小車中應(yīng)用的傳感器，無(wú)論是尋跡、檢測(cè)路程還是避障都可以應(yīng)用紅外線實(shí)現(xiàn)。只是應(yīng)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(cè)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，齒輪上開一孔。每當(dāng)該孔通過(guò)槽體，槽體一側(cè)發(fā)射管的紅外線將無(wú)阻擋地射到接收管上，產(chǎn)生一脈沖信號(hào)。根據(jù)產(chǎn)生信號(hào)的次數(shù)，還有齒輪一周與車行進(jìn)路程的關(guān)系，便可用程序計(jì)算出小車行駛的路程。
　　幾種傳感器雖接通方式不同，但它們接收到信號(hào)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(wěn)的電壓轉(zhuǎn)換成一相對(duì)穩(wěn)定的電平信號(hào)。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(cè)路程和避障則可留出插針，用杜邦線連接，置于任何位置。功能框圖如下：
　　
　　3 電路設(shè)計(jì)
　　具體電路設(shè)計(jì)見圖2。以圖左半部分為例，當(dāng)TCRT5000下面無(wú)黑線時(shí)，紅外線能正常反射，接收管可以接收到信號(hào)并導(dǎo)通，此時(shí)NPN三極管導(dǎo)通，指示燈亮并向單片機(jī)提供高電平。反之當(dāng)光電傳感器下面有黑線時(shí)，NPN三極管關(guān)斷，單片機(jī)得到低電平信號(hào)。通過(guò)調(diào)節(jié)102的可調(diào)電阻，可以調(diào)整發(fā)射強(qiáng)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(shù)擴(kuò)展任意多個(gè)。本設(shè)計(jì)用五只TRCT5000來(lái)尋跡，對(duì)應(yīng)輸給單片機(jī)插口的7-3號(hào)腳，這樣可分別接避障模塊和路程檢測(cè)模塊。