- 探討智能小車多功能傳感器模塊的設(shè)計
- 采用555集成芯片，組成觸發(fā)器電路
- 采用集成運放構(gòu)成電壓比較器
- 采用最簡單的三極管開關(guān)電路構(gòu)成電平轉(zhuǎn)換電路
引言
智能車是行動模式最簡單的機器人之一。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賽的青睞。如全國大學(xué)生電子競賽、飛思卡爾智能車大賽等。比賽中的思路及創(chuàng)新對實際應(yīng)用的發(fā)展也起著重要作用。
1 方案論證
在競賽中，我們用過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(zhuǎn)換成一定電壓，經(jīng)觸發(fā)器轉(zhuǎn)變成標準的電平輸入。這樣單片機不會造成邏輯混亂。此方案優(yōu)點是抗干擾能力強。但由于每個光電對管要配一組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(gòu)成電壓比較器，同樣將光電傳感器采集到的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)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內(nèi)部放大器。對于需要多個光電傳感器的尋跡受到了限制。
方案3：采用最簡單的三極管開關(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
在小車中應(yīng)用的傳感器，無論是尋跡、檢測路程還是避障都可以應(yīng)用紅外線實現(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。令傳動齒輪通過凹槽，齒輪上開一孔。每當該孔通過槽體，槽體一側(cè)發(fā)射管的紅外線將無阻擋地射到接收管上，產(chǎn)生一脈沖信號。根據(jù)產(chǎn)生信號的次數(shù)，還有齒輪一周與車行進路程的關(guān)系，便可用程序計算出小車行駛的路程。
幾種傳感器雖接通方式不同，但它們接收到信號后，都要經(jīng)過同樣的處理過程。那就是把一個變化的不穩(wěn)的電壓轉(zhuǎn)換成一相對穩(wěn)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，用杜邦線連接，置于任何位置。功能框圖如下：
3 電路設(shè)計
具體電路設(shè)計見圖2。以圖左半部分為例，當TCRT5000下面無黑線時，紅外線能正常反射，接收管可以接收到信號并導(dǎo)通，此時NPN三極管導(dǎo)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時，NPN三極管關(guān)斷，單片機得到低電平信號。通過調(diào)節(jié)102的可調(diào)電阻，可以調(diào)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數(shù)擴展任意多個。本設(shè)計用五只TRCT5000來尋跡，對應(yīng)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(diào)節(jié)可調(diào)電阻可以改變發(fā)射強度，使得傳感器在一定高度時也可以得到反射信號。曾經(jīng)試過在某一個高度時有的指示燈亮，有的指示的不亮。由于光電傳感器的個體差異導(dǎo)致這樣的情況是可能的。調(diào)節(jié)電阻使指示燈發(fā)光即可。另外這類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別傳感器不起作用。
另外，在使用該模塊的時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(shè)計采用一字型。也有采用菱形、M字形的。根據(jù)具體賽道加以分析。
反射面的形態(tài)對這類傳感器絕對是個大的考驗。曾經(jīng)有這樣的慘痛經(jīng)歷：智能車在制作和調(diào)試的過程中，都是在地磚上粘上黑色膠帶來完成的，結(jié)果測試時場地是白紙粘上膠帶，這樣造成了小車一些傳感器的不適應(yīng)，導(dǎo)致測試失敗。所以在制作階段就要按組委會標準仿制場地。
5 結(jié)束語
智能車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、圖書館或辦公室資料自動運送車等。因此，比賽中的經(jīng)驗值得總結(jié)并加以應(yīng)用。本設(shè)計就是比較了幾次參賽方案后所選，具有一定的應(yīng)用價值。
