智能小车多功能传感器模块的设计

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        0 引言

  智能车是行动模式最简单的机器人之一。在军事、救援、生产、生活中都有广泛的应用。更是受到众多电子类竞赛的青睐。如全国大学生电子竞赛、飞思卡尔智能车大赛等。比赛中的思路及创新对实际应用的发展也起着重要作用。

  1 方案论证

  在竞赛中,我们用过几种寻迹传感器的方案。但各有优劣。

  方案1:采用555集成芯片,组成触发器电路。TCRT5000光电传感器采集到的信号转换成一定电压,经触发器转变成标准的电平输入。这样单片机不会造成逻辑混乱。此方案优点是抗干扰能力强。但由于每个光电对管要配一组555电路。所以成本非常高,并且也给PCB布板增加了难度。

  方案2:采用集成运放构成电压比较器,同样将光电传感器采集到的信号转换成数字信号供单片机处理。此方案与方案1比较成本有所降低。但由于集成运放芯片大多只包含二到四个内部放大器。对于需要多个光电传感器的寻迹受到了限制。

  方案3:采用最简单的三极管开关电路构成电平转换电路。此方案成本最低,扩展方便。而且此电路可以用引线连接不同的光电传感器,将智能车要完成的其它功能结合在一起。

  比较后,本设计选取方案3构成一款多功能的传感器模块。

  2 原理设计

  在小车中应用的传感器,无论是寻迹、检测路程还是避障都可以应用红外线实现。只是应用的传感器形状和原理略有不同。寻迹和避障要用反射式。而检测路程要用直接接收式。我们可以用U形槽状的光电传感器。令传动齿轮通过凹槽,齿轮上开一孔。每当该孔通过槽体,槽体一侧发射管的红外线将无阻挡地射到接收管上,产生一脉冲信号。根据产生信号的次数,还有齿轮一周与车行进路程的关系,便可用程序计算出小车行驶的路程。

  几种传感器虽接通方式不同,但它们接收到信号后,都要经过同样的处理过程。那就是把一个变化的不稳的电压转换成一相对稳定的电平信号。正因如此,我们可以把这三种传感器的处理电路做在同一块板上,此块板主要作寻迹模块,寻迹用的光电传感器都可布在上面。检测路程和避障则可留出插针,用杜邦线连接,置于任何位置。功能框图如下:

 

  3 电路设计

  具体电路设计见图2。以图左半部分为例,当TCRT5000下面无黑线时,红外线能正常反射,接收管可以接收到信号并导通,此时NPN三极管导通,指示灯亮并向单片机提供高电平。反之当光电传感器下面有黑线时,NPN三极管关断,单片机得到低电平信号。通过调节102的可调电阻,可以调整发射强度,下面 100Ω电阻作为防烧毁的限流电阻。这是一张简化的原理图,图中左半部的电路同样可以视需要的寻迹器个数扩展任意多个。本设计用五只TRCT5000来寻迹,对应输给单片机插口的7-3号脚,这样可分别接避障模块和路程检测模块。

 

  图3为单面布板参考图。

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