智能小車多功能傳感器模塊的設計方案

　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用。更是受到眾多電子類競賽的青睞。如全國大學生電子競賽、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，本設計選取方案3構(gòu)成一款多功能的傳感器模塊。
　　2 原理設計
　　在小車中應用的傳感器，無論是尋跡、檢測路程還是避障都可以應用紅外線實現(xiàn)。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 電路設計
　　具體電路設計見圖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通，此時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時，NPN三極管關斷，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。本設計用五只TRCT5000來尋跡，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。