引言

智能車 （Intelligent Car）是電子計(jì)算機(jī)等最新科技成果與現(xiàn)代汽車工業(yè)相結(jié)合的產(chǎn)物，因而"善解人意".通常具有自動(dòng)駕駛，自動(dòng)變速，甚至具有自動(dòng)識(shí)別道路的功能。另外，車內(nèi)的各種輔助設(shè)施也一應(yīng)電腦化，常常給人以新奇感。

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。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(kāi)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。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。

傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之廣泛的領(lǐng)域。可以毫不夸張地說(shuō)，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開(kāi)各種各樣的傳感器。由此可見(jiàn)，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來(lái)，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱的新水平。

傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。向傳感器提供±15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生400Hz的方波，經(jīng)過(guò)TDA2030功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過(guò)能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級(jí)線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級(jí)線圈，得到的交流電源通過(guò)軸上的整流濾波電路得到±5V的直流電源，該電源做運(yùn)算放大器AD822的工作電源；由基準(zhǔn)電源AD589與雙運(yùn)放AD822組成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生±4.5V的精密直流電源，該電源既作為電橋電源，又作為放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的工作電源。

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)。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(jiàn)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。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。

圖3為單面布板參考圖。

4 、注意事項(xiàng)

調(diào)節(jié)可調(diào)電阻可以改變發(fā)射強(qiáng)度，使得傳感器在一定高度時(shí)也可以得到反射信號(hào)。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。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(dāng)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(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(shè)計(jì)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(duì)這類傳感器絕對(duì)是個(gè)大的考驗(yàn)。曾經(jīng)有這樣的慘痛經(jīng)歷：智能車在制作和調(diào)試的過(guò)程中，都是在地磚上粘上黑色膠帶來(lái)完成的，結(jié)果測(cè)試時(shí)場(chǎng)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(cè)試失敗。所以在制作階段就要按組委會(huì)標(biāo)準(zhǔn)仿制場(chǎng)地。

5 、結(jié)束語(yǔ)

智能車在電子競(jìng)賽中的意義不僅在于它的精彩紛呈，競(jìng)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(jī)器人、救援機(jī)器人、圖書(shū)館或辦公室資料自動(dòng)運(yùn)送車等。因此，比賽中的經(jīng)驗(yàn)值得總結(jié)并加以應(yīng)用。本設(shè)計(jì)就是比較了幾次參賽方案后所選，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。