智能小車多功能傳感器模塊的設計

摘要：近年來，智能車的題目在各種電子競賽中屢見不鮮。但無論要完成怎樣的艱巨任務，一些基本功能還是要具備的。如尋跡輔助、行程檢測和避障。經過幾次大賽的總結，將上述三項功能結合在一起，設計了一款多能的傳感器模塊。
關鍵詞：智能小車；尋跡；避障；傳感器

0 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、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。比賽中的思路及創新對實際應用的發展也起著重要作用。

1 方案論證
在競賽中，我們用過幾種尋跡傳感器的方案。但各有優劣。
方案1：采用555集成芯片，組成觸發器電路。TCRT5000光電傳感器采集到的信號轉換成一定電壓，經觸發器轉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：采用集成運放構成電壓比較器，同樣將光電傳感器采集到的信號轉換成數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成電平轉換電路。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合在一起。
比較后，本設計選取方案3構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。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，槽體一側發射管的紅外線將無阻擋地射到接收管上，產生一脈沖信號。根據產生信號的次數，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，都要經過同樣的處理過程。那就是把一個變化的不穩的電壓轉換成一相對穩定的電平信號。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：