車(chē)載對射式光電傳感檢測電路原理剖析

　　隨著(zhù)單片機技術(shù)的飛速發(fā)展，以及電動(dòng)機驅動(dòng)芯片性能的日益完善，本設計系統通過(guò)單片機控制直流電動(dòng)機實(shí)現了電動(dòng)車(chē)在符合規定要求的蹺蹺板上的規定運動(dòng)：在規定時(shí)間內的前進(jìn)、后退運行；蹺蹺板處于平衡狀態(tài)時(shí)以及到達蹺蹺板末端的停車(chē)候時(shí)；分階段實(shí)時(shí)顯示其行駛所用時(shí)間。該設計系統采用雙CPU設計思路：選用AT89S52作為主CPU，主要完成對數據采集系統的數據處理，控制，電動(dòng)車(chē)的實(shí)時(shí)顯示，以及主從CPU的通信功能；選用 AT89C2051作為從CPU，控制電機的轉速。該設計系統中采用脈沖寬度調制技術(shù)（PWM）實(shí)現對直流電動(dòng)機的準確與靈活調速。

　　檢測電路

　　光電傳感器廣泛應用于檢測電路中，按結構形式可以分為反射式和對射式。本設計系統中電動(dòng)車(chē)的行車(chē)路線(xiàn)檢測，起停檢測電路都要有反射式光電傳感器完成，我們直接選用TCRT5000傳感器，它是將一對紅外發(fā)射、接收對管按合理的發(fā)射、反射接收角度安裝在一個(gè)封裝內，從而安裝使用非常方便，測試準確度高；而平衡性檢測電路由對射式光電傳感器完成，此發(fā)射接受電路是有分立器件自行安裝、調試的，測試結果理想。

　　對射式光電傳感器也是由紅外線(xiàn)發(fā)射管、接收管構成，并且二者位于同一直線(xiàn)上，相距約10～20mm，兩管間沒(méi)有障礙物時(shí)接收管接收到的紅外線(xiàn)明顯不同于有障礙物時(shí)，這樣在接收端就會(huì )產(chǎn)生高低電平信號。為了讓電動(dòng)車(chē)行駛到C點(diǎn)，蹺蹺板達到平衡，我們制作了一個(gè)圓筒，并將其水平放在小車(chē)上，通過(guò)檢測其內的小球所處的位置來(lái)調整電動(dòng)車(chē)的位置，從而達到板的平衡。其檢測原理圖參見(jiàn)附錄圖3所示，在設計中，我們在圓筒的兩端分別安裝一個(gè)對射式光電傳感器。

　　圖3 對射式光電傳感器原理和電壓比較器電路

　　直接對光電傳感器電路進(jìn)行測試時(shí)發(fā)現，沒(méi)有障礙物時(shí)，輸出電壓可達到4.4V，有障礙物時(shí)電壓只有0.2V，由于接收端易受到干擾，應將采集到的信號經(jīng)過(guò)整形，比較電路，使其輸出能夠滿(mǎn)足TTL邏輯電平，并且可以改善輸出端的抗干擾特性。施密特觸發(fā)器的整形功能比較強，但是電壓不易調節，若利用電壓比較器，只要提供合適的參考電壓，就可以精確地輸出脈沖波形，綜合考慮我們選用性能較好的電壓比較器電路。其原理圖如圖 1.3.2所示。

　　驅動(dòng)電路

　　在本設計系統中，選用的是ST公司的L298N電機專(zhuān)用驅動(dòng)芯片。該芯片的主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達 3A，持續工作電流為2A；內含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅動(dòng)器，可以用來(lái)驅動(dòng)直流電動(dòng)機和步進(jìn)電動(dòng)機、繼電器、線(xiàn)圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。

　　由L298N構成的驅動(dòng)電路參見(jiàn)附錄圖4所示。

　　圖4 驅動(dòng)電路

　　顯示電路

　　采用LED顯示，其特點(diǎn)是亮度大，視覺(jué)效果好。LED顯示按不同分類(lèi)方法可分為串行顯示和并行顯示也可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示?？刹捎玫姆椒ㄓ校篗AX7219串行動(dòng)態(tài)顯示、74HC164串行靜態(tài)顯示、8279并行動(dòng)態(tài)顯示等多種方法。由于本設計采用干電池供電，在電路設計中應盡量降低功耗。采用LCD顯示。液晶顯示器集成度高，減少器件數目降低了功耗，同時(shí)也降低了電路的復雜性。而且液晶顯示器本身功耗很小，非常適合于這種電源容量有限的系統。但是液晶顯示也有其缺點(diǎn)，就是顯示亮度不夠，視覺(jué)效果不是很好。綜合考慮題目要求，我們選用功能強大的CH451，它整合了數碼管顯示驅動(dòng)和鍵盤(pán)掃描控制以及uP監控的多功能外圍芯片。由CH451構成的顯示電路參見(jiàn)附錄圖5所示。

　　圖5 顯示電路

　　本設計在完成基本要求方面，精度基本上達到了要求，由于受電動(dòng)車(chē)本身的性能所限，我們很難實(shí)現對其方向的精確控制，因此只完成了題目的基本要求。