LEGO用軌跡傳感器
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3.1 硬件設(shè)計
3.1.1 采樣器設(shè)計
為了便于準(zhǔn)確的判斷出軌跡的情況，考慮用4個光電采樣器對軌跡進(jìn)行采樣，4個采樣器的布置如下：
圖中1、2號采樣器負(fù)責(zé)檢測是否脫離軌跡，3、4號采樣器負(fù)責(zé)檢測軌跡的交叉。這樣布置的要求是：
- 1、2號采樣器間距小于軌跡寬度，同時要平行；
- 3、4號采樣器間距要大于線寬1.5 - 2 倍，也要平行；
- 同時，前后兩組的采樣平行線間距要小于軌跡寬度。
因為采樣器主要目的是監(jiān)測軌跡，所以在采樣電路上作了一些處理，以減小環(huán)境光的干擾。
采樣器的電路如下：
采樣器解剖圖：
采樣器外形：
3.1.2 CPU的選擇
根據(jù)設(shè)計目標(biāo)，同時為了簡化系統(tǒng)的硬件，縮小體積，便于封裝在LEGO積木塊中，選用了PHILIP的LPC917 單片機(jī)作為處理芯片。
LPC917 具有：
- 4路AD輸入；
- 2路PWM輸出；
- 256字節(jié)RAM；
- 2K字節(jié)FALSH ROM，支持ICP，更新程序十分方便；
- FLASH ROM還支持IAP，可以作為備份數(shù)據(jù)存儲；
- 內(nèi)置上電復(fù)位、RC振蕩器，可實現(xiàn)零外部器件工作；
- 2周期高速51內(nèi)核，彌補(bǔ)了原來51系列單片機(jī)慢的缺陷；
- 16腳小體積封裝，只有5 X 6 mm ,便于縮小PCB。
之所以選擇LPC900 系列單片機(jī)，首先是因為它是51系列單片機(jī)，51系列在國內(nèi)是一個最普及的單片機(jī)品種，涉及51的資源最為豐富，選用51系列為使用者二次開發(fā)提供了方便。
其次是LPC900系列速度快，是原來標(biāo)準(zhǔn)51的6倍。
第三是LPC900系列均支持ICP方式編程，而使用USB的ICP下載線成本不高，零售價只有120元，這對于追求小體積而不得不使用表貼器件的用戶來說，應(yīng)該是個不錯的選擇。ICP方式相對于IAP更可靠一些。
程序下載示意圖：
第四就是LPC900系列的品種比較齊全，對于單一功能性的應(yīng)用均可以找到合適的規(guī)格，我們所選的917就是看中了其4路AD輸入和2路PWM輸出。
3.1.3 電路設(shè)計
因為RCX輸入口的電源負(fù)載能力有限，為避免不可靠，軌跡傳感器自供電，一方面減少了不確定因素，另一方面可以使用RCX的通用輸入模式，增加輸入的分辨率，RCX的通用輸入數(shù)值范圍為 0 - 1024 （10位AD）。
為了減小體積，采用了升壓電路，將一節(jié)7號電池的電壓升高到5V，作為傳感器的電源。
所有的功能均由LPC917 完成，使用其4路AD輸入將采樣器的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，經(jīng)內(nèi)部軟件處理后，根據(jù)結(jié)果用PWM方式轉(zhuǎn)換為模擬量輸出給RCX。
因為系統(tǒng)的可靠性、速度要求不高，所以使用了LPC917的內(nèi)部復(fù)位電路和內(nèi)部的RC振蕩器，工作頻率為7.3MHz。CPU工作無外部器件。
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