LEGO用軌跡傳感器

3.1 硬件設(shè)計(jì)
3.1.1 采樣器設(shè)計(jì)
為了便于準(zhǔn)確的判斷出軌跡的情況，考慮用4個(gè)光電采樣器對(duì)軌跡進(jìn)行采樣，4個(gè)采樣器的布置如下：

圖中1、2號(hào)采樣器負(fù)責(zé)檢測(cè)是否脫離軌跡，3、4號(hào)采樣器負(fù)責(zé)檢測(cè)軌跡的交叉。這樣布置的要求是：

• 1、2號(hào)采樣器間距小于軌跡寬度，同時(shí)要平行；
• 3、4號(hào)采樣器間距要大于線(xiàn)寬1.5 - 2 倍，也要平行；
• 同時(shí)，前后兩組的采樣平行線(xiàn)間距要小于軌跡寬度。

因?yàn)椴蓸悠髦饕康氖潜O(jiān)測(cè)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(jì)目標(biāo)，同時(shí)為了簡(jiǎn)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(chǔ)；
• 內(nèi)置上電復(fù)位、RC振蕩器，可實(shí)現(xiàn)零外部器件工作；
• 2周期高速51內(nèi)核，彌補(bǔ)了原來(lái)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?yàn)樗?1系列單片機(jī)，51系列在國(guó)內(nèi)是一個(gè)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(kāi)發(fā)提供了方便。

其次是LPC900系列速度快，是原來(lái)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(xiàn)成本不高，零售價(jià)只有120元，這對(duì)于追求小體積而不得不使用表貼器件的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該是個(gè)不錯(cuò)的選擇。ICP方式相對(duì)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(duì)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(jì)
因?yàn)镽CX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(hào)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(hào)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?yàn)橄到y(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(wú)外部器件。