車載對射式光電傳感檢測電路原理剖析

　　隨著單片機技術(shù)的飛速發(fā)展，以及電動機驅(qū)動芯片性能的日益完善，本設(shè)計系統(tǒng)通過單片機控制直流電動機實現(xiàn)了電動車在符合規(guī)定要求的蹺蹺板上的規(guī)定運動：在規(guī)定時間內(nèi)的前進、后退運行；蹺蹺板處于平衡狀態(tài)時以及到達蹺蹺板末端的停車候時；分階段實時顯示其行駛所用時間。該設(shè)計系統(tǒng)采用雙CPU設(shè)計思路：選用AT89S52作為主CPU，主要完成對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理，控制，電動車的實時顯示，以及主從CPU的通信功能；選用 AT89C2051作為從CPU，控制電機的轉(zhuǎn)速。該設(shè)計系統(tǒng)中采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（PWM）實現(xiàn)對直流電動機的準確與靈活調(diào)速。

　　檢測電路

　　光電傳感器廣泛應(yīng)用于檢測電路中，按結(jié)構(gòu)形式可以分為反射式和對射式。本設(shè)計系統(tǒng)中電動車的行車路線檢測，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封裝內(nèi)，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(diào)試的，測試結(jié)果理想。

　　對射式光電傳感器也是由紅外線發(fā)射管、接收管構(gòu)成，并且二者位于同一直線上，相距約10～20mm，兩管間沒有障礙物時接收管接收到的紅外線明顯不同于有障礙物時，這樣在接收端就會產(chǎn)生高低電平信號。為了讓電動車行駛到C點，蹺蹺板達到平衡，我們制作了一個圓筒，并將其水平放在小車上，通過檢測其內(nèi)的小球所處的位置來調(diào)整電動車的位置，從而達到板的平衡。其檢測原理圖參見附錄圖3所示，在設(shè)計中，我們在圓筒的兩端分別安裝一個對射式光電傳感器。

　　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行測試時發(fā)現(xiàn)，沒有障礙物時，輸出電壓可達到4.4V，有障礙物時電壓只有0.2V，由于接收端易受到干擾，應(yīng)將采集到的信號經(jīng)過整形，比較電路，使其輸出能夠滿足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(diào)節(jié)，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(qū)動電路

　　在本設(shè)計系統(tǒng)中，選用的是ST公司的L298N電機專用驅(qū)動芯片。該芯片的主要特點是：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(xù)工作電流為2A；內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器、線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，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邏輯電源輸入端，使內(nèi)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(gòu)成的驅(qū)動電路參見附錄圖4所示。

　　圖4 驅(qū)動電路

　　顯示電路

　　采用LED顯示，其特點是亮度大，視覺效果好。LED顯示按不同分類方法可分為串行顯示和并行顯示也可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。可采用的方法有：MAX7219串行動態(tài)顯示、74HC164串行靜態(tài)顯示、8279并行動態(tài)顯示等多種方法。由于本設(shè)計采用干電池供電，在電路設(shè)計中應(yīng)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(shù)目降低了功耗，同時也降低了電路的復(fù)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(tǒng)。但是液晶顯示也有其缺點，就是顯示亮度不夠，視覺效果不是很好。綜合考慮題目要求，我們選用功能強大的CH451，它整合了數(shù)碼管顯示驅(qū)動和鍵盤掃描控制以及uP監(jiān)控的多功能外圍芯片。由CH451構(gòu)成的顯示電路參見附錄圖5所示。

　　圖5 顯示電路

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