車載對(duì)射式光電傳感檢測(cè)電路原理剖析

　　隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，以及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片性能的日益完善，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)控制直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)車在符合規(guī)定要求的蹺蹺板上的規(guī)定運(yùn)動(dòng)：在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的前進(jìn)、后退運(yùn)行；蹺蹺板處于平衡狀態(tài)時(shí)以及到達(dá)蹺蹺板末端的停車候時(shí)；分階段實(shí)時(shí)顯示其行駛所用時(shí)間。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用雙CPU設(shè)計(jì)思路：選用AT89S52作為主CPU，主要完成對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理，控制，電動(dòng)車的實(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(jī)的轉(zhuǎn)速。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（PWM）實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的準(zhǔn)確與靈活調(diào)速。

　　檢測(cè)電路

　　光電傳感器廣泛應(yīng)用于檢測(cè)電路中，按結(jié)構(gòu)形式可以分為反射式和對(duì)射式。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中電動(dòng)車的行車路線檢測(cè)，起停檢測(cè)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(duì)紅外發(fā)射、接收對(duì)管按合理的發(fā)射、反射接收角度安裝在一個(gè)封裝內(nèi)，從而安裝使用非常方便，測(cè)試準(zhǔn)確度高；而平衡性檢測(cè)電路由對(duì)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(cè)試結(jié)果理想。

　　對(duì)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(méi)有障礙物時(shí)接收管接收到的紅外線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(hào)。為了讓電動(dòng)車行駛到C點(diǎn)，蹺蹺板達(dá)到平衡，我們制作了一個(gè)圓筒，并將其水平放在小車上，通過(guò)檢測(cè)其內(nèi)的小球所處的位置來(lái)調(diào)整電動(dòng)車的位置，從而達(dá)到板的平衡。其檢測(cè)原理圖參見(jiàn)附錄圖3所示，在設(shè)計(jì)中，我們?cè)趫A筒的兩端分別安裝一個(gè)對(duì)射式光電傳感器。

　　圖3 對(duì)射式光電傳感器原理和電壓比較器電路

　　直接對(duì)光電傳感器電路進(jìn)行測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有障礙物時(shí)，輸出電壓可達(dá)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(yīng)將采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)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(qiáng)，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(dòng)電路

　　在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，選用的是ST公司的L298N電機(jī)專用驅(qū)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(dá)46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá) 3A，持續(xù)工作電流為2A；內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)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(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。

　　由L298N構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路參見(jiàn)附錄圖4所示。

　　圖4 驅(qū)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(shè)計(jì)采用干電池供電，在電路設(shè)計(jì)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(shí)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(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(qiáng)大的CH451，它整合了數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)和鍵盤(pán)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(jiàn)附錄圖5所示。

　　圖5 顯示電路

　　本設(shè)計(jì)在完成基本要求方面，精度基本上達(dá)到了要求，由于受電動(dòng)車本身的性能所限，我們很難實(shí)現(xiàn)對(duì)其方向的精確控制，因此只完成了題目的基本要求。