一種高可靠小車紅外光循跡電路的設(shè)計(jì)方案

即使調(diào)制光受到環(huán)境光的淹沒，但是調(diào)制光并沒有因此而消失。接收信號(hào)后送交流放大器放大，被淹沒的調(diào)制光信號(hào)仍可得到復(fù)原，而直流成份的環(huán)境光被交流放大器阻擋，這就有效還原出了被淹沒的有效紅外光，克服了強(qiáng)環(huán)境光的干擾。

2.6 采用巡回開通某一路發(fā)射接收克服光衍射

壓線的那一路原本不應(yīng)該接收到信號(hào)，而相鄰沒壓線的那一路還在繼續(xù)發(fā)光。由于光衍射，相鄰沒壓線那一路發(fā)出的紅外光很容易衍射到壓線的那一路紅外接收管，導(dǎo)致判斷失誤，從而引起干擾。

當(dāng)巡回開通某一路時(shí)，任何時(shí)候只一路發(fā)光，檢測(cè)電路也僅接收這一路的信號(hào)，即使這時(shí)候發(fā)光的那一路衍射到壓線的接收電路，但MCU 并不去讀取被衍射的那一路。這就克服了相鄰?fù)ǖ赖难苌涓蓴_。這時(shí)要注意軟件設(shè)計(jì)時(shí)采集一個(gè)巡回的周期時(shí)間要恰當(dāng)。

3 高可靠紅外光循跡電路設(shè)計(jì)

3.1 低占空比脈沖波38.5 kHz/10%~20%脈沖波形成

遵循2.4節(jié)設(shè)計(jì)原則，第一種方法采用具有PWM外設(shè)的單片機(jī)啟動(dòng)PWM 模塊產(chǎn)生脈沖波，不建議用純軟件產(chǎn)生該脈沖波。產(chǎn)生的波形應(yīng)滿足圖4所示的時(shí)間參數(shù)要求。

第二種方法采用有源晶振(可省去振蕩電路，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì))1.544 MHz(經(jīng)2 級(jí)二分頻)或11.059 2 MHz(經(jīng)5 級(jí)二分頻)后，分別產(chǎn)生386 kHz 或345.6 kHz 方波，后接十進(jìn)制計(jì)數(shù)/分配器或九進(jìn)制計(jì)數(shù)/分配器，從Q0~Q7任意引腳即可產(chǎn)生38.6 kHz/10%或38.4 kHz/11%占空比的脈沖波(脈沖頻率均誤差0.1 kHz,占空比一個(gè)是10%,一個(gè)是11%)。電路圖如圖5所示。

3.2 紅外光發(fā)射控制電路設(shè)計(jì)

小車紅外光循跡電路采用8路已經(jīng)可以滿足較復(fù)雜競(jìng)賽的要求。按照設(shè)計(jì)原則2.6,矩形脈沖最好不要同時(shí)驅(qū)動(dòng)光發(fā)射電路，需要一路一路輪流發(fā)送并保持一段時(shí)間。

采用兩個(gè)74HC4081 四與門控制脈沖信號(hào)傳送給ULN2803八反向OC驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管，每一路可輸出500 mA.74HC4081 與門的另一個(gè)輸入端接MCU控制選通。如圖6所示。

紅外發(fā)射接收采用一體化封裝的TCRT5000對(duì)管，電流傳輸系數(shù)>20%,發(fā)射管最大持續(xù)允許電流IF 為60 mA,脈沖電流在1 μs/1%占空比時(shí)允許3 A.脈沖信號(hào)經(jīng)紅外發(fā)光管發(fā)射后，經(jīng)地面反射，送到光敏三極管從發(fā)射極輸出。如果地面為白色，絕大部分信號(hào)(脈沖)都能傳遞給光敏三極管;如果地面為黑色，光線被吸收，則幾乎沒有信號(hào)能傳遞給光敏三極管。

控制每一路持續(xù)工作的時(shí)間應(yīng)保證讓紅外發(fā)光二極管發(fā)出10~20個(gè)脈沖，使后續(xù)解調(diào)器能可靠解調(diào)?？梢运愠鲅h(huán)一周共8路所需時(shí)間：

T=([ 1 38.5 kHz)×(10~20)]×8=2.08~4.16 ms.

3.3 放大器電路設(shè)計(jì)

由于有8個(gè)光發(fā)送接收對(duì)管，圖6中僅顯示出1路，如果只想用一個(gè)放大器和后續(xù)的一個(gè)脈沖頻率解調(diào)器，則需要模擬開關(guān)來(lái)一一選通。為了和圖6共用選通信號(hào)，采用兩片74HC4066(也可以用一片74HC4051,但這時(shí)就不能共用74HC4081選通信號(hào)了，既浪費(fèi)了MCU的IO口，編程也較為復(fù)雜些)。

按2.5節(jié)所述要采用交流放大器的原則，這里采用零漂移雙運(yùn)算放大器AD8552,一個(gè)單元接成反向比例運(yùn)算電路，另一個(gè)單元實(shí)現(xiàn)輸出中點(diǎn)電位給放大電路作參考“地”.電路如圖7所示。可通過反饋電阻調(diào)整其放大倍數(shù)。

3.4 信號(hào)解調(diào)

信號(hào)解調(diào)采用標(biāo)準(zhǔn)38.5 kHz解調(diào)器CXA20106,裝置中增益控制和中心頻率控制用的電容器盡量采用精密低損耗無(wú)極性電容器，最好采用CBB 電容器。電路結(jié)構(gòu)圖如圖8所示。

4 結(jié)語(yǔ)