一種高可靠小車紅外光循跡電路的設(shè)計方案

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。接收信號后送交流放大器放大，被淹沒的調(diào)制光信號仍可得到復(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，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，任何時候只一路發(fā)光，檢測電路也僅接收這一路的信號，即使這時候發(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_。這時要注意軟件設(shè)計時采集一個巡回的周期時間要恰當(dāng)。

3 高可靠紅外光循跡電路設(shè)計

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)計原則，第一種方法采用具有PWM外設(shè)的單片機啟動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，簡化電路設(shè)計)1.544 MHz(經(jīng)2 級二分頻)或11.059 2 MHz(經(jīng)5 級二分頻)后，分別產(chǎn)生386 kHz 或345.6 kHz 方波，后接十進制計數(shù)/分配器或九進制計數(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,占空比一個是10%,一個是11%)。電路圖如圖5所示。

3.2 紅外光發(fā)射控制電路設(shè)計

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

采用兩個74HC4081 四與門控制脈沖信號傳送給ULN2803八反向OC驅(qū)動器驅(qū)動紅外發(fā)光二極管，每一路可輸出500 mA.74HC4081 與門的另一個輸入端接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%占空比時允許3 A.脈沖信號經(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(脈沖)都能傳遞給光敏三極管;如果地面為黑色，光線被吸收，則幾乎沒有信號能傳遞給光敏三極管。

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

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

3.3 放大器電路設(shè)計

由于有8個光發(fā)送接收對管，圖6中僅顯示出1路，如果只想用一個放大器和后續(xù)的一個脈沖頻率解調(diào)器，則需要模擬開關(guān)來一一選通。為了和圖6共用選通信號，采用兩片74HC4066(也可以用一片74HC4051,但這時就不能共用74HC4081選通信號了，既浪費了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算放大器AD8552,一個單元接成反向比例運算電路，另一個單元實現(xiàn)輸出中點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 信號解調(diào)

信號解調(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