多功能的传感器模块设计原理及应用

0 引言

在军事、救援、生产、生活中，智能车都有广泛的应用。作为行动模式最简单的机器人之一，智能车受到了众多电子类竞赛的青睐。

2 原理设计

本文主要介绍采用最简单的三极管开关电路构成电平转换电路。此电路可以用引线连接不同的光电传感器，将智能车要完成的其它功能结合在一起。成本最低，扩展方便是本方案最大的特点。寻迹和避障要用反射式。而检测路程要用直接接收式。

几种传感器虽接通方式不同，但它们接收到信号后，都要经过同样的处理过程。那就是把一个变化的不稳的电压转换成一相对稳定的电平信号。正因如此，我们可以把这三种传感器的处理电路做在同一块板上，此块板主要作寻迹模块，寻迹用的光电传感器都可布在上面。检测路程和避障则可留出插针，用杜邦线连接，置于任何位置。功能框图如下：



在小车中应用的传感器，无论是寻迹、检测路程还是避障都可以应用红外线实现。根据产生信号的次数，还有齿轮一周与车行进路程的关系，便可用程序计算出小车行驶的路程。我们可以用U形槽状的光电传感器。令传动齿轮通过凹槽，齿轮上开一孔。每当该孔通过槽体，槽体一侧发射管的红外线将无阻挡地射到接收管上，产生一脉冲信号。

3 电路设计

具体电路设计见图2。通过调节102的可调电阻，可以调整发射强度，下面 100Ω电阻作为防烧毁的限流电阻。以图左半部分为例，当TCRT5000下面无黑线时，红外线能正常反射，接收管可以接收到信号并导通，此时NPN三极管导通，指示灯亮并向单片机提供高电平。反之当光电传感器下面有黑线时，NPN三极管关断，单片机得到低电平信号。

这是一张简化的原理图，图中左半部的电路同样可以视需要的寻迹器个数扩展任意多个。本设计用五只TRCT5000来寻迹，对应输给单片机插口的7-3号脚，这样可分别接避障模块和路程检测模块。


图3为单面布板参考图。


4 注意事项

设计采用一字型。也有采用菱形、M字形的。根据具体赛道加以分析。由于光电传感器的个体差异导致这样的情况是可能的。调节可调电阻可以改变发射强度，使得传感器在一定高度时也可以得到反射信号。调节电阻使指示灯发光即可。另外这类传感器模块加装指示灯是十分必要的。

另外，在使用该模块的时候除了注意传感器距离反射面的高度，还要注意模块中光电传感器的排列样式。反射面的形态对这类传感器绝对是个大的考验。值得注意的是，在制作阶段就要按组委会标准仿制场地。这样既可以显示出当前黑线的位置状态，又可以在反射面比较差的条件下了解是不是有个别传感器不起作用。

5 结束语

智能车竞赛的思路和方案更可以用于生产和生活中，如管道机器人、救援机器人或办公室资料等。本设计比较了几次方案筛选出来，实际应用价值比较高。