【文章內容簡介】 工業(yè)自動化儀表中。光電式傳感器課用來測量光學兩或測量已先行轉換為光學量的其他被測量，然后輸出一定形式的電信號。在測量光學量時，光學器件是作為敏感元件使用；而測量其他物理量時，它是作為轉換元件使用。光電式傳感器由光路及電路兩大部分組成，光路部分實現(xiàn)被測量信號對光亮的控制和調制，電路部分完成從光信號到電信號的轉換。見下圖 圖21 環(huán)境監(jiān)測示意圖 常用的光電轉換元件有真空光電管、充氣光電管、光電倍增管、光敏電阻、光電二極管及光電三極管等，它們的作用是檢測照射在其上的光通量。選用何種形式的光電轉換元件取決于被測參數所需的靈敏度、響應的速度、光源的特性及測量環(huán)境和條件等。 光電式傳感器的選擇 光電器件的性能主要由伏安特性、光照特性、光譜特性、響應時間、峰值探測率和溫度特性來描述。其中，伏安特性、光照特性和光譜特性是選擇光電器件的主要指標。 針對以上因素，我起初選用了臺灣億光PT3346B（接收管）以及IR333A的發(fā)射管。PT3346B接收管的敏感波長峰值達980nm，有小波長范圍在8401200nm之間，~20mA,擊穿特性:Bvceo30V Bveco5V,飽和特性：Vce(sat)，上升/下降時間：15us，暗電流：100nA(遠遠小于有光照的條件下的電流)。而IR333A~。為了使對地接收黑色引導線的效果更為明顯，我還是用了LM324運算放大器，使信號放大后給MCU處理。效果更優(yōu)。 針對尋跡檢測路徑這一特殊的前提，主要兩種方案，一種是光電式的，一種是攝像頭式的，使用攝像頭式的檢測方案不僅能夠得到豐富的路徑信息，而且可實現(xiàn)遠距離的前瞻，對車模重量及穩(wěn)定性的影響也很小。是否光電方案就真的不可得到連續(xù)的、前瞻性好的信息呢？答案不是絕對的。為了擁有更好的前瞻性，我大膽的采用了激光檢測這一新型的方法。利用激光檢測的方法，可以通過收發(fā)激光信號達到更遠的距離，加上透鏡的接收管甚至可以接收到直徑1米以外的距離。接收發(fā)射原理見下圖 圖22激光發(fā)射電路 圖23 激光接收電路該電路中，RR8為限流電阻，R6用于分壓（可去除），三極管Q2當做開關來使用，J4是一個激光調制管，經過測試，輸出一個190KHZ左右的頻率信號（另外，因為產品的批號不齊，有些輸出的頻率僅為170KHZ）。激光接收部分，我使用了一種非常方便的接收管，它的輸出只有1和0兩種狀態(tài)，當照射在黑線上時，接收管打開，輸出高電平，反之，則輸出低電平。因為系統(tǒng)的使用環(huán)境比較偏向于二值化，因此，使用起來也更為簡便。但是也有一定的弊端，當遇到污漬等外部環(huán)境干擾時，容易出錯，這時，需要進行軟件清除。另外，由于激光管的略微差異，可能接收信號時會因為環(huán)境光影響，而接收不到，因此接一個500歐的電位器進行條件。由于激光管的功率比較小，其實理論上可以接一個更小值的電位器，使之精度更高。C1為旁路電容，主要起濾波作用。R3和D1構成了一個可視化的測試界面，在畫PCB圖時，我將每個接收管電路中加入了一個LED，這樣大大的簡化了調試的工作。 電機驅動模塊 在小車的制作中，對電機驅動電流的要求較高，電機驅動電路必不可少。功率管的選擇由電機的功率決定，PWM信號的占空比決定電機的轉速，故電機的調速可通過改變PWM信號的占空比實現(xiàn)。 在我的設計當中，為了達到一個很好的過彎效果，需要在直線以高速運行，在過彎時的動作時急剎，減速之后過彎。因此，電機的反轉就由為重要。為此，需要設計一個全橋驅動電路。 我第一次的設計中，是使用了一種比較簡便的電路，采用了飛思卡爾的MC3886芯片做全橋驅動，其內部建構由一組MOS管構成，見下圖。圖24 MC33886內部結構 V+為電源電壓（此處使用電池供電），IN1和IN2分別為MC33886的PWM信號輸入端口。MC33886的輸出端口OUT1和OUT2分別接驅動電機的兩端。D1和/D2為芯片的使能端。圖25 MC33886并聯(lián)電路 但經過反復測試和使用之后，發(fā)現(xiàn)效果并不十分理想。首先是導線的分布需要均勻的到達芯片的兩端，不可一端過長、一端過短，否則將會出現(xiàn)芯片冷熱不均勻的狀態(tài)。達不到最好的驅動效果。其次，由于MC33886畢竟是集成芯片，將一個全橋集成在單個芯片中，當負載過大時，拉力明顯不夠。于是我進行了第二次的改進。 我的第二次改進參考使用了P溝道的MOS管和N溝道的MOS管搭建全橋。見下圖。圖26 mc33886+H橋電路P管IRF4905最大74A，N管IRF3205最大110A，所以電路理論上最大電流能達到74A，并且這兩款MOS管的內阻都很小，開啟電壓也足夠低，因此效果較好。在這里，33886只起到MOS管的柵極驅動作用，所以同時也解決了發(fā)熱問題。R1,R2電阻上拉使能。當OUT1PWM信號時，當為高電平時，Q2導通，VCC經過Q2流向MOTOR的2號接口，然后從回路流向Q3，因為OUT2口是低電平，所以N溝道增強型MOS管此時處于工作狀態(tài)，電流導通至地。當OUT2口輸出時，原理相同。 供電模塊 穩(wěn)壓芯片的選擇在整個系統(tǒng)的設計中，而微控制器、激光收發(fā)電路以及舵機控制電路所使用的均是5V電壓，如果能夠給予系統(tǒng)穩(wěn)定的電壓，是一個不容忽視的問題。電壓調節(jié)器件使用最多的是線性穩(wěn)壓器件（如78XX系列的三端穩(wěn)壓器件）雖然這種線性穩(wěn)壓器具有輸出電壓恒定或可調、穩(wěn)壓精度高的優(yōu)點，但足由于其線性調整工作方式在工作中會造成較大的“熱損失”(其值為V壓降I負荷)，導致其電源利用率不高、工作效率低下，不易達到便攜式設備對低功耗的要求。于線性穩(wěn)壓器件相比，開關電源調節(jié)器以完全導通與截止時間，有效的介紹工作中的“熱損失”，保證了較高的電源利用率。開關管的高頻通斷特性以及串聯(lián)濾波電感的使用對來自于電源的糕餅干擾具有較強的抑制只用。同時由于其低功耗特點，在進行電路板設計時，可以減少散熱片的體積和PCB板的面積，有時甚至不需要加裝散熱片，方便了電路設計與使用，卻限制了該類型開關電源在某些便攜式移動設備上的使用。針對線性穩(wěn)壓電源與開關電源存在較高工作降壓的問題使得這兩類電源調節(jié)期間不易廣泛應用于便攜式移動設備中，我采用了一種低壓差線性電源芯片TPS76850來作為智能車的電源調節(jié)器件。TPS76850具有輸入電壓范圍大，過熱，過流及電壓反接保護，特別是黨其輸出電流為100mA時，TPS76850能夠保證電池電壓在+7V +，輸出穩(wěn)定的5V電壓，顯著的提高了電源的利用效率。 TPS768XX系列概述 TPS768XX是美國TI公司生產的微功耗，低壓差電源管理芯片，它具有節(jié)電關斷模式與輸出電壓監(jiān)控功能，極低的靜態(tài)電流且不隨負載變化；集成延時微處理器復位功能保證系統(tǒng)的正常工作；具有完善的保護電路，包括過熱、過流及電壓反接保護。利用該器件只需極少的外圍器件便可構成高效穩(wěn)壓電路。TPS768XX系列的開關穩(wěn)壓集成電路的主要特性如下：l 、3V；