【文章內容簡介】 被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉換為光信號射出，接收器再根據接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。 本次設計采用紅外線漫反射型光電開關，它是通過發(fā)光器發(fā)出一個光信號，當障礙物擋住光時，把部分光線反射回來，收光器就接受到光信號，輸出一個開關信號。輸出的開關信號由控制器處理，判斷前方是否由障礙，從而確定是否要轉向。通過分析，此模塊可以用來探測障礙。動力方面，此次設計使用了L298N電機驅動模塊，L298N是一種二相和四相電機的專用驅動器，即內含兩個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅動器，接收標準TTL邏輯電平信號，可驅動46V、2A以下的電機。通過分析，它能很好的驅動電機。綜上所述，可以看出方案的可行性非常之高，可以安心地進行智能小車實物的創(chuàng)作。根據題目要求，做出以下電路圖以及各模塊實現功能概述。第3章 硬件設計智能小車采用兩輪驅動，左右兩邊各用一個電機驅動，調制兩個后面兩個輪子的轉速從而達到控制轉向的目的，前輪是萬象輪，起支撐的作用。將八個紅外線光電傳感器分別裝在車體的左右，當車的左邊的傳感器檢測到黑線的邊界時，主控芯片控制左輪電機減速，車向左修正，當車的右邊傳感器檢測到黑線時，主控芯片控制右輪電機減速，車向右修正。避障的原理和循線一樣，在車頭的前面裝了一個紅外線光電開關，當前方傳感器檢測到障礙物時，車子向右轉，從而避開障礙物。 系統(tǒng)總體設計框圖系統(tǒng)硬件電路的設計采用了模塊化的設計方法，系統(tǒng)硬件電路由光電開關避障模塊，單片機最小系統(tǒng)模塊，電源模塊，電機驅動以及尋跡模塊多部分組成，各模塊即可組合聯調也可單獨使用。如圖31所示為智能小車硬件設計方框圖。單 片 機AT89C51光電模塊發(fā)光器光電模塊收光器循跡模塊發(fā)光器電機驅動模塊電源模塊循跡模塊收光器圖31 系統(tǒng)功能模塊圖 紅外線光電開關模塊在本設計中紅外光電開關模塊是智能小車前向通道的主要組成部分，本設計采用E3FDS30C4作為探測前方障礙物體的檢測元件，光電開關發(fā)出信號由單片機89C51產生。E3FDS30C4的工作電壓為5V，工作電流為10mA，驅動電流為100mA，感應距離為30cm。結合題目指標和實際測試結果，本設計中設定感應距離為6cm。 光電開關的工作原理光電開關是傳感器中的一種,它把發(fā)射端和接受端之間光的強弱變化為電流的變化以達到探測的目的。光電開關是光接近開關的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無得。所以能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉換為光信號射出，接收器再根據接收到的光線的強弱對目標物體進行探測。工作原理如圖32所示。發(fā)光器障礙物收光器 圖32 光電開關工作原理圖 光電開關的類型紅外線光電開關它利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可檢測。根據檢測方式的不同，紅外線光電開關可分為四種：漫反射式光電開關、鏡反射式光電開關、對射式光電開關、槽式光電開關。漫反射光電開關是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經過時，將光電開關發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產生了開關信號。圖33為漫反射光電開關工作原理圖。 圖33 漫反射式光電開關工作原理圖鏡反射式光電開關亦是集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關發(fā)射器發(fā)出的光線經過反射鏡，反射回接收器，當被檢測物體經過且完全阻斷光線時，光電開關就產生了檢測開關信號。圖34為鏡反射式光電開關工作原理圖。圖34 鏡反射式開關工作原理圖對射式光電開關包含在結構上相互分離且光軸相對放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進入接收器。當被檢測物體經過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時，光電開關就產生了開關信號。當檢測物體是不透明時，對射式光電開關是最可靠的檢測模式。圖35為對射式光電開關工作原理圖。槽式光電開關通常是標準的U字型結構，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當被檢測物體經過U型槽且阻斷光軸時，光電開關就產生了檢測到的開關量信號。圖36為槽式光電開關工作原理圖。 圖35 對射式光電開關工作原理圖槽式光電開關通常是標準的U字型結構，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當被檢測物體經過U型槽且阻斷光軸時，光電開關就產生了檢測到的開關量信號。圖36為槽式光電開關工作原理圖。圖36 槽式開關工作原理圖本次設計所使用的光電開關德國SICD公司所生產的E3FDS30C4，如圖37。E3FDS30C4為常開型紅外線漫反射式光電開關，由于漫反射光電開關的工作方式，決定了其功用，正符合本設計檢測障礙物所用。圖37 E3FDS30C4紅外線漫反射式光電開關 光電開關電路的設計E3FDS30C4是常開型漫反射式紅外線光電開關，它有三個引腳：1引腳為紅色，接電源；2引腳為黑色，接地；3引腳為黃色，接輸出端。輸出端接單片機時加一個1K上拉電阻，使電路更加穩(wěn)定。如圖38所示E3FDS30C4電路連接圖。圖38 光電開關電路連接圖 電機驅動模塊由于單片機I/O口驅動能力弱，不能直接連接直流電機，故需要驅動芯片進行驅動。該設計采用的是基于L298N的電路連接方式，L298N是SGS公司的產品，內部包含4通道邏輯驅動電路。L298N是一種二相和四相電機的專用驅動器，即內含兩個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅動器，接收標準TTL邏輯電平信號，可驅動46V、2A以下的電機。其電路如圖39所示。1腳和15腳可單獨引出連接電流采樣電阻器，成電流傳感信號。本電路未用到采樣所以將其接地。L298N可以驅動2個直流電機，OUTOUT2和OUTOUT4之間分別接2個電動機。5腳、7腳、10腳、12腳接輸入控制信號，控制電機的正反轉，ENA，ENB為電機控制使能端，控制電機的停轉。本電路中分別與單片機89C51相連，L298N的邏輯功能如表31所示。表31 L298N邏輯功能表ENA(B)IN1(IN3)IN2(IN4)電機運行情況HHL正傳HLH反轉HHH快速停止HLL快速停止L任意任意停止圖39 電機驅動電路原理圖圖310 電機驅動實物圖由于電機在正常工作時對電源的干擾很大，所以在電機的驅動信號輸入端并聯電容，用以濾除噪聲干擾。電機驅動模塊實物圖如圖310所示。 紅外循線模塊 紅外放射式光電傳感器特性與工作原理反射式光電傳感器的光源有多種，常用的有紅外發(fā)光二極管，普通發(fā)光二極管，以及激光二極管。理論上光電傳感器只要位于被測區(qū)域反射表面可受到光源照