智能车多功能的传感器模块的设计方案比较与注意事项

引言

智能车 （Intelligent Car）是电子计算机等最新科技成果与现代汽车工业相结合的产物，因而"善解人意".通常具有自动驾驶，自动变速，甚至具有自动识别道路的功能。另外，车内的各种辅助设施也一应电脑化，常常给人以新奇感。

1 、方案论证

在竞赛中，我们用过几种寻迹传感器的方案。但各有优劣。

方案1:采用555集成芯片，组成触发器电路。TCRT5000光电传感器采集到的信号转换成一定电压，经触发器转变成标准的电平输入。这样单片机不会造成逻辑混乱。所以成本非常高，并且也给PCB布板增加了难度。

方案2:采用集成运放构成电压比较器，同样将光电传感器采集到的信号转换成数字信号供单片机处理。此方案与方案1比较成本有所降低。但由于集成运放芯片大多只包含二到四个内部放大器。对于需要多个光电传感器的寻迹受到了限制。

方案3:采用最简单的三极管开关电路构成电平转换电路。此方案成本最低，扩展方便。而且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。

比较后，本设计选取方案3构成一款多功能的传感器模块。

2 、原理设计

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。只是应用的传感器形状和原理略有不同。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。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。

传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之广泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。

传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。向传感器提供±15V电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±5V的直流电源，该电源做运算放大器AD822的工作电源；由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器及V/F转换器的工作电源。

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。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：

3 、电路设计

具体电路设计见图2.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。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

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。曾经试过在某一个高度时有的指示灯亮，有的指示的不亮。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。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。

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。本设计采用一字型。也有采用菱形、M字形的。根据具体赛道加以分析。

反射面的形态对这类传感器绝对是个大的考验。曾经有这样的惨痛经历：智能车在制作和调试的过程中，都是在地砖上粘上黑色胶带来完成的，结果测试时场地是白纸粘上胶带，这样造成了小车一些传感器的不适应，导致测试失败。所以在制作阶段就要按组委会标准仿制场地。

5 、结束语

智能车在电子竞赛中的意义不仅在于它的精彩纷呈，竞赛的思路和方案更可以用于生产和生活中。如一些管道机器人、救援机器人、图书馆或办公室资料自动运送车等。因此，比赛中的经验值得总结并加以应用。本设计就是比较了几次参赛方案后所选，具有一定的应用价值。