圆梦小车.doc

圆梦小车.doc圆梦小车StepbyStep 之五
圆梦小车StepbyStep 之五


圆梦小车 Step by Step 之五
――让小车在“路”上走
前一篇讲述了如何使小车“走路”，本篇教小车在如何在“路”上行走！
在多数情况下，车是在路上跑的，我们的圆梦小车也不例外，只是它能认识的“路”与
现实世界不同，因为它的眼睛与人不同，只能分辨颜色的深浅，所以它的路只能是在浅底色
上的深色道路或者反之，我们通常称之为“轨迹”。
为了能辨别出轨迹，必须给小车配上能检测出深、浅颜色的“眼睛”一一 轨迹传感器，
首先分析一下圆梦小车的轨迹传感器是如何构成的，又是如何工作的。
一、识别“路”的眼睛 一一轨迹传感器
圆梦小车所用的轨迹传感器由反射式光电采样器、信号缓冲、背景光消除电路组成，将
处理后红外光反射强弱模拟信号送入单片机， 由单片机的A/D转换为数字信号后，再由软件
来判断是否在轨迹上。
之所以没有直接使用比较器得出逻辑值，一是为了增加灵活性，可以通过软件方便的改
变判断阈值，二是可以增加用途，如作为地面灰度检测。同时也增加学习的内容，如 A/D的
使用、逻辑值的转换，还可以用软件构成“施密特触发器”，增加采样的可靠性。
首先分析信号的预处理部分。
因为反射式光电采样最大的干扰就是环境光的变化，小车在行走时会有时顺光、有时逆
圆梦小车StepbyStep 之五
圆梦小车StepbyStep 之五


光，虽可以通过遮光方式来改善之，但是如果能在电路上加以处理，会更加可靠。所以在设
计时考虑了这个需求。
也许有人会问：既然已经将模拟量直接送到单片机中了，为何不通过软件处理来消除
呢？原因有二:
其一，不知道何时是顺光、何时是逆光？所以无法通过修正判断阈值来消除之;
其二，放大器的信号范围有限，有可能会饱和。
所以使用模拟电路来实现此功能，目前所用的电路如下：
EIS4
5
图中， S为反射式光电采样器， S端为单片机输出的控制信号， 端为GHT1
射光强弱模拟信号输出。
第一级运放构成同相缓冲器，一方面隔离后级电路对输入信号的影响，另一方面增加驱 动能力，使电容C81能够快速跟踪输入信号，达到记忆背景光强度的目的，此电容可称之谓 记忆电容。
第二级为减法器，实现对(总输入信号 -背景光信号)的放大。
从图中可以看出， Samp控制着两个三极管，其中 T81(9013) 控制反射采样器的红
外发射管， T82 ( 9012 )控制第一级缓冲器输出给记忆电容1的充电。
圆梦小车StepbyStep 之五
圆梦小车StepbyStep 之五


当Sample为低电平时，T81截止，采样器的红外发射管熄灭，此时采样器输出的为背 景光信号，此时T82导通，使记忆电容的电压等于背景光信号。第二级减法器的输入此时相 等，LIGHT输出为“。”
圆梦小车StepbyStep 之五
圆梦小车StepbyStep 之五


当Sample为高电平时，T81导通，点亮红外发射管，此时采样器输出的为（背景光+ 反射光）信号，但是此时T82截止，将第一级输出与记忆电容隔开，记忆电容上仍保持着原 来背景光的信号。第二级减法器的输入则为：
（反射光+背景光）一背景光=反射光
从而达到消除背景光的目的，此时 LIGHT1输出为放大后的反射光信号。
电路的工作原理大致如此，因为是以学忆电
容充电控制的开关使用的是普通晶体管，读者可自行分析一下由此带来的不足。
背景光的采集时间以及信号的采集时间如何确定，读者如果有条件可以使用二踪示波器
检测Sample控制信号和LIGHT输出信号，用Sample作为触发信号，检测Sample上升
沿后light输出的波形，应该是一个典型的一阶飞升曲线， 保持时间am少应使此曲
线达到水平区域，这个时间也就是启动 Sample信号后的MCU读取延时值。
信号ampMCU的第
此时可以发现将MCU的所有引脚引到扩展板上的好处了,
9脚，选择第一路测试,
L为第T21脚，直接在扩展板上就可以测量:
所以