一種簡易尋跡傳感器設(shè)計

1、一種簡易尋跡傳感器設(shè)計摘要:在設(shè)計黑白尋跡傳感器上，采用了一種簡易的設(shè)計思路。光信號源采用LED發(fā)光管，當LED管發(fā)光照射在白色的物體上時，大部分光會被反射回來，光敏三極管接收反射回來的光信號產(chǎn)生導(dǎo)通；而當LED管發(fā)光照射在黑色的物體上時，大部分光會被黑色物體吸收，反射回來的光較少，反射的光信號太弱以致于光敏三極管截止。將光敏三極管產(chǎn)生的導(dǎo)通和截止信號導(dǎo)入放大電路，通過放大電路輸出能為單片機接收的數(shù)字信號（+5V和0V電平信號）,滿足單片機的控制要求。關(guān)鍵詞:尋跡傳感器光敏三極管放大電路導(dǎo)通截止隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機器人廣泛應(yīng)用于機械、電子、冶金、交通等領(lǐng)域，特別是在現(xiàn)代化的工廠或港口里，自動

2、導(dǎo)航的機器人大大提高了物流運輸效率，節(jié)約了人力成本。按路面既定路線行走的自動尋跡的機器人的眼睛”其實質(zhì)就是通過某些尋跡傳感器在接收發(fā)送信號，并通過中央控制器控制實現(xiàn)自動導(dǎo)航。本文通過一種簡單的設(shè)計思路，制作了一種簡易的尋跡傳感器，其不需太多的電器元件通過實驗制作，成功實現(xiàn)小車尋跡行走。1傳感器方案設(shè)計設(shè)計中，利用光敏三極管的截止和導(dǎo)通屬性來產(chǎn)生相應(yīng)的輸入信號，發(fā)射光源選擇的是LED發(fā)光管。設(shè)計思路為:當光敏三極管接收到反射回來的光信號時導(dǎo)通，此時在傳感器輸出端輸出一個高電平信號；當光敏三極管未接收到反射回來的光信號時截止，此時在傳感器輸出端輸出一個低電平信號。由于光敏三極管輸出的信號為電流信號

3、，而且信號較弱，不能滿足控制器輸入要求，也就是控制器（單片機）所需要的數(shù)字信號,因此需要利用電參數(shù)的模擬信號轉(zhuǎn)化電路的數(shù)字信號。設(shè)計采用晶體三極管對獲得的輸入信號進行處理，具體思路是當光敏三極管導(dǎo)通時，通過一個回路使得晶體三極管放大電路截止，電源通過一個5V穩(wěn)壓管進行穩(wěn)壓，輸出+5V的高電平；當光敏三極管不導(dǎo)通時，通過一個回路使得晶體三極管放大電。路導(dǎo)通,+5V的穩(wěn)壓管反向端接地，輸出0V的低電平，這樣就需要選擇合適的晶體三極管。2具體設(shè)計2.1信號輸入電路設(shè)計由于光敏三極管在導(dǎo)通時其本身的內(nèi)阻較小，因此需要串接一個合適的電阻進行限流，而且在接入下一級放大電路時，輸出信號應(yīng)滿足后續(xù)放大電路要求

4、。因此，輸入信號電路電源設(shè)計為+3V的直流電源,限流電阻設(shè)計為百歐級，其參數(shù)如下：限流電阻。則，光敏三極管導(dǎo)通時電流設(shè)計的電路如（圖1）所示。2.2信號放大電路設(shè)計信號放大電路如（圖2）所示，光敏三極管輸入信號從u1輸入,+5V穩(wěn)壓管輸出端通過電阻R3與三極管（PNP型）發(fā)射極相連。當光敏三極管截止時，且當u2端電勢與u3端電勢差值大于三極管導(dǎo)通電壓時，此時三極管導(dǎo)通，則在穩(wěn)壓管輸出端產(chǎn)生0V低電平信號；當光敏三極管導(dǎo)通時，由于u2端電勢與u3端相等，此時晶體三極管截止，則穩(wěn)壓管輸出+5V高電平信號。2.3信號放大電路設(shè)計信號放大電路如下圖2所示，光敏三極管輸入信號從u1輸入,+5V穩(wěn)壓管輸出

5、端通過電阻R3與三極管（PNP型）發(fā)射極相連。當光敏三極管截止時，且當u2端電勢與u3端電勢差值大于三極管導(dǎo)通電壓時，此時三極管導(dǎo)通，則在穩(wěn)壓管輸出端產(chǎn)生0V低電平信號；當光敏三極管導(dǎo)通時，由于u2端電勢與u3端相等，此時晶體三極管截止，則穩(wěn)壓管輸出+5V高電平信號。2.4尋跡傳感器電路設(shè)計根據(jù)信號輸入電路與信號放大電路的設(shè)計原理，將兩個電路組合在一起便成為一種簡易的尋跡傳感器電路設(shè)計，其電路圖如(圖3)所示。電路中各元件的參數(shù)計算如下。(1) 電阻R1的計算。根據(jù)設(shè)計要求，當光敏三極管導(dǎo)通時，晶體三極管截止；而當光敏三極管截止時，晶體三極管導(dǎo)通，則在圖2所示的電路中：當時，晶體三極管截止；當

6、時，晶體三極管導(dǎo)通。在圖3中,當光敏三極管截止時，在節(jié)點2和5兩端的開路電壓為+3V,則形成了1宀2宀3宀4宀5宀6回路，此時要求基極電流能滿足晶體三極管的導(dǎo)通條件，因此,R1的電阻應(yīng)該比較小；同時當光敏三極管導(dǎo)通時，在形成的2-3-4-5回路中，R1應(yīng)起到一定的分壓作用，使晶體三極管的發(fā)射極電勢比基極低，從而晶體三極管截止。本設(shè)計選用2SA1015型晶體三極管，其具體參數(shù)如下。三極管管子極性PNP;集-基極反向擊穿電壓；集-射極反向擊穿電壓;基-射極反向擊穿電壓；集電極最大允許電流；集電極最大耗散功率；集電極最大輸出電壓。由以上參數(shù)可知R1阻值應(yīng)為幾十歐級，根據(jù)實驗選取，則在晶體三極管導(dǎo)通時

7、基-射極電流：滿足2SA1015三極管的導(dǎo)通條件。在晶體三極管截止時，發(fā)射極電壓比基極低，從而晶體三極管截止。(2) 、參數(shù)設(shè)計計算。本設(shè)計選用1N4733A型+5V穩(wěn)壓管，1N4733A型穩(wěn)壓管的具體參數(shù)如下：最大耗散功率(W)1W;額定電壓(V)5.1V;最大工作電流(mA)179mA。當晶體三極管2SA1015截止時，在形成的7-3-8-9回路中，要求通過1N4733A穩(wěn)壓管中的電流不能大于最大工作電流179mA,即,則,根據(jù)實驗結(jié)果，當R1+R2的阻值較大時，穩(wěn)壓管的工作比較穩(wěn)定，輸出的電壓信號滿足單片機輸入信號要求。本設(shè)計選用，通過實驗,發(fā)現(xiàn)1N4733A型穩(wěn)壓管輸出電壓信號穩(wěn)定，并且輸出信號電流效應(yīng)較小。3結(jié)語本文介紹了一種簡易尋跡傳感器的電路設(shè)計過程，經(jīng)實際制作調(diào)試，此設(shè)計能滿足自動導(dǎo)航機器人實現(xiàn)尋跡要求，并且設(shè)計使用電子元器件較少,只需要最基本的電子元器件（電阻、光敏三極管、晶體三極管、穩(wěn)壓管等）,制作成本低廉，為簡化自動導(dǎo)航機器人尋跡傳感器設(shè)計技術(shù)有較大借鑒作用。參考文獻1 劉迎春傳感器原理