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一、軌跡檢測模塊設計

系統檢測軌跡的基本原理 : 光線照射到路面并反射 , 由于黑線和白線的反射系數不同 , 可根據接收到反射光強弱判斷是否是黑線。采用反射式紅外發射2接收傳感器 , 可以準確地檢測黑線的位置。在電動小車的前方并排安裝 3 個反射式紅外發射2接收傳感器 , 中間傳感器檢測到黑線表明小車沿著軌跡前進 ; 左邊傳感器檢測到黑線 , 表明小車向右偏離軌跡 ; 右邊傳感器檢測到黑線 , 表明小車向左偏離軌跡。小車的后方并排安裝2 個反射式紅外發射2接收傳感器 , 與前方中間一個配合 , 確定倒車時小車軌跡。這樣 , 根據傳感器提供的小車運行信息 , 及時對小車的前進或倒車方向做出調整。

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二、速度測量模塊

采用槽式光電開關 , 測量車輪的轉速。該槽式光電開關采用標準的 U 字型結構 , 其發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 , 光電開關就產生了開關量信號。槽式光電開關適合檢測高速運動的物體 , 并且它能分辨透明與半透明物體 , 使用安全可靠。小車車軸上固定槽式光電開關 , 在車軸齒輪上均勻分布 8 個小孔 , 車輪轉動時 , 小孔依次通過溝槽 , 光電開關便得到通斷相間的高低

電平信號 , 得到的信號經過整形放大 , 發送至單片機 , 用來計算車速。根據測得的車速 , 算出平均值 , 乘上小車運動時間便得到小車運動路程。

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三、計時模塊

若采用單片機計時 , 一方面需要采用計數器 , 占用硬件資源 ; 另一方面需要設置中斷、查詢等 , 同樣耗費單片機的資源。系統采用專用時鐘芯片 DS12C887 , 其特點 : 在掉電方式下持續工作十年以上 , 內部包含鋰電池 ,時鐘和輔助電路系統 , 記量秒、分、小時、星期、日期、月、年和潤年直到 2100 年 , 用二進制或 BCD 碼表示時間 ,日歷和鬧鐘 , 地址、數據管腳復用 , 與單片機接口簡單 ,便于控制。

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四、數據存儲模塊

系統中要存儲的信息包括小車速度、行駛時間、行駛路程、行駛狀態 ( 前進、后退、平衡 ) 和調整平衡時間等。要求掉電后數據不丟失 , 一方面 , 小車行駛過程中突然斷電 , 上電后可以按照斷電前系統存儲的狀態繼續行駛 ; 另一方面 , 便于分析小車行駛狀態參數 , 特別是小車自動調整平衡過程中小車狀態參數。系統采用 AT24C02 作為存儲芯片。 AT24C02 是一個 2 k 位串行 E 2 PROM , 內部含有 256 個 8 位字節 ,通過 I 2 C 總線接口進行操作 , 占用單片機接口少 ,1. 8 ～ 6. 0 V 工作電壓范圍 , 1 百萬次編程 / 擦除周期 ,可保存數據 100 年。

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五、電源模塊

方案 1 : 單一電源供電。控制板和電機驅動板使用電機驅動的單組電源 ( 可充電電池 ) 。這樣供電比較簡單 ; 但是由于電動機啟動瞬間電流很大 , 而且 PWM 驅動的電動機電流波動較大 , 會造成電壓不穩、有毛刺等干擾 , 嚴重時可能造成單片機系統掉電 ;

方案 2 : 雙電源供電。 6 V 可充電池為單片機系統供電 ,1 節 9 V 電池為電動機供電。將電動機電源與單片機以及其周邊電路完全隔離 , 利用光電偶合器傳輸信號。這樣可以將電動機工作所造成的干擾徹底消除 , 提高系統的穩定性。因此 , 系統采用雙電源供電。

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六、聲光提示模塊

系統達到平衡狀態時 , 發出聲光提示信息。聲音提示由 ISD1400 芯片提供 , 它有 20 s 的錄放時間。事先將“系統達到平衡狀態”語音信息存儲到 ISD1400 芯片內部 , 系統平衡時播放。光提示由發光二極管提供 , 發光二極管閃爍表示系統達到平衡狀態。

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