一、轨迹检测模块设计

系统检测轨迹的基本原理 : 光线照射到路面并反射 , 由于黑线和白线的反射系数不同 , 可根据接收到反射光强弱判断是否是黑线。采用反射式红外发射2接收传感器 , 可以准确地检测黑线的位置。在电动小车的前方并排安装 3 个反射式红外发射2接收传感器 , 中间传感器检测到黑线表明小车沿着轨迹前进 ; 左边传感器检测到黑线 , 表明小车向右偏离轨迹 ; 右边传感器检测到黑线 , 表明小车向左偏离轨迹。小车的后方并排安装2 个反射式红外发射2接收传感器 , 与前方中间一个配合 , 确定倒车时小车轨迹。这样 , 根据传感器提供的小车运行信息 , 及时对小车的前进或倒车方向做出调整。

二、速度测量模块

采用槽式光电开关 , 测量车轮的转速。该槽式光电开关采用标准的 U 字型结构 , 其发射器和接收器分别位于 U 型槽的两边 , 并形成一光轴 , 当被检测物体经过U 型槽且阻断光轴时 , 光电开关就产生了开关量信号。槽式光电开关适合检测高速运动的物体 , 并且它能分辨透明与半透明物体 , 使用安全可靠。小车车轴上固定槽式光电开关 , 在车轴齿轮上均匀分布 8 个小孔 , 车轮转动时 , 小孔依次通过沟槽 , 光电开关便得到通断相间的高低

电平信号 , 得到的信号经过整形放大 , 发送至单片机 , 用来计算车速。根据测得的车速 , 算出平均值 , 乘上小车运动时间便得到小车运动路程。

三、计时模块

若采用单片机计时 , 一方面需要采用计数器 , 占用硬件资源 ; 另一方面需要设置中断、查询等 , 同样耗费单片机的资源。系统采用专用时钟芯片 DS12C887 , 其特点 : 在掉电方式下持续工作十年以上 , 内部包含锂电池 ,时钟和辅助电路系统 , 记量秒、分、小时、星期、日期、月、年和润年直到 2100 年 , 用二进制或 BCD 码表示时间 ,日历和闹钟 , 地址、数据管脚复用 , 与单片机接口简单 ,便于控制。

四、数据存储模块

系统中要存储的信息包括小车速度、行驶时间、行驶路程、行驶状态 ( 前进、后退、平衡 ) 和调整平衡时间等。要求掉电后数据不丢失 , 一方面 , 小车行驶过程中突然断电 , 上电后可以按照断电前系统存储的状态继续行驶 ; 另一方面 , 便于分析小车行驶状态参数 , 特别是小车自动调整平衡过程中小车状态参数。系统采用 AT24C02 作为存储芯片。 AT24C02 是一个 2 k 位串行 E 2 PROM , 内部含有 256 个 8 位字节 ,通过 I 2 C 总线接口进行操作 , 占用单片机接口少 ,1. 8 ～ 6. 0 V 工作电压范围 , 1 百万次编程 / 擦除周期 ,可保存数据 100 年。

五、电源模块

方案 1 : 单一电源供电。控制板和电机驱动板使用电机驱动的单组电源 ( 可充电电池 ) 。这样供电比较简单 ; 但是由于电动机启动瞬间电流很大 , 而且 PWM 驱动的电动机电流波动较大 , 会造成电压不稳、有毛刺等干扰 , 严重时可能造成单片机系统掉电 ;

方案 2 : 双电源供电。 6 V 可充电池为单片机系统供电 ,1 节 9 V 电池为电动机供电。将电动机电源与单片机以及其周边电路完全隔离 , 利用光电偶合器传输信号。这样可以将电动机工作所造成的干扰彻底消除 , 提高系统的稳定性。因此 , 系统采用双电源供电。

六、声光提示模块

系统达到平衡状态时 , 发出声光提示信息。声音提示由 ISD1400 芯片提供 , 它有 20 s 的录放时间。事先将“系统达到平衡状态”语音信息存储到 ISD1400 芯片内部 , 系统平衡时播放。光提示由发光二极管提供 , 发光二极管闪烁表示系统达到平衡状态。