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1、《现代电子技术》2004年第16期总第183期仿真与测试几种光电检测电路的性能比较周 强1,王曙光2摘 要:以2002年和2003年全国大学生电子竞赛中涉及的非接触式测量问题为研究对象。介绍和分析了几种实际的光电检测电路,并对难点问题的多种方案进行了研究和比较。关键词:光电检测电路;抗干扰;微分电路;测量中图分类号:TN4 文献标识码:B 文章编号:1004373X(2004)1608703PropertyContrastofSeveralPhotoelectricMeasureCircuitsZHOUQian
2、g1,WANGShuguang2anan,710061,China)Abstract:Inthisarticle,thecontentofresearchisaboutsomepracticalphotoelectricmeasurecircuitthathadbeenusedintheKeywords:photoelectricmeasurecircuit;antiinterference;differentialcircuit;measurement线反射光线的强度不同,会引起光敏电阻的阻值变化。一1 引 言般情况下,当反射
3、物由白纸变为黑线,光敏电阻的阻值会在2002年和2003年的全国大学生电子竞赛中,连续出现了自动小汽车的竞赛题目。虽然涉及的任务不尽相管导通,电路输出端B点电压改变(由逻辑1变为逻辑同。但设计的难点都在于非接触目标的检测和识别上。0),送入单片机中进行进一步处理。2002年的题目要求小汽车能够检测跑道中的黑线和跑道左右两侧的挡板,如图1所示。2003年的竞赛题目难度加大,要求小车沿着黑色跑道前进,并且在光源的引导下绕开障碍物进入停车区,如图2所示。将竞赛中涉及到的非接触式测量归结为三类:检测黑线、寻找光源、识别障碍物或挡板。对于
4、这三类问题,使用光电器件、配以相应的图2 2003年竞赛题目果。图1 2002年竞赛题目2 黑线检测电路图3是一个以光电元件ST168为核心的黑线检测电图3 黑线检测电路值得一提的是,大多数自动小车的核心器件采用的是51系列的单片机,如AT89C51。而在对单片机进行端口资源分配时应注意:由于AT89C51的4个并行IO口中,只收稿日期:20040326有P0是一个标准双向三态口,其输出驱动电路是由2个87(11陕西科技大学 陕西咸阳 712081;21西安邮电学院 陕西西安 710061)(11ShaanxiUniversit
5、yofScienceandTechnology,Xiangyang,712081,China;21Xi′InstituteofPost&Telecommunication,Xi′2002trasted2003anaelectronindetailetitionofthenationalundergraduate1Thepropertyofseveralimportantanddifficultycircuitsis从几十k8变为几百k8,A点的电压下降,使PNP型三极调理电路和合理的信号处理手段,都能取得满意的检测效路。其工作原
6、理是这样:在正常工作情况下,ST168的发射端发出恒定的不可见光(红外线),当红外线被白纸或黑线反射给ST168的接收端(光敏电阻)时,由于白纸和黑周 强等:几种光电检测电路的性能比较对外接电路产生太大的影响。因此尽量保留P0作为检测电路的输入口来使用。而P1,P2,P3只是准双向IO口,他们的输出驱动电路被简化为一个等效电阻与一个场效改变外电路的工作点,特别是对于一些新型的光电器件,如光电阻或光电池,内阻较大(前者的内阻随着照射光的上根本无法正常使用。3 光源检测电路光源检测电路非常简单,在小车的前端每隔30°置一个外套细遮光
7、管的光敏电阻,用以接收和检测特定方向上的光源。该电路如图4所示。图4 光源检测电路4 障碍物识别电路障碍物或挡板的检测和判断始终是自动小车的设计难点。一些参赛队尝试使用声纳技术。利用声音的传播速度较慢和单片机的高速运算和处理能力,能够比较精确测量出小车与障碍物或挡板的实际距离。但是这种方法存在以下几个问题:(1)由于声音是由声源向四面八方传播的,不具有确定的方向性,因此只有当障碍物的形状和位置比较简单和明确时,才适合使用(例如2002年竞赛题目)。当被测物位置随机放置(如2003年竞赛题目),若要收到理想的检测效果必须增加硬件(
8、如至少2个发声和接受装置)。同时在信号处理过程中的计算工作也很繁重。特别是当小车的周围还具有与障碍物距离接近的物体时,多种反射波混合在一起,CPU很难区分。(2)声纳发生和接收装置结构比较复杂,价格较昂贵。(3)声音在空气中传播的过程中损耗较小,因此传播距离较远
