組合機(jī)器人的超聲波防撞電路設(shè)計(jì) - 機(jī)器人技術(shù)電路設(shè)計(jì)圖集錦 —電路圖天天讀（51）

　　TOP4 配套Lego組合機(jī)器人的超聲波防撞電路設(shè)計(jì)

　　地面灰度傳感器電路設(shè)計(jì)

　　如圖所示，地面灰度傳感器通過發(fā)光二極管LED照亮地面，地面的反射光線被光敏三極管接收，當(dāng)?shù)孛骖伾珵楹谏珪r，反射的光線比較弱，則光敏三極管的基極電流越小，集電極電流也相應(yīng)較小，1端口電壓值較高，其測量值較大；反之當(dāng)?shù)孛鏋榘咨珪r，反射的光線較強(qiáng)，集電極電流越大，1端口電壓值較小，測量值也較小。

　　本文研究并設(shè)計(jì)了基于ARM9嵌入式系統(tǒng)的一種智能滅火機(jī)器人，具有以下5個創(chuàng)新點(diǎn)：（1）采用了嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核，大大提高了機(jī)器人處理信號的能力；（2） 雙電源供電系統(tǒng)引入，使機(jī)器人的運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠；（3） 采用PWM信號控制大功率直流電機(jī)，在速度和精度方面有了很大的改進(jìn)；（4）通過合理選擇PSD測距傳感器的個數(shù)和安放位置，既滿足比賽要求，又能節(jié)約成本；（5）本文設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鹘M，很好地完成了對火源的精確定位任務(wù)，提高了滅火可靠性和快速性。實(shí)測證明，本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人能夠很好地完成比賽任務(wù)，并且在可靠性和速度方面都有了大幅度的提高，具有很強(qiáng)的應(yīng)用價值。

　　機(jī)器人的超聲波防撞電路設(shè)計(jì)

　　這種探測器的依據(jù)是超聲波具有很強(qiáng)的方向性。發(fā)送的傳感器發(fā)出連續(xù)信號。在這個裝置之前約幾米的適當(dāng)物體可以把相當(dāng)強(qiáng)的信號反射回到接收傳感器。發(fā)送和接收傳感器只相隔大約50毫米，所以方向性強(qiáng)的超聲波保證從發(fā)射器到接收器之間的直接耦合波顯得微不足道。這個電路從RCX裝置獲得電源，它就和一種標(biāo)準(zhǔn)Lego探測器一樣連接到RCX裝置的一個輸入端口。并沒有特別支持采用RCX代碼或者 Mindstorms套件通常共用的其他編程語言的超聲波探測器。因此，可以利用軟件以標(biāo)準(zhǔn)有源探測器。例如Lego光探測器的相同基本方式操縱它。

　　圖中是超聲波探測器的整個電路圖。二極管列陣由D1至D6組成，而標(biāo)準(zhǔn)的橋式整流器則由D1至D4組成。這個整流器連同濾波電容C3產(chǎn)生7伏特電源。橋式整流器提供全波整流，所以電路怎樣連接RCX裝置都沒有關(guān)系。

　　RCX裝置內(nèi)部的上拉電阻通常使輸入端子處于高電位。D5和D6使IC1a的輸出把RCX端口輸入端拉低至0伏電壓。這個裝置怎樣連接RCX裝置也是沒有關(guān)系的。IC1a的輸出通過兩個二極管的任何一個連接端口的帶電輸入端。在輸入提供電源的時間內(nèi)，兩個二極管的其中一個就會阻斷電源，因此只有極小電流流過兩個二極管。在這些時間內(nèi)，lC1a的輸出連接電源，但R1卻阻止過量的輸出電流流入IC1a的輸出級。

　　IC1a是緩沖放大器，它是普通的電壓跟隨級。IC1b是直流放大器。它以同相模式操作，反饋電阻R2和R3把它的閉環(huán)電壓增益調(diào)整倒3．7。要注意，lC1采用的LM358N是用在沒有負(fù)電源的直流電路的。其他大多數(shù)運(yùn)算放大器并不能提供這里要求的很低輸出電壓，所以不建議使用代用器件。TR1放大接收傳感器Mic1的輸出。 TR1用簡單的共射極放大器，它提供超過40dB的電壓增益。C2將其輸出耦合到D7和D8組成的半波整流器電路。C1和 R4組成平滑濾波電路。發(fā)射器電路只是采用標(biāo)準(zhǔn)震蕩配置的555時基電路（IC2）。RCX裝置可以從每個輸入端提供的最大電源電流是相當(dāng)有限的，所以 IC2最好采用低電源的 555。否則就會出現(xiàn)負(fù)載太大的風(fēng)險以致獲得不合適的電源電壓。VR1是頻率控制器，通常調(diào)節(jié)它而使電路產(chǎn)生最佳性能。不過，如果需要降低靈敏度，可以故意使它偏離最佳頻率。

　　AT89S51 的編程方式可分為并行及串行模式。由于目前PC臺式及及筆記本已經(jīng)逐漸取消并口，因此并口編程器已經(jīng)逐漸被淘汰。采用USB接口的ISP編程器比較適合實(shí)驗(yàn)之用。本書所附贈的電路就是以USB ISP串行模式來對AT89S51進(jìn)行編程的，其電路如圖所示。圖為AT89S51 USB ISP編程器電路圖：

　　USB編程器電路設(shè)計(jì)

　　CH341A是一個USB總線轉(zhuǎn)接芯片，通過USB總線提供異步串口、打印口、并口，以及常用的2線和4線等同步串行接口。CH341A采用 SOP－28無鉛封裝，具體功能由復(fù)位后的功能配置決定，同一引腳在不同功能下的定義可能不同。CH341芯片正常工作時需要外部向XI引腳提供 12MHz的時鐘信號。一般情況下，時鐘信號由CH341內(nèi)置的反相器通過晶體穩(wěn)頻振蕩產(chǎn)生，外圍電路只需在XI和XO引腳之間連接一個12MHz晶體，并為XI和XO引腳對地連接振蕩電容。CH341芯片支持5V電源電壓或者3.3V電源電壓。當(dāng)使用5V工作電壓時，CH341芯片的VCC引腳輸入外部 5V電源，第9腳（V3引腳）應(yīng)該外接容量為4700pF或者0.01uF的電源退耦電容。CH341 第10、11腳連接到USB數(shù)據(jù)總線。第13、14腳外接12MHz晶體，為芯片提供時鐘。第16、18、20、22腳分別接300Ω的限流電阻，作為 RST、SCK、MOSI、MISO信號輸入/輸出。在使用CH341A的USB轉(zhuǎn)ISP功能時，第23腳必須接地。第28為電源5V輸入，接退耦電容，可使讓芯片工作更穩(wěn)定。

　　圖3.12 USB編程器電路圖

　　在圖3.12里，USB1為與電腦連接的USB插座。此USB插座共有4個腳，分別為+5V、D－、D+及GND。+5V及GND是本電路板的電源來源。R3為限流電阻，此電阻的取值需要根據(jù)實(shí)際情況確定。在使用此電阻時，應(yīng)保證后端的CH341A及AT89S51芯片供電電壓大于4.5V。在保證接入的元件接線正確及電路整體消耗電流小于500mA的情況下，此電阻可以不接，直接用短線連接即可。CH341A芯片通過USB接口和USB連接線完成與電腦的數(shù)據(jù)傳輸。