5.1K?183.2.2.2.1 黑线传感器电路
4+-LM3932310K?150?RcST168智能循线避障小车
黑线检测电路以ST168光电对管和LM393（双路电压比较器）为核心，鉴于第二部分
中对ST168的具体电路已给出描述，此处不再赘述。 ? 电路图：
VCC图15 ARM7芯片部分电路图
注：图15中，主芯片采用LPC2138，JP_DATA1为信号输入端口，JP_PWM为信号输出端口。其中与各路传感器对应的端口在图中均已标出。 由此可见，小车系统电路中存在7路传感器输入信号和4路PWM信号输出，通过LPC2138达到控制目的。
下面将分别从黑线传感器电路、避障传感器电路和电机驱动电路三部分分别予以阐述。
图16 黑线检测电路图
注：此处为了表述明确，将LM393比较器分为两部分绘制，两路比较器正负端口均已标出。 ? 功能：用于判断是否探测到黑线。 ? 原理：采用ST168反射式红外探测，由于光电对管距离地面较近，所以所发射的红外
光未经过调制。采用LM393比较器，作为模拟电路和数字电路的接口。当光电对管ST168中的光敏三级管未接收到红外光线时，三级管不导通，比较器负向输入端的电压值（接近VCC）高于正相输入端电压（通过10K可变电阻调节），所以比较器输出端电压为高电平；当光电对管ST168中的光敏三级管接收到红外光线时，三级管导通，比较器负向输入端的电压值（接近0V）低于正相输入端电压，所以比较器输出端电压为低电平。因为输出的电压值为VCC或者0V，所以可以直接将检测得到的信号传递给ARM7处理芯片。显然可以通过调节可变电阻Rc的大小，实现探测距离的变化。 ? 电路实测参数：
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150?10K?ST168Rc4
510K?-87LM393+45.1K?
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表1：黑线检测电路实测参数 （VCC=4.927V）
传感器 Rc比较电压 A B C D 2.0917V 2.0238V 2.0068V 2.0131V 比较器输出低电压 101.17mV 254.75mV 104.98mV 103.06mV 比较器输出高电压 4.896V 4.891V 4.890V 4.895V 3.2.2.2.2 避障传感器电路 避障检测电路以TCRT5000光电对管和LM311（单路电压比较器）为核心，同上理由此处对TCRT5000的具体电路不再赘述。 ? 电路图：
VCC150?10K?5.1K?LED红色LM31128+3-TCRT5000710K?4和1Rc104 图17 避障检测电路图
? ?
?
功能：用于判断是否探测到障碍物。
原理：采用TCRT5000反射式红外探测，由于光电对管距离地面较近，所以所发射的红外光未经过调制。采用LM311比较器，作为模拟电路和数字电路的接口。当光电对管TCRT5000中的光敏三级管未接收到红外光线时，三级管不导通，比较器正相输入端的电压值（接近VCC）高于负相输入端电压（通过10K可变电阻调节），所以比较器输出端电压为高电平，红色LED指示灯熄灭；当光电对管TCRT5000中的光敏三级管接收到红外光线时，三级管导通，比较器正相输入端的电压值（接近0V）低于负相输入端电压，所以比较器输出端电压为低电平，红色LED指示灯点亮。因为输出的电压值为VCC或者0V，所以同样可以直接将检测得到的信号传递给ARM7处理芯片。显然可以通过调节可变电阻Rc的大小，实现探测距离的变化。 电路实测参数：
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表2：避障检测电路实测参数 （VCC=4.927V）
传感器 Rc比较电压 前方 左方 右方
3.6080V 3.5910V 3.5840V 比较器输出低电压 144.86mV 139.55mV 141.50mV 比较器输出高电压 4.865V 4.859V 4.862V 3.2.2.2.2 电机驱动电路
? 直流减速电机驱动电路以德州仪器生产的L293D直流电机驱动芯片为核心。 ? 电路图：
10KPWM130rad/sM1231615VCC1PWM3141345630rad/sML293D1211109
PWM278PWM4VCC2图18 直流减速电机控制电路图
图19 L293D电机控制芯片图
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? 功能：实现单片机对直流电动机的正反转、惰性制动和强制转动的直接控制。
? 原理：L293D芯片用来直接驱动直流电机，能够根据输入的电平值，驱动电机正转、
反转、强制制动或者随动停止。（详见元器件简介）
? 电路输入与输出表：采用以上电路，能够实现主控芯片对于电机的简单控制，其真值表
如下：
表3 驱动电路输入与输出 EN1 H H H H L 1A L H L H X
图20 L293D电机控制芯片封装图
由上述分析可知，通过控制改变L293D输入信号的高低变化，可以得到对应的输出电平变化，从而驱动直流减速电机的正转、反转和停止。
与此同时，由3.1.3 中关于PWM调速的分析，可知调整输入信号中占空比大小，可以实现相应输出电平的高低变化，从而实现加速和减速的目的。
2A H L L H L 电机转动情况 正转 反转 快速停止 快速停止 快速停止 EN2 H H H H L 3 A L H L H X 4 A H L L H L 电机转动情况 正转 反转 快速停止 快速停止 快速停止 4. 流程图设计
考虑到实际设计中，小车的传感器系统十分简单，虽然可以给设计带来方便，但调试中发现用7路传感器来探测小车运行轨迹是不充分的，有时会带来误判。因而程序设计中，为了简化起见，分别给出了循线流程图和避障流程图，先分别介绍如下。
4.1 循线的流程图
下图为小车循线的流程图，其中“Left”为向左小角度转弯、“Right”为向右小角度转弯、“Turn Left”为向左大角度转弯、“Turn Right”为向右大角度转弯。
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StartGoAheadYND5?1?D3?1?ND6?1?YD4?1?YYTurnLeftNYRightTurnRightNLeftEnd
图21 循线的流程图
4.1 避障的流程图
下图为小车避障的流程图，为了简化起见，仅给出三种独立的避障情形——前方障碍、左侧障碍和右侧障碍。其中“Turn Left”为向左大角度转弯、“Turn Right”为向右大角度转弯，“Stop”为停止不动。
StartGoAheadD1?0?ND0?0?YND2?0?YStopYYTurnRightTurnLeftEnd
图22 避障的流程图
5. 主要原件清单
名称 TCRT5000红外对管 LM311运算放大器 15
个数 3 3