图3-5 对射式光电开关工作原理图
槽式光电开关通常是标准的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，光电开关就产生了检测到的开关量信号。图3-6为槽式光电开关工作原理图。
图3-6 槽式开关工作原理图
本次设计所使用的光电开关德国SICD公司所生产的E3F-DS30C4，如图3-7。E3F-DS30C4为常开型红外线漫反射式光电开关，由于漫反射光电开关的工作方式，决定了其功用，正符合本设计检测障碍物所用。
图3-7 E3F-DS30C4红外线漫反射式光电开关
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3.2.3 光电开关电路的设计
E3F-DS30C4是常开型漫反射式红外线光电开关，它有三个引脚：1引脚为红色，接电源；2引脚为黑色，接地；3引脚为黄色，接输出端。输出端接单片机时加一个1K上拉电阻，使电路更加稳定。如图3-8所示E3F-DS30C4电路连接图。
图3-8 光电开关电路连接图
3.3 电机驱动模块
由于单片机I/O口驱动能力弱，不能直接连接直流电机，故需要驱动芯片进行驱动。该设计采用的是基于L298N的电路连接方式，L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。L298N是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含两个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。其电路如图3-9所示。
1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器，成电流传感信号。本电路未用到采样所以将其接地。L298N可以驱动2个直流电机，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5脚、7脚、10脚、12脚接输入控制信号，控制电机的正反转，ENA，ENB为电机控制使能端，控制电机的停转。本电路中分别与单片机89C51相连，L298N的逻辑功能如表3-1所示。
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表3-1 L298N逻辑功能表
ENA(B) H H H H L IN1(IN3) H L H L 任意 IN2(IN4) L H H L 任意 电机运行情况 正传 反转 快速停止 快速停止 停止
图3-9 电机驱动电路原理图
图3-10 电机驱动实物图
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由于电机在正常工作时对电源的干扰很大，所以在电机的驱动信号输入端并联电容，用以滤除噪声干扰。电机驱动模块实物图如图3-10所示。
3.4 红外循线模块
3.4.1 红外放射式光电传感器特性与工作原理
反射式光电传感器的光源有多种，常用的有红外发光二极管，普通发光二极管，以及激光二极管。理论上光电传感器只要位于被测区域反射表面可受到光源照射同时又能被接收管接收到的范围就能进行检测，然而这是一种理想的结果。因为光的反射受到多种因素的影响，如反射表面的形状、颜色、光洁度，日光、日光灯照射等不确定因素。如果直接用发射和接收管进行测量将因为干扰产生错误信号，采用对反射光强进行测量的方法可以提高系统的可靠性和准确性。
红外反射光强法的测量原理是将发射信号经调制后送红外管发射，光敏管接收调制的红外信号，原理如图3-11所示。
发射 接收 反射表面
图3-11红外发射接收原理
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3.4.2 红外循线具体设计与实现
接近传感器应用场合不同选择不同，感觉的距离范围不同，可从几毫米到几米。对于自动寻迹和小车轮子的测速传感器，反射距离都在1cm左右，探测环境都在阴影之下，不易受到日光的干扰。因此，这两种探测的传感器都选用FS-359F反射红外传感器，048W型封装。该封装形状规则，便于安装。在对6个型号的传感器测试后，选用了价格、性能基本适合的048W封装的反射红外传感器。
传感器的使用数量应该尽量少以减少单片机的信号处理量，寻迹小车一共安装有两个红外光电传感器，选用运算放大器LM324，光电传感器检测到的信号经放大器放大整形送微处理器判断、运算、控制。LM324是14脚DIP封装，内置四个运算放大器的集成器件，用1个LM324便能完成所有传感器与MCU的连接，并且电路简单，响应速度快，波形规则，调试简单。含有LM324的红外循线模块原理图如图3-12所示。
图3-12 含有LM324的红外传感器电路原理图
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