本文针对小车选用传统光循迹电路的两点缺乏，提出了一种高牢靠小车红外光循迹电路的规划。该规划用低占空比强红外光调制发射能战胜环境光线的搅扰;再对光接纳信号进行沟通扩大后解调能进一步战胜环境搅扰;选用逐一循环发射、接纳能战胜光衍射对相邻光敏管的搅扰，最终给出规划的电路结构框图及部分电路图。经剖析该规划防止了传统规划繁琐的调试作业量，能够满意各种环境光线的使用!
1 传统光循迹小车电路结构
1.1 小车循迹简介
所谓小车循迹，就是在白纸上画出黑色的线条，称为赛道;小车沿着赛道按要求(能够做一些指定的使命)跋涉时，能自动识别赛道并按赛道线条行走，称为小车循迹。如图1所示，该赛道是2010年全国职业院校大学生职业技能比赛月球车比赛项目湖南赛区赛道图。
一般的，小车底部设备一排(或几排)红外光发射、接纳阵列用于检测赛道，然后操控小车能沿线行走。光发射、接纳阵列要与赛道成十字穿插排放，有的也做成弧形或倒“V”字型排放。这一排红外光发射、接纳阵列的数量越多越密，操控小车跑起来越稳，但编程时算法越杂乱。一般少则四、五个，多则十来个，如图2 所示。也能够选用双排乃至多排规划。
1.2 传统循迹小车红外光发射、接纳电路
传统的红外光发射、接纳电路的发射部分用直流电流驱动，接纳部分选用比较器。比较器的一个比较点用电位器调整直流电位，另一个比较点接光敏管的输出端，这种简易做法往往也能满意简略比赛要求。但抗搅扰才能较差。
一种传统简易循迹电路图如图3所示。
图3 一种传统简易循迹电路图
选用红外光作发射接纳的意图是为了削减环境光线的搅扰，但若不采纳辅佐办法，当环境光线较强时，并不能很好的战胜环境光线的搅扰;别的，还需采纳办法战胜相邻收发对管的光衍射搅扰。
2 红外光循迹规划准则
2.1 挑选适宜的光发射驱动电流 一般应将发射电流规划在发光二极管的最大正向电流答应值IF 上。发射的红外光线强度进步了今后，环境光的红外成份占总光线的份额就减小了，能够战胜一部分环境光搅扰。可是，过于进步发射光电流，会发生较大的热量，使发射管光衰现象加重。
要想既进步发射电流，又使发射管安全作业，则能够选用低占空比脉冲调制发射。
2.2 脉冲调制式红外发射和红外接纳作用剖析
环境光中的红外成份表现出来的是直流重量，采纳调制式[4]红外发射办法后，调制接纳电路接纳的是调制信号，能够将环境光中的直流重量滤除。
2.3 采纳低占空比脉冲调制红外光发射的优势
红外光敏三极管接纳灵敏度并不因红外发光二极管发射信号的占空比下降而下降。下降红外发光二极管发射信号占空比后，能够在红外发光二极管上施加较大电流，乃至能够大大超越红外发光二极管的最大答应正向电流IF ，而不会损坏红外发光二极管。添加的那部分电流相当于红外发光二极管的发光强度大大加强了，则抗搅扰才能也进一步加强。
2.4 采纳安稳的38.5 kHz频率调制发射的红外光
红外调制光信号在调制频率为38.5 kHz时，红外光敏接纳灵敏度最高。
为取得较安稳的38.5 kHz的调制频率，应防止用电阻、电容和电感等分立元件合作非线性器材组成振动电路作调制信号，应选用晶体振动器或有源晶体振动器合作非线性元器材作振动电路。
用晶体振动器作MCU 的外部晶体，用编程的办法发动38.5 kHz/10%~20%占空比的PWM 信号作调制振动信号;也能够用晶体振动器合作非线性器材进行振动、分频后取得38.5 kHz/10%~20%频率和占空比。
2.5 选用沟通扩大电路作红外接纳扩大器
即便调制光遭到环境光的吞没，可是调制光并没有因此而消失。接纳信号后送沟通扩大器扩大，被吞没的调制光信号仍可得到恢复，而直流成份的环境光被沟通扩大器阻挠，这就有用复原出了被吞没的有用红外光，战胜了强环境光的搅扰。
2.6 选用巡回注册某一路发射接纳战胜光衍射
压线的那一路本来不应该接纳到信号，而相邻没压线的那一路还在继续发光。因为光衍射，相邻没压线那一路宣布的红外光很简单衍射到压线的那一路红外接纳管，导致判别失误，然后引起搅扰。
当巡回注册某一路时，任何时候只一路发光，检测电路也仅接纳这一路的信号，即便这时候发光的那一路衍射到压线的接纳电路，但MCU 并不去读取被衍射的那一路。这就战胜了相邻通道的衍射搅扰。这时要注意软件规划时收集一个巡回的周期时刻要恰当。
3 高牢靠红外光循迹电路规划
3.1 低占空比脉冲波38.5 kHz/10%~20%脉冲波构成
遵从2.4节规划准则，榜首种办法选用具有PWM外设的单片机发动PWM 模块发生脉冲波，不主张用纯软件发生该脉冲波。发生的波形应满意图4所示的时刻参数要求。
图4 MCU发生38.5kHz 10%的PWM脉冲波形
第二种办法选用有源晶振(可省去振动电路，简化电路规划)1.544 MHz(经2 级二分频)或11.059 2 MHz(经5 级二分频)后，别离发生386 kHz 或345.6 kHz 方波，后接十进制计数/分配器或九进制计数/分配器，从Q0~Q7恣意引脚即可发生38.6 kHz/10%或38.4 kHz/11%占空比的脉冲波(脉冲频率均差错0.1 kHz，占空比一个是10%，一个是11%)。电路图如图5所示。
3.2 红外光发射操控电路规划
小车红外光循迹电路选用8路现已能够满意较杂乱比赛的要求。依照规划准则2.6，矩形脉冲最好不要一起驱动光发射电路，需求一路一路轮番发送并坚持一段时刻。
选用两个74HC4081 四与门操控脉冲信号传送给ULN2803八反向OC驱动器驱动红外发光二极管，每一路可输出500 mA.74HC4081 与门的另一个输入端接MCU操控选通。如图6所示。
图6 操控脉冲驱动发光二极管
红外发射接纳选用一体化封装的TCRT5000对管，电流传输系数》20%，发射管最大继续答应电流IF 为60 mA，脉冲电流在1 μs/1%占空比时答应3 A.脉冲信号经红外发光管发射后，经地上反射，送到光敏三极管从发射极输出。假如地上为白色，绝大部分信号(脉冲)都能传递给光敏三极管;假如地上为黑色，光线被吸收，则几乎没有信号能传递给光敏三极管。
操控每一路继续作业的时刻应确保让红外发光二极管宣布10~20个脉冲，使后续解调器能牢靠解调。能够算出循环一周共8路所需时刻：
T=([ 1 38.5 kHz)×(10~20)]×8=2.08~4.16 ms.
3.3 扩大器电路规划
因为有8个光发送接纳对管，图6中仅显示出1路，假如只想用一个扩大器和后续的一个脉冲频率解调器，则需求模仿开关来逐个选通。为了和图6共用选通信号，选用两片74HC4066(也能够用一片74HC4051，但这时就不能共用74HC4081选通信号了，既浪费了MCU的IO口，编程也较为杂乱些)。
按2.5节所述要选用沟通扩大器的准则，这儿选用零漂移双运算扩大器AD8552，一个单元接成反向份额运算电路，另一个单元完成输出中点电位给扩大电路作参阅“地”。电路如图7所示。可通过反应电阻调整其扩大倍数。
3.4 信号解调
信号解调选用规范38.5 kHz解调器CXA20106，设备中增益操控和中心频率操控用的电容器尽量选用精细低损耗无极性电容器，最好选用CBB 电容器。电路结构图如图8所示。
