一种简易寻迹传感器设计

1、一种简易寻迹传感器设计摘要:在设计黑白寻迹传感器上，采用了一种简易的设计思路。光信号源采用LED发光管，当LED管发光照射在白色的物体上时，大部分光会被反射回来，光敏三极管接收反射回来的光信号产生导通；而当LED管发光照射在黑色的物体上时，大部分光会被黑色物体吸收，反射回来的光较少，反射的光信号太弱以致于光敏三极管截止。将光敏三极管产生的导通和截止信号导入放大电路，通过放大电路输出能为单片机接收的数字信号（+5V和0V电平信号）,满足单片机的控制要求。关键词:寻迹传感器光敏三极管放大电路导通截止随着科学技术的发展，机器人广泛应用于机械、电子、冶金、交通等领域，特别是在现代化的工厂或港口里，自动

2、导航的机器人大大提高了物流运输效率，节约了人力成本。按路面既定路线行走的自动寻迹的机器人的眼睛”其实质就是通过某些寻迹传感器在接收发送信号，并通过中央控制器控制实现自动导航。本文通过一种简单的设计思路，制作了一种简易的寻迹传感器，其不需太多的电器元件通过实验制作，成功实现小车寻迹行走。1传感器方案设计设计中，利用光敏三极管的截止和导通属性来产生相应的输入信号，发射光源选择的是LED发光管。设计思路为:当光敏三极管接收到反射回来的光信号时导通，此时在传感器输出端输出一个高电平信号；当光敏三极管未接收到反射回来的光信号时截止，此时在传感器输出端输出一个低电平信号。由于光敏三极管输出的信号为电流信号

3、，而且信号较弱，不能满足控制器输入要求，也就是控制器（单片机）所需要的数字信号,因此需要利用电参数的模拟信号转化电路的数字信号。设计采用晶体三极管对获得的输入信号进行处理，具体思路是当光敏三极管导通时，通过一个回路使得晶体三极管放大电路截止，电源通过一个5V稳压管进行稳压，输出+5V的高电平；当光敏三极管不导通时，通过一个回路使得晶体三极管放大电。路导通,+5V的稳压管反向端接地，输出0V的低电平，这样就需要选择合适的晶体三极管。2具体设计2.1信号输入电路设计由于光敏三极管在导通时其本身的内阻较小，因此需要串接一个合适的电阻进行限流，而且在接入下一级放大电路时，输出信号应满足后续放大电路要求

4、。因此，输入信号电路电源设计为+3V的直流电源,限流电阻设计为百欧级，其参数如下：限流电阻。则，光敏三极管导通时电流设计的电路如（图1）所示。2.2信号放大电路设计信号放大电路如（图2）所示，光敏三极管输入信号从u1输入,+5V稳压管输出端通过电阻R3与三极管（PNP型）发射极相连。当光敏三极管截止时，且当u2端电势与u3端电势差值大于三极管导通电压时，此时三极管导通，则在稳压管输出端产生0V低电平信号；当光敏三极管导通时，由于u2端电势与u3端相等，此时晶体三极管截止，则稳压管输出+5V高电平信号。2.3信号放大电路设计信号放大电路如下图2所示，光敏三极管输入信号从u1输入,+5V稳压管输出

5、端通过电阻R3与三极管（PNP型）发射极相连。当光敏三极管截止时，且当u2端电势与u3端电势差值大于三极管导通电压时，此时三极管导通，则在稳压管输出端产生0V低电平信号；当光敏三极管导通时，由于u2端电势与u3端相等，此时晶体三极管截止，则稳压管输出+5V高电平信号。2.4寻迹传感器电路设计根据信号输入电路与信号放大电路的设计原理，将两个电路组合在一起便成为一种简易的寻迹传感器电路设计，其电路图如(图3)所示。电路中各元件的参数计算如下。(1) 电阻R1的计算。根据设计要求，当光敏三极管导通时，晶体三极管截止；而当光敏三极管截止时，晶体三极管导通，则在图2所示的电路中：当时，晶体三极管截止；当

6、时，晶体三极管导通。在图3中,当光敏三极管截止时，在节点2和5两端的开路电压为+3V,则形成了1宀2宀3宀4宀5宀6回路，此时要求基极电流能满足晶体三极管的导通条件，因此,R1的电阻应该比较小；同时当光敏三极管导通时，在形成的2-3-4-5回路中，R1应起到一定的分压作用，使晶体三极管的发射极电势比基极低，从而晶体三极管截止。本设计选用2SA1015型晶体三极管，其具体参数如下。三极管管子极性PNP;集-基极反向击穿电压；集-射极反向击穿电压;基-射极反向击穿电压；集电极最大允许电流；集电极最大耗散功率；集电极最大输出电压。由以上参数可知R1阻值应为几十欧级，根据实验选取，则在晶体三极管导通时

7、基-射极电流：满足2SA1015三极管的导通条件。在晶体三极管截止时，发射极电压比基极低，从而晶体三极管截止。(2) 、参数设计计算。本设计选用1N4733A型+5V稳压管，1N4733A型稳压管的具体参数如下：最大耗散功率(W)1W;额定电压(V)5.1V;最大工作电流(mA)179mA。当晶体三极管2SA1015截止时，在形成的7-3-8-9回路中，要求通过1N4733A稳压管中的电流不能大于最大工作电流179mA,即,则,根据实验结果，当R1+R2的阻值较大时，稳压管的工作比较稳定，输出的电压信号满足单片机输入信号要求。本设计选用，通过实验,发现1N4733A型稳压管输出电压信号稳定，并且输出信号电流效应较小。3结语本文介绍了一种简易寻迹传感器的电路设计过程，经实际制作调试，此设计能满足自动导航机器人实现寻迹要求，并且设计使用电子元器件较少,只需要最基本的电子元器件（电阻、光敏三极管、晶体三极管、稳压管等）,制作成本低廉，为简化自动导航机器人寻迹传感器设计技术有较大借鉴作用。参考文献1 刘迎春传感器原理