智慧機器人紅外發送接收電路詳解

2020-12-06 電子產品世界

　　該移動音樂機器人以英飛凌16 位單片機XE162FN 處理器為核心，英飛凌開發的16/32 位微控制器具有高度系統集成、無需外設附加器件及相關軟體開銷、提供系統安全和故障保護機制等功能。藍牙是一種全球開放性的、低成本的無線通信規範。另外，由於藍牙具有傳輸距離遠，抗幹擾能力強、功耗低、傳輸速率高的優點，設計採用了藍牙無線通信技術，設計主體為一輪式移動小車機器人，擁有跟隨主人行走、播放音樂、遙控運行、彩燈隨拍手頻率閃爍以及家庭安防等多項功能。機器人的移動採用驅動直流電機帶動輪子轉動實現，跟隨主人行走的功能由紅外發射與接收來判斷主人手中的手持設備和移動音樂機器人之間的方位，進而驅動機器人跟隨主人行走。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201710/369104.htm

　　無線遙控運行由藍牙通信實現。在安防功能上，該移動音樂機器人配備了典型的用於檢測火災的煙霧傳感器，並且如果檢測到有煙霧或者煤氣洩露時，本地聲音報警以及通過 GSM 無線網絡控制簡訊發送模塊發送報警簡訊給指定的手機號碼。GSM 網絡是在蜂窩系統的基礎上發展而來的一種無線數字網絡標準，具有網絡容量大、業務種類齊全、信號穩定性強、具有較高的保密性和安全性以及靈活的切換處理和自動漫遊功能等眾多優點。在手持設備的設計上，配備了一塊320*240 的觸控螢幕以實現直觀方便的無按鍵遙控控制，以及一個加速度傳感器感知傾斜角度從而控制機器人運動。

　　接收電路

　　系統的智能跟隨功能是通過紅外實現的，音樂機器人上的紅外接收器感知到紅外線時，會追蹤紅外發射源，感知不到時，會原地旋轉重新搜索紅外發射源，直至 重新 定位方向。紅外發射源是由10 個紅外發射管組成，將10 個紅外發射管均勻擺放在一個球體表面，使得紅外發射源可以向四面八方輻射紅外線，保證音樂機器人更加快速準確地尋找到紅外發射源。紅外發射管發射的載波頻 率為38 kHz 佔空比為50%的方波。紅外的發射和接收電路如圖1所示，10.0 連接一個普通I/O 引腳，控制紅外線的通斷，即接通4 ms，然後關斷11 ms，反覆進行接通與關斷。 連接一路PWM 方波，方波的頻率是38 kHz.一共有10 路紅外發射管。

　　紅外接收裝置採用2 個紅外接收器1838，分別安裝在音樂機器人的頭部和尾部。兩個接收器的輸出引腳分別連接單片機的10.2 和10.7 引腳。紅外接收器1838 對38 kHz 頻率的紅外線敏感，所以紅外接收器1838 可以檢測到紅外發射源的方位，從而驅動電機向外發射源的方向前進。

　　

　　圖1智能跟隨紅外發送接收電路

　　拍手信號捕獲電路設計

　　拍手彩燈功能的實現主要分為拍手信號的捕獲和彩燈的旋轉點亮，彩燈的旋轉點亮較為簡單，但拍手信號捕獲上由於拍手產生的信號不是標準的階躍信號，當用示波器進行波形的觀察時，實際上波形在上升沿和下降沿的地方出現比較多的毛刺，也就是說一次拍手信號產生了多次階躍信號。如果單片機記錄2 次上升沿的時間間隔時，由於毛刺的存在，使得單片機錯誤的將毛刺當做上升沿而捕捉，造成兩次上升沿的時間間隔的變小。解決的辦法是利用包絡檢測電路進行包絡檢測，再通過電壓比較器選取合適的比較電壓值，從而產生比較理想的階躍信號，即一次拍手產生一次階躍信號。

　　電路利用麥克風採集聲音信號，然後利用LM324 對採集來的信號進行比例放大，放大的比例為100 倍，然後接過兩個1N5819 和一個104 獨石電容進行包絡線檢測，最後利用LM358 作為電壓比較器，利用1 K 電阻和880Ω電阻分壓獲得比較電壓值，其電路如圖2 所示。機器人的移動採用驅動直流電機帶動輪子轉動實現，即控制直流電機的正反轉和速度，系統直流電機驅動晶片採用SGS 公司的L298N，內部有4 通道邏輯驅動電路。用三極體組成H 型平衡橋，驅動功率大，驅動能力強。同時H 型PWM 電路工作在電晶體的飽和狀態與截止狀態，具有非常高的效率。

　　

　　圖2 拍手信號捕獲電路

　　直流電機驅動電路設計

　　電機的轉速取決於3 個因素：負載、電壓和電流。對於一個給定的負載，可以通過脈衝寬度調製的方法來使電機保持穩定的速度。通過改變施加在直流電機上的脈衝寬度，可以增加或減小電機的轉速。調整脈衝寬度，即改變佔空比，調整電機的速度。驅動板採用6 個高速光耦6N137 實現驅動電路與邏輯電路的隔離，這樣可以有效地避免驅動電路與邏輯電路之間的相互幹擾。驅動板的電路原理圖如圖3所示。

　　

　　圖3 直流電機驅動電路

　　通過軟體編程可以自由改變單片機兩路PWM脈衝信號的佔空比，電機的A 端連接PWM 脈衝信號，電機的B 端連接單片機的一個I/O 引腳。當這個I/O 引腳置1 時，電流從電機的B 端流向電機的A 端;當這個I/O 引腳置0 時，電流從電機的A 端流向電機的B 端，這樣電機就可以改變電機旋轉方向，同時控制PWM 脈衝信號的佔空比值還可以改變電機旋轉速度，實現轉向和轉速的控制。

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