LEGO用軌跡傳感器

處理部分的電路如下：

(點(diǎn)擊放大)

電路中設(shè)計(jì)了一個(gè)電源及工作狀態(tài)指示燈，用于指示傳感器的工作狀態(tài)。
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣器的調(diào)試，設(shè)計(jì)了一個(gè)按鍵，控制進(jìn)入和退出調(diào)試。
對(duì)于采樣器，為了減小環(huán)境光的干擾，每路均增加了一個(gè)控制信號(hào)。
為了和RCX的輸入匹配，做到無(wú)極性連接，輸出經(jīng)放大后接了全橋整流，雖然損失了一部分信號(hào)幅度，但是方便了使用。為減小幅度損失，全橋選用肖特基二極管組成。

處理部分解剖圖：

處理部分外形：

3.2 軟件設(shè)計(jì)
3.2.1 資源分配

• 使用LPC917的4路AD輸入對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行數(shù)值轉(zhuǎn)換，工作在直接觸發(fā)、單次掃描模式；
• 使用Timer0 產(chǎn)生 1ms時(shí)基，控制采樣和輸出；
• 使用Timer1 作為 PWM 輸出，產(chǎn)生RCX所要的模擬信號(hào)；
• 借用ICP的端口P0.5 作為進(jìn)入調(diào)試模式的控制端。

3.2.2 程序?qū)崿F(xiàn)的功能

• 4路A/D采樣；
• 計(jì)算出模型在軌跡上的位置；
• 輸出模擬量結(jié)果；
• 調(diào)試功能，實(shí)現(xiàn)軌跡判斷值的建立以及光電采樣器的安裝調(diào)整；

3.2.3 程序架構(gòu)

程序分為以下幾個(gè)模塊：
☆采樣模塊 —— 實(shí)現(xiàn)每 1ms 對(duì)4路信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換一次，并根據(jù)判斷域值換算為邏輯值保存，定義采樣邏輯值為：
在軌跡上為“1”，不在軌跡上為“0”。

☆位置計(jì)算模塊 —— 根據(jù)轉(zhuǎn)換后的4個(gè)采樣器邏輯值計(jì)算出目前的位置信息，并轉(zhuǎn)換為定義的模擬量。

輸出模擬量定義如下：
輸出的軌跡特征 內(nèi)部的輸出值 RCX的輸入中值（判斷值）

一共是11種狀態(tài)，為了避免信息混亂，所有特殊的軌跡狀態(tài)（判斷值小于3，大于7的）均是在走過(guò)后輸出，輸出維持 100 ms ,以確保RCX能可靠獲取。

對(duì)于偏離軌跡的判斷，如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)特殊軌跡，偏離后只會(huì)維持3或7 輸出，必須糾偏后回到狀態(tài)5，才繼續(xù)判斷其它狀態(tài)。

☆判斷值建立和采樣器安裝調(diào)試模塊 —— 為了建立軌跡和背景之間的判斷值和變化方向，需要有一個(gè)調(diào)試狀態(tài)，同時(shí)完成對(duì)采樣器安裝的調(diào)試。

進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)借用 ICP 口中的P0.5，正常工作時(shí)P0.5 浮空（芯片內(nèi)部上拉），為高電平，對(duì)地接一個(gè)按鈕，按一下進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)。在調(diào)試狀態(tài)下，輸出為采樣器的實(shí)際值，可以通過(guò)RCX的VIEW功能對(duì)采樣器的安裝位置進(jìn)行調(diào)試。

具體操作模式為：第一次按時(shí)，進(jìn)入調(diào)試模式，輸出1號(hào)采樣值，可根據(jù)此值調(diào)試采樣器安裝位置，再按依次輸出2、3、4號(hào)采樣值，第五次按前將1、2 號(hào)采樣器置于軌跡上，3、4置于背景上（軌跡外），輸出的是判斷域值，此時(shí)再按下按鈕將保存判斷域值，并返回到工作模式，完成調(diào)試過(guò)程。

在上述過(guò)程中，電源指示的閃爍方式為：在調(diào)試1號(hào)時(shí)，閃一下，滅1秒；調(diào)試2號(hào)時(shí)，閃2下，滅1秒；依次到輸出判斷域值時(shí)，閃5下，滅1秒?；氐秸９ぷ鲿r(shí)連續(xù)閃爍。

程序完成紀(jì)錄軌跡及背景的采樣值，計(jì)算出判斷值以及變化方向，并寫入FLASH中保存，不再次進(jìn)入調(diào)試不會(huì)被修改。

采樣在1ms 中斷中完成，建立標(biāo)志。主程序根據(jù)標(biāo)志啟動(dòng)計(jì)算或調(diào)試模塊，輸出對(duì)應(yīng)的結(jié)果。

四、使用方法

連接示意圖：

ROBOLAB 程序：

以上程序只是一個(gè)示例，對(duì)于特殊軌跡沒(méi)有處理，具體應(yīng)用時(shí)可根據(jù)需求添加。

上述采樣器的布置方案不是唯一的，可能有更好的模式，我們提供的只是一種思路，希望能起到拋磚引玉的作用。

五、擴(kuò)展應(yīng)用
上述模式也可用于其它的應(yīng)用，如在青少年機(jī)器人足球項(xiàng)目中，用于對(duì)灰色漸變場(chǎng)地的監(jiān)測(cè)，本采樣器在LEGO 提供的練習(xí)紙上測(cè)試，最黑處約為180，最亮處約為 920，紅灰測(cè)試塊的灰色約為480。而用原配的光感，最黑處約為35，最亮處約為55，紅灰測(cè)試塊的灰色約為 44。

我沒(méi)有在足球場(chǎng)地紙上試過(guò)，但根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以初步推論：用于監(jiān)測(cè)足球場(chǎng)地的灰度變化會(huì)比原來(lái)大有改善，而且，如果使用者有能力用C51編程的話，肯定會(huì)使足球水平大有提高。

如果將現(xiàn)在用于監(jiān)測(cè)軌跡的反射采樣器換為檢測(cè)紅外球的采樣器，那么用在守門員或進(jìn)攻機(jī)器人上，對(duì)找球?qū)?huì)有很大的好處，這樣RCX可以專注于策略。而且，用LEGO參加足球賽的學(xué)校也可以體現(xiàn)出水平了，因?yàn)閭鞲衅鞯男阅?、功能可以根?jù)自己的需要改變，而非統(tǒng)一提供的，大家指標(biāo)差異有限。