配套Lego組合機(jī)器人的超聲波防撞電路設(shè)計(jì)

　　這種探測(cè)器的依據(jù)是超聲波具有很強(qiáng)的方向性。發(fā)送的傳感器發(fā)出連續(xù)信號(hào)。在這個(gè)裝置之前約幾米的適當(dāng)物體可以把相當(dāng)強(qiáng)的信號(hào)反射回到接收傳感器。發(fā)送和接收傳感器只相隔大約50毫米，所以方向性強(qiáng)的超聲波保證從發(fā)射器到接收器之間的直接耦合波顯得微不足道。這個(gè)電路從RCX裝置獲得電源，它就和一種標(biāo)準(zhǔn)Lego探測(cè)器一樣連接到RCX裝置的一個(gè)輸入端口。并沒(méi)有特別支持采用RCX代碼或者 Mindstorms套件通常共用的其他編程語(yǔ)言的超聲波探測(cè)器。因此，可以利用軟件以標(biāo)準(zhǔn)有源探測(cè)器。例如Lego光探測(cè)器的相同基本方式操縱它。

　　圖中是超聲波探測(cè)器的整個(gè)電路圖。二極管列陣由D1至D6組成，而標(biāo)準(zhǔn)的橋式整流器則由D1至D4組成。這個(gè)整流器連同濾波電容C3產(chǎn)生7伏特電源。橋式整流器提供全波整流，所以電路怎樣連接RCX裝置都沒(méi)有關(guān)系。

　　RCX裝置內(nèi)部的上拉電阻通常使輸入端子處于高電位。D5和D6使IC1a的輸出把RCX端口輸入端拉低至0伏電壓。這個(gè)裝置怎樣連接RCX裝置也是沒(méi)有關(guān)系的。IC1a的輸出通過(guò)兩個(gè)二極管的任何一個(gè)連接端口的帶電輸入端。在輸入提供電源的時(shí)間內(nèi)，兩個(gè)二極管的其中一個(gè)就會(huì)阻斷電源，因此只有極小電流流過(guò)兩個(gè)二極管。在這些時(shí)間內(nèi)，lC1a的輸出連接電源，但R1卻阻止過(guò)量的輸出電流流入IC1a的輸出級(jí)。

　　IC1a是緩沖放大器，它是普通的電壓跟隨級(jí)。IC1b是直流放大器。它以同相模式操作，反饋電阻R2和R3把它的閉環(huán)電壓增益調(diào)整倒3．7。要注意，lC1采用的LM358N是用在沒(méi)有負(fù)電源的直流電路的。其他大多數(shù)運(yùn)算放大器并不能提供這里要求的很低輸出電壓，所以不建議使用代用器件。TR1放大接收傳感器Mic1的輸出。TR1用簡(jiǎn)單的共射極放大器，它提供超過(guò)40dB的電壓增益。C2將其輸出耦合到D7和D8組成的半波整流器電路。C1和 R4組成平滑濾波電路。發(fā)射器電路只是采用標(biāo)準(zhǔn)震蕩配置的555時(shí)基電路（IC2）。RCX裝置可以從每個(gè)輸入端提供的最大電源電流是相當(dāng)有限的，所以IC2最好采用低電源的 555。否則就會(huì)出現(xiàn)負(fù)載太大的風(fēng)險(xiǎn)以致獲得不合適的電源電壓。VR1是頻率控制器，通常調(diào)節(jié)它而使電路產(chǎn)生最佳性能。不過(guò)，如果需要降低靈敏度，可以故意使它偏離最佳頻率。

　　最后檢查過(guò)接線之后，就可以進(jìn)入調(diào)試階段。先把VR1調(diào)整到差不多中央的位置。測(cè)試和調(diào)試探測(cè)器的最好方法是把它連接到裝置的輸入。并且把輸入調(diào)到使用有源探測(cè)器，例如Lego的光探測(cè)器進(jìn)行工作。如果把輸入調(diào)整到使用無(wú)源探測(cè)器，例如觸摸式探測(cè)器，則就完全不能工作。因?yàn)樗粫?huì)從輸入端口接收到較大的電源電壓。把探測(cè)器連接合適的輸入端口，并且接通RCX裝置。按住RCX裝置上的觀看按鈕直至箭頭游標(biāo)指出顯示器正在檢測(cè)正確的輸入端口為止。探測(cè)器應(yīng)該多少有點(diǎn)發(fā)揮作用，把傳感器對(duì)準(zhǔn)大的空間時(shí)可以獲得高的讀數(shù)，如果把手掌放在傳感器前面就可以獲得低得多的讀數(shù)。最大讀數(shù)可能低于100，通常大約在80到90之間。最小讀數(shù)可能是零或者接近零。如果它多少能工作，下一步就是調(diào)節(jié)VR1而取得最佳性能。

　　先使探測(cè)器面對(duì)墻壁，然后移動(dòng)裝置距離墻壁足夠遠(yuǎn)而使顯示器產(chǎn)生高的讀數(shù)。接著，調(diào)節(jié)VR1而獲得盡可能低的讀數(shù)。如果是這樣，再把探測(cè)器移離開(kāi)墻壁而恢復(fù)較高的讀數(shù)，然后再調(diào)節(jié)VRl而獲得盡可能低的讀數(shù)。可能需要重復(fù)這個(gè)過(guò)程幾次才會(huì)產(chǎn)生盡可能大的工作距離。這個(gè)裝置的最大工作可能是2米左右，如果覺(jué)得距離太遠(yuǎn)了，可以調(diào)節(jié)VR1讓它偏離最佳工作點(diǎn)。假如需要大約O.5米的最大工作距離。把探測(cè)器方在距離墻壁O．5米之處。然后調(diào)整VR1而獲得低讀數(shù)，不過(guò)是大于零的讀數(shù)。這樣，探測(cè)器大致會(huì)以所需要的工作距離工作。