機電基礎實踐通識課程_5擴展實踐_7光敏電阻導航

1、用光敏電阻進行智能車導航用光敏電阻進行智能車導航機電基礎實踐通識課程王 驗內容實驗內容n 搭建和測試光敏電阻電路 n 行走和躲避陰影 n 對光敏電阻的進一步研究 n光在機器人和工業(yè)控制領域有很廣泛的應用。比如在紡織工業(yè)中感應織物轉筒的邊沿，確定一年中不同時期什么時候打開街燈，什么時候拍照或者什么時候給許許多多的莊稼灌溉。n本實驗將用光敏電阻讓寶貝車檢測不同的光亮度水平。光敏電阻是一種其電阻值依賴于光強的光傳感器，即其阻值由照射到光檢測表面的光的亮度或強度決定（LDR Light Dependent Resistor）。光敏電阻實物圖光敏電阻示意圖6.1 搭建和測試光敏

2、電阻電路 n原理圖6.1.1 光探測電路是如何工作的n設定為輸入的 I/O 口實際上并不需要 5 V 來使其輸入寄存器的值為 1，任何大于 1.5V 的電壓都會使其寄存器的值為 1。同樣的，I/O 口也不是需要 0 V 來使其輸入寄存器的值為 0，任何小于 1.5 V 的電壓都會使其寄存器的值為 0。n當微控制器的 I/O 口是輸入口時，下圖是其等效電路。光敏電阻的阻值用字母 R 來表示。如果光特別亮，電阻值非常小，如果是在完全黑暗的環(huán)境中，電阻值接近 50 k。在一個帶熒光天花板的光線好的屋子里，電阻值可能小到 1 k（光線沒有任何遮擋）或大到 25k（陰影遮住了光敏電阻）。n由于光敏電阻的

3、阻值隨著光照的強弱而改變，Vo 點的輸出電壓也隨之改變；當 R 增大時，Vo 會減?。划?R 減小時，Vo 會增大。Vo 正是當微控制器的 I/O 口作為輸入口時檢測到的電壓。如果電路連接到 P1_5，當 Vo 的值大于1.5 V 時，P1 寄存器的第 6 位為 1，當Vo 的值小于1.5 V 時，P1 寄存器的第 6 位為 0。6.1.2 探測陰影n陰影使光敏電阻的電阻值R增大，反過來使電壓Vo減小。在一個燈光比較好的屋子里，2 k電阻使Vo的值剛好大于1.5 V。如果用手投一個陰影，Vo會小于臨界值1.5 V。n參照觸須中的例子，編寫這樣的程序，檢測你所搭建的電路對環(huán)境是否有效。如果達不到

4、預期的效果，需要調整電路的元件6.1.3 測試程序#include#includeint P1_5state(void) return (P1&0 x20)?1:0; int P1_6state(void) return (P1&0 x40)?1:0; int main(void)uart_Init();printf(PHOTORESISTOR STARTESn); while(1) printf(L=%dn,P1_5state(); printf(R=%dn,P1_6state(); delay_nms(150); 6.2 行走和躲避陰影n類似于觸須導航的實驗，我們用光線也可

5、完成對小車的引導n先實現(xiàn)簡單的功能：用手在光敏電阻上投一個陰影時，寶貝車機器人能夠避開陰影。試驗無陰影，遮住右邊的光敏電阻，遮住左邊的光敏電阻，同時遮住兩個光敏電阻的情況。n程序和觸須導航的程序大致相同，你們可以試試。此處略。 n觸須的作用和光敏電阻畢竟有些不同，一個是接觸式的，一個是非接觸的，那么，完全的套用觸須導航的程序似有不妥，原來的觸須程序又需要改動的地方嗎？n看一個條件判斷程序段nelse if(P1_5state()=0)Backward();/向后Right_Turn();/向右6.2.1 非接觸式傳感器n通過去掉導航子程序中的for循環(huán)，可以使機器人響應更迅速。這對觸須導航來說

6、是不可能的，因為寶貝車機器人已經(jīng)接觸到物體，在轉向之前必須后退。當用陰影來引導寶貝車時，無論寶貝車在向前移動或者做其他動作，它都會在每個脈沖之間探測是否仍有陰影。 n我們嘗試用陰影來引導小車n如果沒有陰影遮住光敏電阻，寶貝車機器人會靜止不動，當同時遮住兩個光敏電阻時，寶貝車機器人會向前移動，當只遮住一個光敏電阻時，機器人會向探測到陰影的光敏電阻一側轉動。 6.2.2 更易于響應陰影控制的寶貝車看一段程序if(P1_5state()=0)&(P2_3state()=0) /都探測到陰影，向前運動 P1_1=1; delay_nus(1700); P1_1=0; P1_0=1; delay

7、_nus(1300); P1_0=0; else if()delay_nms(20);還可以做其他的嘗試，修改程序，達到較好的效果n從光敏電阻電路得到的僅有的信息是光的強度高于還是低于閾值。本實驗將介紹一個不同的電路，微控制器能夠通過該電路監(jiān)測并收集足夠的信息以確定相對光強。n微控制器從電路得到的值范圍從小到大，小值表明光比較強，大值表明光比較弱。這就意味著基于不同光強不用手工替換不同阻值的電阻，只需調整程序來尋找不同范圍的值。6.3 對光敏電阻的進一步研究6.3.1 電容的引入n電容是存儲電荷的器件，它是許多電路的基本元素。電容存儲了多少電荷用法拉來表示，1法拉是一個非常大的值，在寶貝車機器

8、人電路中不實用。本節(jié)中所使用的電容存儲的電荷量是百萬分之幾法拉。1法拉的百萬分之一叫做微法，用F表示。這個練習中你所使用的電容是 0.47 F。 我們學過電容的基本公式Q=CU，Q是電量，C是電容容量，U是電容兩端的電壓，我們可以看到當C越大時，電容的存儲能力就越強。同時你還可以看到我們這個實驗所使用的電容是電解電容， 注意圖中的接法，這種電容是有極性的，通常有白色標記的一則為負。電容的示意圖和零件圖光敏電阻RC電路6.3.2 RC電路的工作原理n把上圖電路中的電容看作一個微小的可充電電池。n當P1_5發(fā)送一個低電平信號時，電容兩端將有接近5V的壓差，此時電容的正極接近0V，負極為5V。n當P

9、1_5發(fā)送一個高電平信號時，電容兩端的電壓差應接近0V，但是這并不是一下就能實現(xiàn)的，而是有一個過程，即電源VCC和P1_5對C1充電的過程這是由電容的特性決定的，電容兩端的電壓不能突變。 nP1_5對電容的充電作用與VCC比起來影響很小，因為高電平時P1，P2， P3口所能提供的最大電流為40uA。所以VCC的充電將起主要作用。VCC通過R1對電容充電，n當R1的電阻不同時，充電時間也不一樣。如果由于外界光線比較弱，光敏電阻的阻抗值大，電容就需要更長的時間充電。如果外界光線非常強，光敏電阻的阻抗值小，它阻止電流的能力很弱，電容充電時間短，電容的電壓很快接近5V。如果微控制器的程序邊充電邊監(jiān)測電

10、壓，我們就可以測量出充電時間。6.3.3 測量RC充電時間 n可以編程使微控制器給電容充電然后測量電容電壓充到5 V所用的時間。測量到的充電時間可以用來表征光敏電阻的阻值。阻值反過來又表示光敏電阻探測到的光的強弱。這個測量需要使用定時器。p1.給電容放電。p2.電容器充電，讓計數(shù)器計數(shù)，并計算充電時間，并把結果存在變量中。 定義變量 unsigned int count; unsigned int timeLeft; 下面代碼是給電容充電，測量RC充電時間并存儲在timeLeft變量中 TH0=TL0=0; TMOD=TMOD|0 x01;P1_5=0;/置P1_5口等于0delay_nms(300); P1_5=1; TR0=1; while(P1&0 x20)=0);count=TH0; count=count8; count=count+TL0; timeLeft=count; T0=0;/給定時器附初值/啟動定時器/給電容充電/延時給電容器放電/設置定時器T0為1