機(jī)電基礎(chǔ)實踐通識課程_5擴(kuò)展實踐_7光敏電阻導(dǎo)航

1、用光敏電阻進(jìn)行智能車導(dǎo)航用光敏電阻進(jìn)行智能車導(dǎo)航機(jī)電基礎(chǔ)實踐通識課程王 驗內(nèi)容實驗內(nèi)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(jìn)一步研究 n光在機(jī)器人和工業(yè)控制領(lǐng)域有很廣泛的應(yīng)用。比如在紡織工業(yè)中感應(yīng)織物轉(zhuǎn)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(qiáng)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(qiáng)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(shè)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(dāng)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(qiáng)弱而改變，Vo 點的輸出電壓也隨之改變；當(dāng) R 增大時，Vo 會減小；當(dāng) R 減小時，Vo 會增大。Vo 正是當(dāng)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(dāng) Vo 的值大于1.5 V 時，P1 寄存器的第 6 位為 1，當(dāng)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(dá)不到

4、預(yù)期的效果，需要調(diào)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(dǎo)航的實驗，我們用光線也可

5、完成對小車的引導(dǎo)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(jī)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)航子程序中的for循環(huán)，可以使機(jī)器人響應(yīng)更迅速。這對觸須導(dǎo)航來說

6、是不可能的，因為寶貝車機(jī)器人已經(jīng)接觸到物體，在轉(zhuǎn)向之前必須后退。當(dāng)用陰影來引導(dǎo)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(dǎo)小車n如果沒有陰影遮住光敏電阻，寶貝車機(jī)器人會靜止不動，當(dāng)同時遮住兩個光敏電阻時，寶貝車機(jī)器人會向前移動，當(dāng)只遮住一個光敏電阻時，機(jī)器人會向探測到陰影的光敏電阻一側(cè)轉(zhuǎn)動。 6.2.2 更易于響應(yīng)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(dá)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(qiáng)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(qiáng)。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(qiáng)，大值表明光比較弱。這就意味著基于不同光強(qiáng)不用手工替換不同阻值的電阻，只需調(diào)整程序來尋找不同范圍的值。6.3 對光敏電阻的進(jìn)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(jī)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(xí)中你所使用的電容是 0.47 F。 我們學(xué)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(dāng)C越大時，電容的存儲能力就越強(qiáng)。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(biāo)記的一則為負(fù)。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(dāng)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(fù)極為5V。n當(dāng)P

9、1_5發(fā)送一個高電平信號時，電容兩端的電壓差應(yīng)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(dāng)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(qiáng)，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(qiáng)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(jié)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(shè)置定時器T0為1