激光扫描原理的路径检测方案 第2页
直接从扫描器中的I/V转换电路引出光强信号，结合其扫描同步信号，利用自行设计的电路完成赛道检测的硬件电路部分。
• 将原扫描器上的小功率激光二极管更换成相同波长、同种封装的大功率激光二极管。我们使用的是50mW的激光二极管，但原先的驱动电路不能与之匹配，故自行设计了激光驱动电路，并稍稍调整激光二极管的安装位置，有意使其偏离准直透镜的焦点位置，从而使扫描线适当加粗，降低扫描器对干扰目标的敏感度。
赛道引导线的基本检测原理
如图3所示，示波器的CH1接扫描同步信号，同步信号一个周期代表着两个扫描周期：高电平部分为从左到右扫描，低电平部分反之。通道CH2为I/V电路输出的光强信号波形，由实验可知，此波形中凹槽的宽度、位置与赛道中央黑色引导线的宽度、位置相对应，改变扫描线与引导线的相对位置，凹槽的位置也相应改变。值得注意的是，随着同步信号的高低电平变化，凹槽的位置呈水平镜像翻转。
实验得出：光强信号的幅值是不稳定的，与赛道的反射率有关：反射率大时，光敏二极管输出的电流相对较大，信号的幅值也相对较高，反之亦然，此外，与引导线对应的波形凹槽部分，其幅度也只有十几毫伏，基于这两种原因，如果简单地使用阈值比较器，不能稳定地检测引导线。通过分析信号波形，我们可以发现引导线信号(即波形中的凹槽部分)的两个特点：
• 电压变化率(du/dt)最大，分别出现在引导线的两侧;
• 引导线信号的宽度与实际宽度呈对应关系。
由此，可以利用微分放大电路获得两个大幅度、方向相反的du/dt信号(如CH3所示)，再利用两个比较器将两个信号检出(CH4)，最后由DG128的输入捕捉模块测量出脉冲的宽度与位置。
激光驱动电路
大功率半导体激光二极管通常不带有光敏检测管(PD)，因此，我们没有使用功率闭环电路，而是采取了一个可调恒流源控制电路，使激光二极管的输出功率能在合适的范围内调节。如图4，电路的核心部分是由LM317L(三端可调稳压器)构成的恒流源电路，其最小输出电流为1.25V / (R22 + R10) ≈ 57mA，最大输出电流为1.25V /(R22)≈ 104mA。恒流电路为激光二极管提供了稳定的驱动电流，保证激光二极管的输出功率符合要求。
此外，为了在待机状态下减少功耗，电路中设计了关闭激光管的功能(由Q2、R21、U3F构成)。
信号检测电路
完整信号检测电路如图5，考虑到激光扫描器内的光敏二极管输出信号十分微弱，而我们自行设计的电路与扫描毕业论文
http://www.youerw.com/V输出电路的阻抗较低，可以有效防止信号被干扰，如果读者无法找到这个信号，可以在离光敏二极管尽可能近的位置，使用微型封装的单运放电路实现一个I/V电路，参考电路如图6。
Uout=If×Rf
需要特别指出的是，由于光敏二极管产生的电流极小，应该使用低偏置电流的运放(fA级)，例如LMC6462。
光强信号首先经过一个截止频率为34kHZ的二阶RC有源滤波电路，滤除高频信号，降低电路系统对诸如小黑斑、缝隙等干扰目标的敏感度。截止频率的选取与扫描速度有关，扫描速度越高，截止频率应该随之提高，在较低的扫描速度下，还可以进一步降低截止频率，以降低对干扰目标的敏感度。
滤波器的输出信号经过R29送由U1B为核心的微分放大器，这也是路径检测电路的核心，微分放大电路的传递函数为Uo=-RC(dui/dt)，dui/dt即为输入电流的变化速率，R=R47+R44，C=C18。
R29的作用如下：一是限制微分放大电路的输入电流，防止小幅度的电压阶跃信号被当作引导线信号，调整R29的阻值可以改变输入电流的大小;二是防止微分放大电路的容性输入负载对前级运放电路的影响。稳压二极管D1和D2是用于防止U1B因为输出幅度过大导致运放进入深度饱和状态，影响运放对输入信号的响应能力，原理如下：当运放输出电压超过4.6V时(需要加上D2的正向导通电压0.7V)，D1被击穿，将输出幅度限制在4.6V左右，当运放输出电压低于0.4V时(同样需要加上D1的正向导通电压0.7V)，D2被击穿，将输出幅度限制在0.4V，需要注意的是：必须使用反向漏电电流低的稳压管，以防止稳压管的等效电阻降低微分放大电路的增益。
由于我们需要U1B工作在两个象限：对应输入电流变化率为正的上跳变和输入电流变化率为负的下跳变，而电路的工作电压为单电源，因此，我们利用电路中的R32和R34将运放的同相端加上一个12V/2的偏置，这样就可以在两个象限输出信号。图3中的CH2与CH3分别是微分电路输入/输出信号的波形，可以很清楚地观察到微分放大电路的作用。
微分放大电路的输出经过R22和C33滤除可能存在的尖峰脉冲后送入由U4A和U4B构成的比较器，分别将符合幅度条件的上跳变信号和下跳变信号分别检出，并经过U7E和U7B反相器(带施密特整形)送入由D触发器构成的RS触发器，触发器的输出波形见图3中的CH4所示，由于此波形中的脉冲代表了扫描线相对引导线的位置信息，下文将称之为“脉冲信号”。
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