CN205540992U - 一种基于激光传感器的智能车赛道计时装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于激光传感器的智能车赛道计时装置，属于计时装置技术领域。本实用新型包括激光发射装置和接收计时装置，激光发射装置的第一供电模块与发射电路串联；接收计时装置的第二供电模块、接收电路均与MCU单片机最小系统的输入端相连，MCU单片机最小系统的输出端连接信号显示模块；发射电路通过一激光调制管对激光发射管进行激光调制，向外发射一条180KHz激光束，接收电路通过一激光接收管接收激光发射管发射的激光束。本实用新型简单实用，设计方便，用于智能车赛道单圈计时，采用51单片机配合激光传感器发射、接收，计时精度高、稳定可靠，价格低廉，便于推广应用。

Description

一种基于激光传感器的智能车赛道计时装置

技术领域

本实用新型涉及一种计时装置，更具体地说，涉及一种基于激光传感器的智能车赛道计时装置。

背景技术

近年来，随着全国大学生智能汽车竞赛的火热开展，越来越多的大学生开始接触智能车的研究设计。全国大学生智能汽车竞赛已被列入教育部主办的全国五大赛事之一，如今已成功举办了十届。作为竞速赛项，比赛中衡量成绩的标准是单圈用时，而比赛时使用的计时装置价格昂贵、线路复杂，且需要人工操作，推广性差，不适合日常的调试训练过程；如何保证日常调试训练中智能车在赛道竞速时计时装置的操作性和可靠性，同时兼顾低成本，这是所有调试智能车的参赛者共同面临的问题。

经检索，中国专利号ZL 201320159241.1，授权公告日为2013年9月11日，发明创造名称为：智能车赛道专用计时器；该申请案包括计时器本体和光电传感器，所述计时器本体包括单片机、LED显示屏、蜂鸣器、选择按键和电源开关，所述电源开关通过稳压芯片与所述单片机电连接，所述单片机分别与所述LED显示屏、蜂鸣器和选择按键连接；所述光电传感器设置在赛道计时点一侧且与所述单片机连接，当赛车经过计时点时，所述光电传感器采集赛车经过信号并传送到所述单片机上。该申请案采用宽电压接口，能够满足智能车竞赛以及实验室日常的研发测试使用。但该申请案使用红外光电作为传感源，在计时精度上仍有所欠缺。

中国专利申请号201020622262.9，申请日为2010年11月24日，发明创造名称为：多功能智能车计时器；该申请案包括计时点通过信号采集模块、信号显示模块和电源适配器，还包括计时与电磁信号发生模块，电源适配器通过稳压芯片分别与计时点通过信号采集模块、计时与电磁信号发生模块及信号显示模块相连；所述的计时点通过信号采集模块包括激光发射管、4自由度手动可调反光镜和激光接收电路，且依次相连；所述的计时与电磁信号发生模块包括电压比较芯片、单片机和三极管H桥功率输出电路，且依次相连；信号显示模块又与单片机相连。该申请案能够同时用于智能汽车电磁组调试、比赛单圈计时和电磁信号发生。但该申请案制造成本较高，从实用性的角度考虑，不便于推广应用。

实用新型内容

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型为解决现有智能车赛道计时装置价格昂贵、线路复杂，不适合日常的调试训练的问题，提供了一种基于激光传感器的智能车赛道计时装置；本实用新型使用激光作为传感源，精度高于普通的红外光电，可以准确地记录智能车在赛道上的竞速单圈用时；使用常见的51单片机，成本低廉、准确可靠；使用八位数码管显示计时时间，采用三色LED灯指示计时状态，可供远距离观察，方便调试；且在使用中无基本操作，无需人为参与操作，高度实现自动计时，可满足应用广泛性的需要。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种基于激光传感器的智能车赛道计时装置，包括激光发射装置和接收计时装置，所述的激光发射装置包括第一供电模块和发射电路，第一供电模块与发射电路串联；所述的接收计时装置包括第二供电模块、MCU单片机最小系统、接收电路和信号显示模块，第二供电模块、接收电路均与MCU单片机最小系统的输入端相连，MCU单片机最小系统的输出端连接信号显示模块；所述的发射电路通过一激光调制管对激光发射管进行激光调制，向外发射一条180KHz激光束，所述的接收电路通过一激光接收管接收激光发射管发射的激光束。

更进一步地，所述的第一供电模块和第二供电模块均包括一块7.2V可充电镍镉电池和稳压电路，所述稳压电路利用7805芯片稳压输出5V电压。

更进一步地，所述的信号显示模块包括红黄绿指示电路和数码管显示电路，红黄绿指示电路的红、黄、绿三色LED灯采用共阳型接法；数码管显示电路由八只共阴型数码管串联而成。

更进一步地，所述发射电路中激光调制管的第二引脚接5V电压，第三引脚通过一三极管与激光发射管相连，实现对激光发射管的调制。

更进一步地，所述接收电路中激光接收管的第一引脚接地，第三引脚接5V电压，第二引脚为输出端，与4.7K电阻相连上拉到电源。

更进一步地，激光接收管的第二引脚连有一个共阳型接法的LED灯。

更进一步地，所述的MCU单片机最小系统采用STC89C52RC单片机。

更进一步地，所述单片机的P1.0引脚与激光接收管的第二引脚相连；单片机的P1.1、P1.2、P1.3引脚分别与红黄绿指示电路的红、黄、绿三色LED灯的控制脚相连；单片机的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6引脚分别与数码管显示电路中数码管的段选信号端子相连；单片机的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7引脚分别与数码管显示电路中数码管的片选控制信号端子相连。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本实用新型的一种基于激光传感器的智能车赛道计时装置，其激光发射装置的发射电路通过一激光调制管对激光发射管进行激光调制，可以向外发射一条180KHz激光束，由接收计时装置的接收电路接收，使用激光作为传感源，其计时精度高于普通的红外光电，可以准确地记录智能车在赛道上的竞速单圈用时；

(2)本实用新型的一种基于激光传感器的智能车赛道计时装置，其单片机采用STC89C52RC单片机，供电电路利用7.2V可充电镍镉电池和7805芯片，信号显示模块则利用红、黄、绿三色LED灯和八只数码管，成本低廉、准确可靠；

(3)本实用新型的一种基于激光传感器的智能车赛道计时装置，其使用八位数码管显示计时时间，采用三色LED灯指示计时状态，可供远距离观察，方便调试；

(4)本实用新型的一种基于激光传感器的智能车赛道计时装置，在使用中无需人为参与操作，高度实现自动计时，可满足所有调试智能车的参赛者在日常调试训练中单圈计时的需要。

附图说明

图1(a)为智能车赛道计时装置中激光发射装置的结构框图；图1(b)为智能车赛道计时装置中接收计时装置的结构框图；

图2为智能车赛道计时装置的稳压电路线路图；

图3为智能车赛道计时装置的发射电路线路图；

图4为智能车赛道计时装置的MCU单片机最小系统电路线路图；

图5为智能车赛道计时装置的接收电路线路图；

图6为智能车赛道计时装置的红黄绿指示电路线路图；

图7为智能车赛道计时装置的数码管显示时间电路线路图；

图8为智能车赛道计时装置主程序流程图；

图9为智能车赛道计时装置中断程序流程图。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

实施例1

结合图1(a)和图1(b)，本实施例的一种基于激光传感器的智能车赛道计时装置，包括激光发射装置和接收计时装置两个部分。所述的激光发射装置包括第一供电模块和发射电路，第一供电模块与发射电路串联；所述的接收计时装置包括第二供电模块、MCU单片机最 小系统、接收电路和信号显示模块，第二供电模块、接收电路均与MCU单片机最小系统的输入端相连，MCU单片机最小系统的输出端连接信号显示模块。

结合图2，本实施例的第一供电模块和第二供电模块均包括一块7.2V可充电镍镉电池和稳压电路，稳压电路选用7805芯片作为稳压芯片，通过7805芯片将7.2V电压转换输出为稳定的5V电压供给其他工作电路。图2中串联于电池和7805芯片之间的开关S0是激光发射装置和接收计时装置的各自总控制开关。

结合图3，所述发射电路使用了一个180KHz激光调制管JP2，激光调制管JP2的第二引脚接5V电压，第三引脚通过s8050三极管的放大实现对一个5mW激光发射管D2的调制，以发出一条180KHz激光束，用来定点检测赛道中有无智能车经过。

所述MCU单片机最小系统如图4所示，其使用一块STC89C52RC型号51单片机，基本工作电路由电源接口、复位电路、晶振电路及P0口的上拉排阻组成。其中，复位电路中的复位按键SW1可以作为所述激光赛道计时装置的复位按键来使用，晶振选用12MHz，使用P1.0—P1.3、P0.0—P0.6、P2.0—P2.7引脚用于与其他工作电路进行数据交换。

结合图5，所述接收电路中激光接收管JP1是专用于接收180KHz激光的接收元件，激光接收管JP1的第一引脚接地，第三引脚接5V电压，第二引脚为输出端，与4.7K电阻R1相连上拉到电源，同时与单片机的P1.0引脚相连。另外第二引脚连有一个共阳型接法的LED灯D1用作是否接收到激光束的指示，当激光接收管JP1接收到激光时，P1.0口输出0V低电平，指示灯D1点亮，当激光接收管JP1接收不到激光时P1.0输出5V高电平，指示灯D1熄灭。

结合图6和图7，本实施例的信号显示模块包括红黄绿指示电路和数码管显示电路，红黄绿指示电路的红、黄、绿三色LED灯采用共阳型接法，阳极均与5V电源相连，阴极均先与2K限流电阻串联后分别连到单片机的P1.1、P1.2、P1.3引脚。数码管显示电路由八只共阴型数码管串联而成，八位数码管的段选信号端子a、b、c、d、e、f、g各自连在一起，分别与单片机的P0.0—P0.6相连，片选信号分别经过S9012三极管由单片机的P2.0—P2.7八个引脚控制。当智能车在起点前准备时，八位数码管显示“Ready_go”，黄色指示灯亮，进入“计时等待”状态；当智能车经过起点时，激光束被遮挡，进入“计时中”状态，八位数码管实时显示“分—秒—毫秒”的动态加计数绿色指示灯亮；当智能车回到起点，即到达终点时，再次遮挡激光束，进入“计时停止”状态，八位数码管显示智能车在赛道中的单圈用时时间，红色指示灯亮。

图8是本实施例的智能车赛道计时装置主控制程序流程图，图9是中断程序流程图。本实施例采用51单片机片内十六位定时器进行定时，采用定时中断的方法计时，最小计时单位 设置是10ms，精确度为0.01s。

结合图8，设置Status_Flag变量作为状态指示标志，当智能车在起点前准备时，激光发射管发出激光束被激光接收管接收到，Status_Flag为0，进入“计时等待”状态，八位数码管显示“Ready_go”，黄色指示灯亮；当智能车经过起点时，激光束被遮挡，程序第一次检测接收不到激光，Status_Flag被从0置为1，计时启动，进入“计时中”状态，八位数码管实时显示“分—秒—毫秒”的动态加计数，绿色指示灯亮；当智能车完成单圈竞速回到起点，即到达终点时，再次遮挡激光束，第二次检测接收不到激光，则Status_Flag被从1置为2，计时停止，进入“计时停止”状态，八位数码管显示智能车在赛道中的单圈用时时间，红色指示灯亮。

为了实现精确计时，考虑到智能车在经过起点和到达终点时会因为车体有一定长度而持续遮挡激光束，无法检测真正出发和到达的时刻，故而软件里设置当“计时等待”状态(Status_Flag＝0)下激光束首次被遮挡时，进入“计时中”状态(Status_Flag＝1)，且该状态持续3秒时间，即Count>300，只有当3秒以后激光束被再次遮挡，才进入“计时停止”状态(Status_Flag＝2)，这样即可以保证不会发生智能车车体在经过起跑线区域过程中因为连续两次遮挡激光束而使计时开始又立刻停止的问题出现。

为了实现前一次单圈计时完成后，可以自动检测下一次的单圈计时而无需人为操作，设置当前一次单圈计时结束后，即为“计时停止”状态(Status_Flag＝2)，如果智能车再次在起点准备下一次出发，当第二次智能车从起点出发时遮挡激光束，程序会自动检测“计时停止”状态有无持续100个程序周期，即Number>100，如果已持续则会自动重新开始计时，进入新一轮的“计时中”状态(Status_Flag＝1)，这样即可以保证不会发生智能车车体在经过终点线(也是起点线)区域过程中因为连续两次遮挡激光束而使单圈用时瞬时出现在数码管上后又立刻消失继而进行下一次重新计时的问题出现。

结合图9，中断程序流程中每隔10ms定时，程序则进入中断，中断中主要是对计数值变量Count执行加1操作，即每隔10ms，Count变量加1。图8中所述“数码管显示Count值”是将已是10ms倍数的计数值Count转换为分、秒、毫秒分别在八位数码管上显示，显示格式为“分—秒—毫秒”，其中分占两位数码管，秒占两位，毫秒占两位，中间两个“—”符号各占一位，具体转换关系为：

“毫秒”时间＝count％600；

“秒”时间＝count/100％60；

“分”时间＝count/100/60。

本实施例的基于激光传感器的智能车赛道计时装置具体使用步骤如下：

一、将激光发射装置和接收计时装置放置在智能车赛道起跑线两边，打开两个装置的各自总控制开关(图2中S0)，让激光发射装置发出的激光束与起跑线重合，并对准接收计时装置中的激光接收管。判断是否对准的依据时：激光对准激光接收管时，激光接收管第二引脚输出0V低电平，图5所示激光接收管JP1第二引脚上所连的LED指示灯D1点亮，若没对准，D1指示灯灭。

二、激光对准后，按下图4所示MCU单片机最小系统中复位按键SW1，待图7所示八位数码管显示““Ready_go”，并且图6中所示的黄色指示灯亮后，说明已经启动激光赛道计时装置，程序进入“计时等待”状态。

三、对智能车进行单圈计时时，在“计时等待”状态下将智能车放于赛道起跑线前，当智能车启动后经过起跑线第一次遮挡激光束时，程序进入“计时中”状态且持续3秒不会跳转其他状态，以保证3秒内即使因为车体有一定长度而持续遮挡激光束，也不会触发“计时停止”状态。“计时中”状态过程中，八位数码管实时显示“分—秒—毫秒”的动态加计数计数，绿色指示灯亮。

四、当智能车完成单圈循环到达终点、也即回到起跑线时，激光束被第二次遮挡，程序进入“计时停止”状态且持续100个程序周期不会跳转其他状态，以保证100个程序周期内即使因为车体有一定长度而持续遮挡激光束，也不会触发再次“计时中”状态。“计时停止”状态过程中，八位数码管最终持续显示“分—秒—毫秒”的单圈用时时间，红色指示灯亮。

五、如果想测量第二次单圈用时而装置一直处于“计时停止”状态，可以选择手动或者自动两种模式使所述激光赛道计时装置重新工作。手动模式是指按下图4所示MCU单片机最小系统电路中的复位按键SW1来复位单片机，使得回到“计时等待”状态位，即数码管显示““Ready_go”，并且黄色指示灯点亮，后续步骤接步骤二；自动方式是指不操作等待软件自动检测开始下一次计时，当智能车又一次经过起跑线时，该计时装置会自动进入“计时中”状态，而使得八位数码管实时显示“分—秒—毫秒”的动态加计数计数，绿色指示灯亮，后续步骤接步骤四。

六、停止使用所述激光赛道计时装置时，只需关闭所述激光发射装置和接收计时装置各自在图2稳压电路中所示的总控制开关S0即可。

实施例1所述的一种基于激光传感器的智能车赛道计时装置，简单实用，设计方便，用于智能车赛道单圈计时，采用51单片机配合激光传感器发射、接收，计时精度高、稳定可靠，价格低廉，带有红、黄、绿三色LED灯指示功能，方便了解计时装置的状态，利用八只数码管显示计时，动态显示、实时观看，更符合智能车竞速的氛围，本装置赛前在赛道上放置好后，兼容手动、自动复位，操作简单，适用性好。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于激光传感器的智能车赛道计时装置，其特征在于：包括激光发射装置和接收计时装置，所述的激光发射装置包括第一供电模块和发射电路，第一供电模块与发射电路串联；所述的接收计时装置包括第二供电模块、MCU单片机最小系统、接收电路和信号显示模块，第二供电模块、接收电路均与MCU单片机最小系统的输入端相连，MCU单片机最小系统的输出端连接信号显示模块；所述的发射电路通过一激光调制管对激光发射管进行激光调制，向外发射一条180KHz激光束，所述的接收电路通过一激光接收管接收激光发射管发射的激光束。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光传感器的智能车赛道计时装置，其特征在于：所述的第一供电模块和第二供电模块均包括一块7.2V可充电镍镉电池和稳压电路，所述稳压电路利用7805芯片稳压输出5V电压。

3.根据权利要求2所述的一种基于激光传感器的智能车赛道计时装置，其特征在于：所述的信号显示模块包括红黄绿指示电路和数码管显示电路，红黄绿指示电路的红、黄、绿三色LED灯采用共阳型接法；数码管显示电路由八只共阴型数码管串联而成。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种基于激光传感器的智能车赛道计时装置，其特征在于：所述发射电路中激光调制管的第二引脚接5V电压，第三引脚通过一三极管与激光发射管相连，实现对激光发射管的调制。

5.根据权利要求4所述的一种基于激光传感器的智能车赛道计时装置，其特征在于：所述接收电路中激光接收管的第一引脚接地，第三引脚接5V电压，第二引脚为输出端，与4.7K电阻相连上拉到电源。

6.根据权利要求5所述的一种基于激光传感器的智能车赛道计时装置，其特征在于：激光接收管的第二引脚连有一个共阳型接法的LED灯。

7.根据权利要求6所述的一种基于激光传感器的智能车赛道计时装置，其特征在于：所述的MCU单片机最小系统采用STC89C52RC单片机。

8.根据权利要求7所述的一种基于激光传感器的智能车赛道计时装置，其特征在于：所述单片机的P1.0引脚与激光接收管的第二引脚相连；单片机的P1.1、P1.2、P1.3引脚分别与红黄绿指示电路的红、黄、绿三色LED灯的控制脚相连；单片机的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6引脚分别与数码管显示电路中数码管的段选信号端子相连；单片机的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7引脚分别与数码管显示电路中数码管的片选控制信号端子相连。