基于無(wú)線遙控小船的設(shè)計(jì)制作 畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、基于無(wú)線遙控小船的設(shè)計(jì)制作摘要：本設(shè)計(jì)采用編碼器構(gòu)成主從式控制系統(tǒng)，通過無(wú)線視頻編碼發(fā)射器和無(wú)線射頻解碼接收控制器來提高其控制的可靠性。小船是以塑料為船身，加以電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺旋槳驅(qū)動(dòng)，用兩個(gè)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制船的航向，rx-2芯片、控制電路和電源電路以及其它構(gòu)成，主要分電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分、無(wú)線遙控部分、航向控制部分等。本次設(shè)計(jì)基于完備的軟硬件系統(tǒng)，很好的實(shí)現(xiàn)了小船的無(wú)線遙控，任意航線的行駛，完成撒料喂魚的任務(wù)。關(guān)鍵詞：編碼器 轉(zhuǎn)向控制 rx-2芯片 電機(jī)驅(qū)動(dòng)一、緒論1.1課題產(chǎn)生的背景和意義1.1.1課題背景自第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生以來，智能機(jī)器的發(fā)展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子冶金、交通、宇航、國(guó)防等領(lǐng)域。近幾

2、年機(jī)器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用機(jī)器人的傳感的類越來越多，其中傳感器成為機(jī)器人自動(dòng)行走和障礙的重要部件。傳感器的典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽灾魇街悄軐?dǎo)航系統(tǒng)，對(duì)于傳感器的各種技術(shù)而言圖像處理技術(shù)已相當(dāng)發(fā)達(dá)，而基于圖像的理解技術(shù)還很落后，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)需要通過大量的運(yùn)算也能識(shí)別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡(jiǎn)單的目標(biāo)。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)碼相機(jī)、dvd/洗衣機(jī)、汽車等面向最終用戶的消費(fèi)類產(chǎn)品越來越呈現(xiàn)出光機(jī)電一體化、智能化、小型化、節(jié)能化等趨勢(shì)。光纖制造設(shè)備、集成電路芯片制造設(shè)備、石油化工生產(chǎn)設(shè)備、汽車和飛機(jī)制造設(shè)備等現(xiàn)代化的裝備工業(yè)也體現(xiàn)著機(jī)電一

3、體化、智能化、自動(dòng)化的顯著特點(diǎn)。高科技含量的點(diǎn)電子互動(dòng)式小車也將成為玩具行業(yè)發(fā)展的主流。目前，我國(guó)在這些方面的技術(shù)水平與歐美等擁有先進(jìn)制造技術(shù)的國(guó)家還有相當(dāng)?shù)牟罹?。我們迫切需要培養(yǎng)和訓(xùn)練能夠設(shè)計(jì)智能化、自動(dòng)化設(shè)備的工程技術(shù)人才。智能化作為現(xiàn)代科技發(fā)展的新方向，它可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，不需要人為的管理，可應(yīng)用于科技勘探，娛樂等用途。智能遙控小船就是其中的一個(gè)體現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)的無(wú)線遙控小船，采用rx-2芯片編碼器作為小船的控制核心；采用編碼器的高低頻來控制小船在各區(qū)域的行駛。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，而且還具有高智能化、人性化特點(diǎn)。 1.2.1課題目的及意義所謂遙控小船，是通

4、過無(wú)線遙控裝置，在指定的水域能航行，完成預(yù)定的喂魚功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)撒料，無(wú)需人工操作，減輕了勞動(dòng)者的體能勞動(dòng)。本次設(shè)計(jì)我們選擇“遙控小船的設(shè)計(jì)”是為了能更好地學(xué)習(xí)和研究自動(dòng)化的相關(guān)知識(shí)，掌握電路設(shè)計(jì)的方法和技巧。學(xué)會(huì)如何講學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中去，怎么能夠活學(xué)活用，深入的了解電子元器件的使用方法，了解各種元器件的基本用途和方法，能夠靈活敏捷的判斷電路中出現(xiàn)的故障，學(xué)會(huì)獨(dú)立設(shè)計(jì)電路，積累更多的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)焊接能力和技巧，同時(shí)在實(shí)踐過程中鍛煉查閱、歸納資料的能力，提高理論知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐的能力。同時(shí)通過親自獨(dú)立設(shè)計(jì)訓(xùn)練我們大學(xué)生應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際工程實(shí)際問題的技能，鞏固所學(xué)專業(yè)知識(shí)，拓

5、寬知識(shí)面。激發(fā)我們大學(xué)的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)大學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和綜合科研能力。1.2課題研究的預(yù)期目標(biāo)、主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排1.2.1課題研究的預(yù)期目標(biāo)本課題欲研究開發(fā)出一套基于無(wú)線電遙控小船，要實(shí)現(xiàn)的主要目標(biāo)有：（1）小船的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向功能，（2）撒料喂魚功能。1.2.2課題研究的預(yù)期目標(biāo)在本文中，智能小船要實(shí)現(xiàn)無(wú)線遙控，自動(dòng)撒料的功能，其中無(wú)線電遙控由無(wú)線電脈沖編碼，和解碼完成小船的預(yù)制功能。以下詳述各部分能容及結(jié)構(gòu)安排：第一章綜術(shù)國(guó)內(nèi)外遙控小船的發(fā)展的現(xiàn)狀和背景，對(duì)多種遙控技術(shù)、進(jìn)行說明，同時(shí)介紹了本文的選擇背景、主要研究?jī)?nèi)容和研究意義。第二章遙控小船的硬件設(shè)計(jì)的合理性和穩(wěn)定性是小船實(shí)現(xiàn)本文

6、功能要求的基礎(chǔ)。本章主要介紹了電源選擇、電機(jī)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路選擇、撒料喂魚裝置的選擇。第三章無(wú)線控電路的設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)。小船的總體效果圖二、總體設(shè)計(jì)2.1總體方案論證與比較方案一：自己制作遙控電路。我們采用一塊rx-2芯片來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過兩電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來改變船的方向的方案，使小船可以做轉(zhuǎn)彎的功能。在安裝時(shí)因保證兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)在一條水平線上使其平衡。這種結(jié)構(gòu)使得小船在前進(jìn)時(shí)比較平穩(wěn)，可以避免出現(xiàn)大的水潑改變小船的航向。為了保證小船的平衡應(yīng)將電池盒裝在船首來平衡船尾的電動(dòng)機(jī)。但是一般的說來，采用rx-2的芯片帶來的缺點(diǎn)：這種芯片制作麻煩電路板焊接出錯(cuò)將無(wú)法修復(fù)但從經(jīng)濟(jì)方面考慮其價(jià)格合理容易購(gòu)買。方案二

7、：購(gòu)買玩具電動(dòng)船。購(gòu)買的玩具電動(dòng)船具有組裝完整的遙控電路、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路。這種方案價(jià)格昂貴，不能發(fā)揮我們的動(dòng)手能力。比較以上方案的優(yōu)缺點(diǎn)，方案一簡(jiǎn)潔、靈活可擴(kuò)展性能好，能較好的實(shí)現(xiàn)題目的設(shè)計(jì)要求，因此本課題采用方案二來實(shí)現(xiàn)。方案二的基本原理圖如圖2.1所以。圖2.1 整機(jī)的控制單元2.2各獨(dú)立模塊論證與比較2.2.1電源的選擇方案一：采用兩個(gè)電源供電，將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源與撒料喂魚裝置電源完全隔離，利用光電耦合器傳輸信號(hào)。這樣可以使電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所造成的干擾徹底消除，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是多一組電池，增加了小車的重量，同時(shí)也增加了小船的慣性，消除了電動(dòng)機(jī)的控制性能，降低了靈敏。方案二：采用單一電源

8、供電。電源直接給電動(dòng)機(jī)供電，因電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間電流較大，會(huì)造成電源電壓波動(dòng)，因而控制需通過集成穩(wěn)壓供電，將電壓穩(wěn)定在一定數(shù)值范圍內(nèi)，以免有波動(dòng)電壓造成電路的損毀，同時(shí)也具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能，其供電方式也比方案一簡(jiǎn)單。我們?cè)谶x用的時(shí)候，根據(jù)自己的經(jīng)濟(jì)情況采用了第二種方案，并且選擇的是可充電電池組，作為供電電源。2.2.2電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的選擇1）電機(jī)的選擇對(duì)于無(wú)線遙控小船來說，其驅(qū)動(dòng)螺旋槳的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和撒料電機(jī)的選擇是十分重要。表2.1 電機(jī)選擇方案比較方案起停和正反轉(zhuǎn)其他特點(diǎn)方案一 步進(jìn)電機(jī)快速起停，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制靈活負(fù)荷不超過動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩值啟動(dòng)或反轉(zhuǎn)靈敏價(jià)格昂貴方案二 直流

9、電機(jī)無(wú)極快速起、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)體積小，重量輕，轉(zhuǎn)配簡(jiǎn)單，使用方便，性價(jià)比高綜上所述，我們選擇了方案二。2）驅(qū)動(dòng)電路的選擇 方案一：使用直流電機(jī)，加上適當(dāng)減速比的減速器。直流電機(jī)具有良好的調(diào)速性能，控制起來也比較簡(jiǎn)單。直流電機(jī)只要通上直流電就可連續(xù)不斷的轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)電壓的大小就可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上就是一個(gè)功率放大器。常用的驅(qū)動(dòng)方式是pwm方式，即脈沖寬度調(diào)制方式。pwm的理論基礎(chǔ)是：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在電機(jī)電驅(qū)上的脈沖電壓頻率不變，調(diào)節(jié)其脈沖寬度。電機(jī)是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，它的電驅(qū)電流和轉(zhuǎn)速均不能突變，很高的頻率的pwm加在電機(jī)上，效果相當(dāng)于施加一個(gè)恒定電壓的直流電，如圖所

10、示。電壓可以由脈沖的寬度調(diào)節(jié)。圖2.2脈沖寬度調(diào)節(jié) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，采用pwm（脈寬調(diào)制）h型變換電路，它是由四個(gè)三極管和四個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路。該電路的特點(diǎn)是：可以用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電源以脈沖控制電流的方向控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。它的通用電氣原理圖如下所示： 圖2.3電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路遙控小船是采用兩臺(tái)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)小船的左側(cè)螺旋槳，另一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)右側(cè)螺旋槳，當(dāng)輸入兩個(gè)前進(jìn)信號(hào)時(shí)，兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)正轉(zhuǎn)，小船前進(jìn)。當(dāng)輸入一臺(tái)電機(jī)倒轉(zhuǎn)，一臺(tái)正轉(zhuǎn)時(shí)，小船實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。電機(jī)控制電路采用h型直流驅(qū)動(dòng)電路，并加以pwm脈寬調(diào)制進(jìn)行調(diào)速控制。優(yōu)點(diǎn)：左右螺旋槳分別驅(qū)動(dòng)，方向控制方便。方案二：使用步進(jìn)電機(jī)，步

11、進(jìn)電機(jī)具有良好的控制性能，當(dāng)給步進(jìn)電機(jī)輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此可以實(shí)現(xiàn)精確的位置控制。與直流電機(jī)不同，要使步進(jìn)電機(jī)連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)，需要連續(xù)不斷的輸入點(diǎn)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)速的大小由外加的脈沖頻率決定，而且其轉(zhuǎn)動(dòng)不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響，也不受溫度、氣壓等環(huán)境因素的影響，僅與控制脈沖有關(guān)。但步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)相對(duì)較復(fù)雜，要由控制器和功率放大器組成。 這兩種方案都能達(dá)到很好的控制效果，鑒于此處實(shí)驗(yàn)不要求十分精確，使用直流電機(jī)足以滿足題目所需精度，因此選擇方案一。2.2.3撒料喂魚裝置的選擇1）撒料裝置的選擇 本次設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)喂魚功能，設(shè)計(jì)合理的喂魚裝置機(jī)構(gòu)是十分重要，也是本

12、設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。表2.2喂魚裝置的選擇方案方案撒料機(jī)的裝置其他特點(diǎn)方案一 傳送帶撒料兩滾筒帶動(dòng)傳送帶輸送顆粒物料彈性好，但輸送裝置跨巨大，占有空間大方案二絞龍螺旋撒料通過螺旋葉片輸送顆粒物料制造成本地，操作安全方便可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)卸料綜上所述，我們選擇了方案二2）撒料裝置的設(shè)計(jì) 螺旋輸送機(jī)俗稱絞龍，它適用于水泥，煤粉、糧食、化肥、沙子等粉狀、顆粒狀和小塊物料的水平輸送，傾斜輸送，垂直輸送等形式，其輸送距離從兩米到七十米等距離，規(guī)格從120-600型多種，特殊規(guī)格課根據(jù)客戶需求制作。絞龍具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本低，密封性強(qiáng)、操作安全方便等優(yōu)點(diǎn)，中間可多點(diǎn)裝、卸料。被廣泛地運(yùn)用于各種行業(yè)部門。例如建材、電

13、力、化工、冶金、煤炭、機(jī)械、輕工、糧食及食品行業(yè)。 蛟龍輸送機(jī)的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、橫截面尺寸小、密封性好、工作可靠、制造成本低，便于中間裝料和卸料，輸送方向可逆，也可同時(shí)向相反兩個(gè)方向輸送。輸送過程中還可對(duì)物料進(jìn)行攪拌、混合、加熱和冷卻等作業(yè)。通過裝卸閘門可調(diào)節(jié)物料流量。但不易輸送易變質(zhì)的、粘性大的、易結(jié)塊的及大塊的物料。輸送過程中物料易破碎，螺旋及槽易磨損。單位功率較大。使用中要保持料槽的密封性及螺旋與料槽間有適當(dāng)?shù)拈g隙。絞龍一般由絞龍本體、進(jìn)出料口及驅(qū)動(dòng)裝置三大部分組成；絞龍本體有頭節(jié)、中間節(jié)、尾節(jié)三部分組成。絞龍的螺旋葉片有實(shí)體螺旋面、帶式螺旋面和葉片螺旋面三種形式，其中，葉片式螺旋面應(yīng)

14、用相對(duì)較少，主要用于輸送粘度較大和可壓縮物料，這種螺旋面型在完成輸送作業(yè)過程中，同時(shí)具有本完成對(duì)物料的攪拌、混合等功能。3）螺旋輸送機(jī)的具體設(shè)計(jì)包括：根據(jù)輸出條件和要求選擇合適類型的螺旋輸送機(jī)。根據(jù)具體輸送要求計(jì)算螺旋直徑，選擇螺旋類型和布置形式。計(jì)算輸送功率并以此選擇合適的電動(dòng)機(jī)和減速器等驅(qū)動(dòng)裝置。根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇合適參數(shù)確定輸送機(jī)的外形和尺寸。確定螺旋輸送機(jī)長(zhǎng)度組合及各節(jié)重量。4）螺旋輸送機(jī)的選型設(shè)計(jì)螺旋輸送機(jī)系統(tǒng)是=時(shí)，往往需要考慮下列問題：a、 合理的轉(zhuǎn)載方式，提供給料裝置和卸料裝置的要求。b、 輸送機(jī)線路上輸送機(jī)之間的相互關(guān)系。啟動(dòng)順序是受料的輸送機(jī)先驅(qū)動(dòng)，停車順序是給料的輸送機(jī)先停

15、車，當(dāng)個(gè)=各螺旋輸送機(jī)的參數(shù)不同時(shí)，通過這一關(guān)系可以提出啟動(dòng)時(shí)間和停機(jī)時(shí)間要求。c、 不能滿足上面的啟動(dòng)和停車順序的要求時(shí)，需要考慮在螺旋輸送機(jī)間增設(shè)緩沖倉(cāng)以提高系統(tǒng)的適應(yīng)能力和系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)率。根據(jù)設(shè)計(jì)要求我們選擇水平輸送機(jī)，傾斜角度為0度，如下圖所示：圖2.4水平螺旋輸送機(jī)1 驅(qū)動(dòng)裝置；2末端軸承；3裝在口；4螺旋軸；5料槽；6中間軸承；7卸料口；8首段軸承選擇螺旋輸送機(jī)的布置形式水平螺旋輸送機(jī)根據(jù)螺旋的旋向、螺旋軸的旋轉(zhuǎn)方向、以及裝料口與卸料位置等不同，有6種常見的布置形式： 圖2.5水平螺旋輸送機(jī)布置形式根據(jù)實(shí)際的輸送機(jī)要求選擇中間的第2種布置形式。螺旋軸由螺旋葉片與軸組成。制造方法螺旋葉

16、片一般由鋼板沖壓而成，然后焊接在無(wú)縫鋼軸上，而且各葉片間加以焊接，對(duì)于輸送磨琢性較大的物料或輸送距離較短的輸送機(jī)，螺旋面可采用由扁鋼軋制而成的節(jié)段套裝在軸上而形成。螺旋軸的旋向、頭數(shù)與母線螺旋軸上的螺旋葉片有左、右旋兩種，物料的輸送方向是有螺旋的旋向與螺旋軸的轉(zhuǎn)向所決定的。螺旋的頭數(shù)可以使單頭、雙頭或三頭的多頭螺旋主要用于需要完成攪拌作業(yè)的輸送裝置。螺旋面的母線通常采用垂直于螺旋軸線的直線，采用種螺旋葉片形式的螺旋稱為標(biāo)準(zhǔn)形式螺旋。螺旋葉片旋向的辨別方法如下圖所示：圖2.6水平螺旋輸送機(jī)布置形式以輸送物料為目的的水平螺旋輸送機(jī)應(yīng)首先考慮采用標(biāo)準(zhǔn)形式的右旋單頭螺旋。螺旋葉片的形狀螺旋葉片有實(shí)體式

17、、帶式、葉片式、齒輪式四種形狀，如下圖所示，應(yīng)根據(jù)被輸送物料顆?；蚍蹱畹奈锪希粠铰菪m用于塊狀物料或具有一定粘性的物料；葉片式與齒形式螺旋適用易壓實(shí)擠緊的物料。如圖所示： 圖2.7螺旋面形狀4）螺旋輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置螺旋輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置有五種形式：第一種為ty型驅(qū)動(dòng)裝置，有ty型同軸式減速器和彈性注銷聯(lián)軸器構(gòu)成，功率范圍為0.5545kw；第二種為yy型驅(qū)動(dòng)裝置，由zsy型減速器，y系列電動(dòng)機(jī)，彈性注銷聯(lián)軸器和底座構(gòu)成，最實(shí)用于ls630ls1250螺旋輸送機(jī)，功率范圍7.575kw，yy型驅(qū)動(dòng)裝置有型（右旋）和型（左旋）兩種裝配形式；第三種為yj型驅(qū)動(dòng)裝置，由y型電機(jī)與zq型減速器組成；第四

18、種為ytc型驅(qū)動(dòng)裝置，由ytc型同軸式齒輪減速器與y型電機(jī)組成；第五種為xwd型驅(qū)動(dòng)裝置，由xyd型行星擺線針輪減速器組成。我們選擇第三種驅(qū)動(dòng)裝置：yj驅(qū)動(dòng)裝置5）撒料裝置的效果圖三、無(wú)線遙控電路設(shè)計(jì)3.1無(wú)線遙控路設(shè)計(jì)電路及控制方式3.1.1無(wú)線電遙控器電路設(shè)計(jì)無(wú)線電遙控器的工作原理和控制原理，本設(shè)計(jì)采用了三通道比例遙控設(shè)備系統(tǒng)，無(wú)線電遙控器它是三通道比例遙控發(fā)射機(jī)設(shè)備，外部開關(guān)和各部分名稱則分別為：在發(fā)射機(jī)機(jī)殼的面板上分別有兩個(gè)控制l、2通道和3通道動(dòng)作指令的操縱桿，又稱遙控桿。我設(shè)計(jì)的無(wú)線遙控車發(fā)射器主要以編碼集成塊ic1(tx-2)核心及其他元件組成，ic1的3、9為電源供應(yīng)端；其1、14腳為左右轉(zhuǎn)彎控制信號(hào)輸入端；4、5腳分別為后退和前進(jìn)控制信號(hào)輸入端；6腳為加速控制信號(hào)輸入端，如果外接撥動(dòng)開關(guān)將該腳接