D2-1型循跡小車的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

本科課程設(shè)計(jì)題目:D2-1型循跡小車的設(shè)計(jì)第PAGE14頁共14頁摘要尋跡智能小車生動有趣具有結(jié)構(gòu)簡單、原理清晰、趣味性強(qiáng)等特點(diǎn)。還牽涉到機(jī)械結(jié)構(gòu)、電子基礎(chǔ)、傳感器原理、自動控制甚至單片機(jī)編程等諸多學(xué)科知識，通過動手實(shí)踐能大大提高解決實(shí)際問題的能力，制作完成后的產(chǎn)品，能沿預(yù)定的軌道自動前進(jìn)，生動、有趣，深受初學(xué)者喜愛。而且智能小車還是一個很好的硬件平臺，只要增加一些控制電路就能完成循跡小車、救火機(jī)器人、足球機(jī)器人、避障機(jī)器人、遙控汽車等課題。關(guān)鍵詞：小車，智能，循跡，光敏電阻

AbstractTracingasmartcarinterestinghassimplestructure,clearprinciple,interesting,etc.Alsoinvolvestheprincipleofmechanicalstructure,electronic,sensor,automaticcontrol,andevenmicrocontrollerprogrammingandsoonmanydisciplineknowledge,throughhands-onpracticecangreatlyimprovetheabilityofsolvingpracticalproblems,makethefinishedproduct,canautomaticallymovealongapredeterminedpath,lively,interesting,lovedbybeginners.Andsmartcarwasstillagoodhardwareplatform,aslongasaddsomecontrolcircuitcancompletetrackingcar,fire-fightingrobot,soccerrobot,obstacleavoidanceofrobot,remotecontrolcars,etc.Keywords:

Smartcartrackingcarlightdependentresistors目錄TOC\o"1-4"\h\z\u前言 31．設(shè)計(jì)目的 42.設(shè)計(jì)要求 43.主要器材 44.元器件介紹及其工作原理 44.1套件概況 54.2主要原器件介紹 54.3工作原理 6HYPERLINK\l"_Toc357096882"4.4電路圖及系統(tǒng)框圖 75.元件識別 75.1主要元件功能 85.1.1電阻識別 85.1.2三極管 95.1.3集成電路 96.設(shè)計(jì)及組裝過程 96.1組裝前準(zhǔn)備 106.2裝配說明 106.2.1電路裝配 106.2.2機(jī)械零部件裝配 10HYPERLINK\l"_Toc357096893"7.焊接及調(diào)試 117.1焊接過程簡介 117.2初步調(diào)試 117.3整車調(diào)試 118.特色與創(chuàng)新 129.課程設(shè)計(jì)體會 12參考文獻(xiàn) 14前言智能的出現(xiàn)，為我們的生活和生產(chǎn)帶來了很大的便利，同時也是以后的發(fā)展方向，智能就是可以在一個特定的環(huán)境中按照我們前面設(shè)定好的模式去自動的運(yùn)作，它并不需要我們?nèi)ト藶榈墓芾?，就可以達(dá)到我們前面設(shè)定的第PAGE3頁共NUMPAGES13頁第PAGE3頁共NUMPAGES13頁目標(biāo)，它的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，如可以應(yīng)用于工業(yè)控制、科學(xué)勘探、智能家居等領(lǐng)域。而智能循跡小車就是智能的一個簡單的應(yīng)用，智能循跡小車就是智能化玩具中的一種，由于這類智能玩具具有較好的交互性，可控性，能夠按照人們設(shè)定的模式去自動運(yùn)作也深受人們的喜歡。另外，智能循跡小車還可以應(yīng)用于危險(xiǎn)搜索、機(jī)器人等許多方面，尤其在機(jī)器人方面具有很好的發(fā)展前景。因此，智能化循跡小車的研究不僅具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，還具有極為廣闊的應(yīng)用前景和市場價(jià)值。隨著素質(zhì)教育的越來越被重視，很多同學(xué)都把制作循跡小車作為首選課題，循跡小車生動有趣，還牽涉到機(jī)械結(jié)構(gòu)、電子基礎(chǔ)、傳感器原理、自動控制甚至單片機(jī)編程等諸多學(xué)科知識，學(xué)生通過動手實(shí)踐能大大提高解決實(shí)際問題的能力，而且循跡小車還是一個很好的硬件平臺，只要增加一些控制電路就能完成救火機(jī)器人、足球機(jī)器人、避障機(jī)器人、遙控汽車等課題。

在白色的場地上有一條15毫米寬的黑色跑道，我們的循跡小車能沿著黑色跑道自動行駛，不管是跑道如何彎曲小車都能自動行駛。我們都知道知道，當(dāng)光源射到白色物體和黑色物體上時的反光率是不同的，這里用紅色的LED作為光源，光線通過地面反射到光敏電阻上，通過檢測光敏電阻阻值變化，能判斷小車是否行駛在白色區(qū)域上，如果檢測到是黑色跑道，說明小車跑偏，這一側(cè)的電機(jī)就會減速甚至停轉(zhuǎn)這一側(cè)的綠色的LED熄滅，驅(qū)動小車向相反方向行駛，這樣小車就能始終沿著跑道行駛了。

1.設(shè)計(jì)目的（1）通過D2-1型循跡小車的電路圖，對小車行安裝，焊接和調(diào)試，了解類似電子產(chǎn)品的裝配過程，掌握電子元器件的識別方法培養(yǎng)自己的實(shí)踐技能。（2）了解常用電子器件的類別、型號、規(guī)格、性能及使用范圍，能查閱有關(guān)的電子器件，能夠正確的識別和選用常用的電子器件。（3）利用所給材料制作一臺循跡小車，要求循跡小車能沿著黑色跑道自動行駛，不管是跑道如何彎曲小車都能自動行駛。（4）熟悉手工焊接的常用工具的使用及維修，熟練掌握手工電烙鐵的焊接技術(shù)。（5）了解電子產(chǎn)品的焊接，調(diào)試與維修方法。2．設(shè)計(jì)要求1.完成電路最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)；

2.完成外圍應(yīng)用電路（包括系統(tǒng)供電單元、運(yùn)動控制單元、循跡檢測單元）的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)；

3.完成軟件對硬件檢測和調(diào)試工作；

4.查閱國內(nèi)外的研究動態(tài)和發(fā)展前沿信息，閱讀相關(guān)外文文獻(xiàn)；3．主要器材（1）D2-1型循跡小車套件一套。（2）電烙鐵：由于焊接的元件多，所以使用的是外熱式電烙鐵，功率為30w。（3）螺絲刀、鑷子等必備工具。（4）松香和錫，由于錫它的熔點(diǎn)低，焊接時，焊錫能迅速散步在金屬表面焊接牢固，焊點(diǎn)光亮美觀。(5)元器件清單表3.1循跡小車元器件清單4.元器件介紹及其工作原理4.1套件概況：套件名稱：D2-1型循跡小車套件型號：D2-1型工作電壓：3v4.2主要元器件介紹1.光明電阻器件圖4.1光敏電阻這就是光敏電阻，它能夠檢測外界光線的強(qiáng)弱，外界光線越強(qiáng)光敏電阻的阻值越小，外界光線越弱阻值越大，當(dāng)紅色LED光投射到白色區(qū)域和黑色跑道時因?yàn)榉垂饴实牟煌?，光敏電阻的阻值會發(fā)生明顯區(qū)別，便于后續(xù)電路進(jìn)行控制。2.LM393比較器集成電路

LM393是雙路電壓比較器集成電路，由兩個獨(dú)立的精密電壓比較器構(gòu)成。它的作用是比較兩個輸入電壓，根據(jù)兩路輸入電壓的高低改變輸出電壓的高低。輸出有兩種狀態(tài)：接近開路或者下拉接近低電平，LM393采用集電極開路輸出，所以必須加上拉電阻才能輸出高電平。3.帶減速齒輪的直流電機(jī)

直流電機(jī)驅(qū)動小車的話必須要減速，否則轉(zhuǎn)速過高的話小車跑得太快根本也來不及控制，而且未經(jīng)減速的話轉(zhuǎn)矩太小甚至跑不起來，帶減速齒輪的直流電機(jī)集成了減速齒輪，適合循跡小車的使用。4.3工作原理：D2-1型循跡小車整機(jī)的工作原理圖，電路由線路檢測電路、電壓比較電路、驅(qū)動電路和執(zhí)行電路組成.LM393是雙路電壓比較器集成電路，由兩個獨(dú)立的精密電壓比較器構(gòu)成。它的作用是比較兩個輸入電壓，根據(jù)兩路輸入電壓的高低改變輸出電壓的高低。輸出有兩種狀態(tài)：接近開路或者下拉接近低電平，LM393采用集電極開路輸出，所以必須加上拉電阻才能輸出高電平。LM393隨時比較著兩路光敏電阻的大小來實(shí)現(xiàn)控制的。高亮度發(fā)光二極管發(fā)出的光線照射在跑道上，當(dāng)照于白上時反射的光線較強(qiáng)，這時光敏電阻可以接收到較強(qiáng)的反射光，表現(xiàn)的電阻值較低，而當(dāng)照射于黑色紙，反射光較弱，表現(xiàn)的電阻值較高，循跡小車就是根據(jù)這一原理作為軌道識別而工作的。工作前將小車中心導(dǎo)向輪放于軌道中心，兩側(cè)探測器位于兩側(cè)白處，當(dāng)小車偏離跑道時，必有一側(cè)探測器照到黑色跑道上，以LED1為例，此時R3阻值變大，這一變化使得IC1的2、5腳電壓升高，當(dāng)5腳電壓高于6腳時，運(yùn)放的7腳便輸出高電平，VT2截止，M2停止工作，由于兩側(cè)輪子一只停轉(zhuǎn)，小車便向輪子停轉(zhuǎn)側(cè)彎轉(zhuǎn)，使得LED1、R3這對探測器離開黑跑道，光線又照回白紙?zhí)帲藭rM2又工作，當(dāng)另一側(cè)探測器照到黑跑道時，原理與前述類似，小車在整個前進(jìn)過程中就是在不斷重復(fù)上述動作，不斷修正軌跡，從而實(shí)現(xiàn)沿跑道前進(jìn)的目的。4.4電路圖及其系統(tǒng)框圖圖4.2循跡小車內(nèi)部電路圖循跡小車系統(tǒng)框圖如下：圖4.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖5．原件識別5.1主要元件功能音樂盒在焊接前要對所有元件進(jìn)行測量，以鑒別其好壞優(yōu)劣，對二極管要區(qū)分開正負(fù)極，否則要把元件焊到線路板后再查找問題，就困難了，元器件測量包括電阻，二極管，三極管。電阻是電路的重要組成部分。半導(dǎo)體類如：二極管其特性為單向?qū)щ娦裕ǚ聪蚪刂梗?；三極管存在基極、集電極、發(fā)射極。無源蜂鳴器需要我們給它提供一個震蕩源，也就是一個交流信號。由于無源蜂鳴器沒有內(nèi)部驅(qū)動電路。無源蜂鳴器工作的理想輸入信號是方波信號，如果給予直流信號，蜂鳴器是不響應(yīng)的，因?yàn)榇怕泛愣?，鉬片不能振動發(fā)音。5.1.1電阻識別：根據(jù)色差法對電阻進(jìn)行分類。具體方法如下：棕紅橙黃綠藍(lán)紫灰白黑金銀12345678905%10%表5.1顏色分類表電阻值計(jì)算方法：在實(shí)物電阻中，第一二種顏色所對應(yīng)的數(shù)字代表電阻值的前兩位數(shù)字，最后一種顏色所對應(yīng)的數(shù)字代表電阻值中從第三位開始數(shù)，“0”的個數(shù)。5.1.2三極管：三極管使用前必須分清該管的極型（是ＮＰＮ管還是ＰＮＰ管）及引腳（即Ｅ、Ｂ、Ｃ），用萬用表判別晶體管極性和引腳的方法見本教材的實(shí)驗(yàn)四，些外用萬用表Ω檔還能比較晶體管β值和穿透電流的大小，方法是：對于ＮＰＮ管，黑表筆接集電極Ｃ、紅表在集電極和基極間垮接一支數(shù)百ＫΩ以上的電阻（偏置電阻）時，表針向右偏轉(zhuǎn)角越大（ＩＣ大）該管的β值越高，對于ＰＮＰ管測量時，正表筆接Ｃ，負(fù)表筆接Ｅ，其它方法相同。5.1.3集成電路:

LM393是雙路電壓比較器集成電路，使用集成電路前，必須認(rèn)真查對和識別集成電路的引腳，確認(rèn)電源、地、輸入、輸出及控制等相應(yīng)的引腳號，以免因錯接而損壞器件。引腳排列的一般規(guī)律為：雙列直插型集成電路：識別時，將文字符合標(biāo)記正放（一般集成電路上有一缺口，將缺口或圓點(diǎn)置于左方），由頂部俯視，從左下腳起，按逆時針方向數(shù)，依次為1，2，3，4……。雙列直插型廣泛應(yīng)用于模擬和數(shù)字集成電路。圖5.1LM393方框圖6設(shè)計(jì)及組裝過程通過對D2-1型循跡小車元件，焊接、組裝的過程。進(jìn)一步增加了我們的動手能力及對電子電路設(shè)計(jì)這門課程的認(rèn)識。6.1組裝前的準(zhǔn)備：(1)三極管的檢查=1\*GB3①分清高頻管與小功率低頻管。=2\*GB3②測量各三極管β值，再以β值決定決定某級配用三極管。=3\*GB3③盡量地選小的三極管(2)電阻檢查電阻阻值有用數(shù)字表示的，有用顏色碼表示的，但都要用萬用表一一測量，阻值誤差10%左右照常選用，不必強(qiáng)求原來的標(biāo)稱值。選用的功率應(yīng)大于在電路中耗散功率2倍以上，以防止電阻過熱、變值乃至燒毀。因受熱而損傷的電阻不能再用，帶開關(guān)的電位器也要按其在電路中的功能要求檢測。6.2裝配說明：6.2.1電路裝配（1）按電路圖和電路板上的標(biāo)示符一次將色環(huán)電阻，8腳IC座，開關(guān)，電位器，三極管，電解電容，3.0發(fā)光二極管焊接在電路板上，注意IC座的方向不要焊錯，為了調(diào)試方便，芯片暫不安裝。（2）將電池盒按照電路板上的穿線孔和標(biāo)示符的位置安裝在電路板上，注意電源焊盤的極性不要焊反，通常紅色導(dǎo)線為電源正極。（3）將電路板正面向上，萬向螺絲穿入孔中，并旋入萬向螺母和萬象輪，擰緊。（4）將電路板底面向上，將板子上標(biāo)示符為5.0發(fā)光二極管和光敏電阻焊接在板子上，要求發(fā)光二極管和光敏電阻距離萬向輪球面5mm左右即可。（5）在電池盒內(nèi)裝入2節(jié)AA電池，開關(guān)撥在“ON”位置上，此時傳感器的2個發(fā)光二極管應(yīng)當(dāng)發(fā)光，如果不發(fā)光，即可能將二極管接反，這時請將極性對調(diào)，開關(guān)撥在“OF”上斷電待用。6.2.2機(jī)械零部件裝配（1）將硅膠輪胎套在車輪上（2）將車輪用螺絲固定在減速電機(jī)軸上（3）將連接導(dǎo)線分成2截后上錫，分別焊接在2臺減速電機(jī)上待用（4）按電路板上的標(biāo)示符將電機(jī)粘結(jié)在電路板上（5）按標(biāo)示符將電機(jī)上的引線焊接在電機(jī)板上7焊接及調(diào)試7.1焊接過程簡介（1）電路焊接部分比較簡單，焊接順序按照元件高度從低到高的原則，首先焊接8個電阻，焊接時務(wù)必用萬用表確認(rèn)阻值是否正確，焊接有極性的元件如三極管、綠色指示燈、電解電容務(wù)必分清楚極性，焊接綠色LED時注意引腳長的是正極，并且焊接時間不能太長否則容易焊壞，D4.D5.R13.R14可以暫時不焊，集成電路芯片可以不插，初步焊接完成后請務(wù)必細(xì)心核對，防止粗心大意。（2）兩對線路檢測傳感器的安裝順序在全部電子元件的最后，其他元件焊接完成后，將萬向輪裝上，傳感器元件焊接時與其他元件相反，裝于線路板的焊接面，其高度應(yīng)根據(jù)萬向輪螺栓高度來定，裝時可以將線路板焊接面朝上，然后元件頂面與半個導(dǎo)向圓螺母齊平為宜，此時實(shí)際工作時傳感器與地面距離約為5mm左右。7.2初步調(diào)試（1）為了方便調(diào)試，先不裝電機(jī)，取一張白紙，畫一個黑圈，接通電源，可看到兩側(cè)指示燈點(diǎn)亮，將小車放于白紙上，讓探測器照于黑圈上，調(diào)節(jié)本側(cè)電位器，讓這一側(cè)的燈照到黑圈時指示燈滅，照到白紙時亮，反復(fù)調(diào)節(jié)兩側(cè)探測器，直到兩側(cè)全部符合上述變化規(guī)律。（2）兩只電機(jī)轉(zhuǎn)向與電流方向有關(guān)，焊好引線后先不要把電機(jī)粘于線路板上，裝上電池，打開開關(guān)，查看電機(jī)轉(zhuǎn)向，必須確保裝上車輪后小車向前進(jìn)的方向轉(zhuǎn)動，若相反，應(yīng)將電機(jī)兩線互換，無誤后撕去泡沫膠上的紙，將電機(jī)粘于線路板上，粘時盡量讓兩電機(jī)前后一致，且要保證兩車輪的靈活轉(zhuǎn)動。7.3整車調(diào)試（1）試測驅(qū)動電路，開關(guān)撥在“ON”位置上，將8腳IC的第一腳，第七腳，第四腳連接。這時的減速電機(jī)應(yīng)當(dāng)向著前方轉(zhuǎn)動，否則調(diào)換相應(yīng)電機(jī)的引線位置即可。如果電機(jī)不轉(zhuǎn)，請檢查三極管是否焊反，基極電阻阻值（10歐姆）是否正確。（2）斷電將LM393芯片插入8腳IC座上，上電后調(diào)節(jié)相應(yīng)的電位器使小車能夠在黑線上正常運(yùn)走且不會跑出黑線的范圍。（1）為了保證小車的正常運(yùn)行，跑道的制作也很重要，跑道的寬度必須小于兩側(cè)探測器的間距，一般以15--20mm較為合適，跑道可以是一個圓，也可以是任意形狀，但要保證轉(zhuǎn)彎角度不要太大，否則小車容易脫軌，制作時可取一張A3白紙，先用鉛筆在上面畫好跑道的初稿，確定好后再用毛筆沿鉛筆畫好的跑道進(jìn)行上色加粗，注意畫時盡量讓整條線粗細(xì)均勻些，等畫完后讓紙?jiān)陉帥鎏庩幐桑@樣自己設(shè)計(jì)的跑道便制作完成了。上跑道實(shí)際通電試車時，適當(dāng)調(diào)整兩對傳感器的間跑，以適應(yīng)跑道，達(dá)到自動識別跑道并準(zhǔn)確無誤工作為止。（2）實(shí)際試車時，若發(fā)現(xiàn)小車跑到某個地方動不了了，只要看到輪子還在轉(zhuǎn)，就說明跑道紙不平整，輪子轉(zhuǎn)動時出現(xiàn)了打滑現(xiàn)象，這時可適當(dāng)增加小車的重量來解決，具體可以在小車的電池上裝載一點(diǎn)重物，讓車輪處重量增加，這樣車輪就不會打滑了。圖7.1焊接好的循跡小車8.特色與創(chuàng)新（1）硬件方面：采用帶減速齒輪的直流電機(jī)，利于車轉(zhuǎn)向，利用光敏電阻與電壓比較器之間的信號傳輸與轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)電動車的智能化。（2）軟件方面：光敏電阻在檢測到白色物體時，輸出信號會發(fā)生變化，讓電壓比較器只對此規(guī)律的信號作出反應(yīng)，減少了數(shù)據(jù)處理量，縮短了系統(tǒng)反應(yīng)時間，并簡化了程序，提高了系統(tǒng)的控制精度。整個運(yùn)行過程中通過實(shí)時信息采集，利用查詢，實(shí)現(xiàn)對信號的實(shí)時檢測和處理。9．課程設(shè)計(jì)體會通過這次對D2-1型循跡小車的設(shè)計(jì)的焊接與組裝，使我們對電子工藝的理論有了更進(jìn)一步的了解。我們了解到了焊普通元件與電路元件的技巧、印制電路板圖的設(shè)計(jì)制作與工藝流程、循跡小車的工作原理與組成元件的作用等。這些知識不僅在課堂上有效，對以后的電子工藝課的學(xué)習(xí)有很大的指導(dǎo)意義。在日常生活中更是有著現(xiàn)實(shí)意義，也對自己的動手能力是個很大的鍛煉。實(shí)踐出真知，沒有足夠的動手能力就奢談在未來的科研尤其是實(shí)驗(yàn)研究中有所成就。在實(shí)習(xí)中我們鍛煉了自己動手技巧提高了自己解決問題的能力。比如做循跡小車的組裝與調(diào)試時，好幾個焊盤的間距特別小，稍不留神就焊在一起，但是我還是完成了任務(wù)。雖然在實(shí)踐中會遇到難題，但是我從中學(xué)到了很多，使自己的動手能力也有所提高，我想在以后的理論