光电控制自动跟踪玩具车电路毕业设计.docx
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光电控制自动跟踪玩具车电路毕业设计
武汉软件工程职业学院
2009级毕业论文（设计）
课题名称光电控制自动跟踪玩具车电路设计
学生姓名***********
学号*************
班级************
指导老师**********
完成时间：
2010年11月08日
光电子与通信工程系
摘要·····················2
一、前言·····················3
二、元件介绍及其工作原理············3
第一节电路原理图及其工作原理·········3
第二节元器件清单··············4
第三节部分元件介绍·············4
三、设计与测试分析···············11
第一节电路的设计步骤·············11
第二节电路的检验与分析············12
四、设计结论与心得···············14
五、致谢····················15
六、作品实物图·················16
摘要
本玩具车电路在车底盘的两侧装有光电管作为导向，它能自动跟踪白色地面上的黑线前进，并可转向，行车自如。
光控自动跟踪电路由光电控制电路、车轮驱动电路等组成。
光控电路由双时基集成电路556的光电三极管VT1、VT2、R1、R2等组成。
556的左、右两半的1/2分别与VT1、VT2等相连组成一个触发器。
VT1、VT2分别装在车底的左右两侧，可直接接受地面的反射光。
关键词：
双时基集成电路556，光电三极管VT1、VT2，元器件
一、前言
随着现代社会科学技术的快速发展，光电产品也越来越多，产品的更换越来越迅速，使我们的生活也更加丰富多彩。
光电控制自动跟踪玩具车就是光电技术的一些简单运用，本电路的设计是利用一些新型的光电器件来设计的。
经过一些特殊的处理此电路可以按照操作者的意愿前进，且前进时伴有火车行进时的声音。
本电路主要采用新型光电产品光电管安装在小车的车底盘的左右两侧为小车导向，使其能转向，它们能自动跟踪白色地面上的黑线前进，并可转向，行动自如，且前进过程中伴有蜂鸣器的响声。
二、元件介绍及其工作原理
第一节电路原理图及其工作原理
图1光电自动控制跟踪玩具车电路
工作原理：
当玩具车正好处于黑色导向线区内时，因VT1、VT2接受的光很弱，仅有很小的暗电流，输出1、5脚和9、13脚均呈高电位，继电器K1、K2均不动作，3V电压经常触点K1-1和K2-1将驱动左、右车轮的小电机M1、M2通电，同时运转，带动车轮旋转，小车便沿黑线条直线前进。
当小车偏离黑色导向线时，VT1或VT2中的一个受到光照强而呈低阻状态，使左半或右半触发器一个置位、一个复位，导致继电器中的一个不动，而另一个吸合。
因此，只能驱动两个电动机中的一个运转。
这样一来就使小车转弯，并将小车引导至黑色导向线上行驶。
而当小车完全偏离黑色轨道，即VT1、VT2均接受强光照时，两个触发器均呈复位状态，K1、K2均通电吸合，将各自的常闭触点断开，小电机M1、M2均断电停止运转，玩具车处于停车状态。
第二节元器件清单
本电路所用元器件清单如下表所示：
编号
名称
型号
数量
R1
金属膜电阻
91K
1
R2
金属膜电阻
91K
1
R3
金属膜电阻
82K
1
R4
金属膜电阻
680K
1
R5
金属膜电阻
51K
1
C1、C2
电解电容
100uf
2
C3
电解电容
10uf
1
C4
电解电容
0.01uf
1
K1、K2
继电器
5V
2
2CW52
稳压二极管
4.2V/1W
1
M1、M2
电动机
6V
2
VT1、VT2
光敏三极管
3DU33
2
IC1
双时基集成电路
NE556
1
IC2
时基电路
NE555
1
T2
蜂鸣器
3V
1
SA
开关
1
第三节部分元件介绍
1、555定时器NE555
NE555是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。
ne555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。
ne555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为555。
a.NE555的特点有：
①只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。
其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。
②它的操作电源电压范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。
③其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。
④它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。
⑤静态电流最大值VCC=5V,RL=∞=6mAVCC=15V,RL=∞=15mA
b.NE555引脚位功能配置说明下：
图2NE555各脚功能-管脚图
Pin1（接地）-地线（或共同接地），通常被连接到电路共同接地。
Pin2（触发点）-这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。
触发信号上缘电压须大于2/3VCC，下缘须低于1/3VCC。
Pin3（输出）-当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。
周期的结束输出回到O伏左右的低电位。
于高电位时的最大输出电流大约200mA。
Pin4（重置）-一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。
它通常被接到正电源或忽略不用。
Pin5（控制）-这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。
当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。
Pin6（重置锁定）-Pin6重置锁定并使输出呈低态。
当这个接脚的电压从1/3VCC电压以下移至2/3VCC以上时启动这个动作。
Pin7（放电）-这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。
Pin8（V+）-这是555个计时器IC的正电源电压端。
供应电压的范围是+4.5伏特（最小值）至+16伏特（最大值）。
NE555的相关应用:
NE555的作用范围很广，但一般多应用于单稳态多谐振荡器及无稳态多谐振荡器。
NE555时基电路封装形式有两种，一是DIP双列直插8脚封装，另一种是SOP-8小型（SMD）封装形式。
NE555属于CMOS工艺制造，下面我们将对其进行介绍：
图3是NE555的外形图，图4是它的内部功能原理框图，图5是它的内部等效电路。
NE555的内部中心电路是三极管Q15和Q17加正反馈组成的RS触发器。
输入控制端有直接复位Reset端，通过比较器A1，复位控制端的TH、比较器A2置位控制的T。
输出端为F，另外还有集电极开路的放电管DIS。
它们控制的优先权是R、T、TH。
图3NE555的外形图图4NE555内部功能图
图5NE555内部等效电路
NE555的几种工作方式应用图：
图6无稳态工作方式图7脉宽调制电路
图8脉宽调制电路图9单稳态电路
2、556芯片NE556
图10556芯片实物图图11556引脚图
TH高电平触发端：
当TH端电平大于2/3VCC输出端OUT呈低电平。
DIS端导通。
TR低电平触发端：
当TR端电平小于1/3VCC时。
OUT端呈现高电平。
DIS端关断。
R复位端：
＝0，OUT端输出低电平。
DIS端导通。
VC控制电压端：
VC接不同的电压值可以改变TH，的触发电平值。
DIS放电端：
其导通或关断为RC回路提供了放电或充电的通路。
OUT输出端：
单片的NE556双定时电路是一种高稳定控制器能产生精确时间延误或振荡.该电路可触发和下降沿复位波形，输出结构可以源或吸收高达200mA。
3、光敏三极管
光敏三极管和普通三极管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。
通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿和附加控制等作用。
当具有光敏特性的PN结受到光辐射时，形成光电流，由此产生的光生电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了相当于β倍的信号电流。
不同材料制成的光敏三极管具有不同的光谱特性，与光敏二极管相比，具有很大的光电流放大作用，即很高的灵敏度。
光敏三极管还可用于传输信号，光耦合器亦称光电隔离器，简称光耦。
光耦合器以光为媒介传输电信号。
它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。
目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。
用于传递模拟信号的光耦合器的发光器件为二极管、光接收器为光敏三极管。
当有电流通过发光二极管时，便形成一个光源，该光源照射到光敏三极管表面上，使光敏三极管产生集电极电流，该电流的大小与光照的强弱，亦即流过二极管的正向电流的大小成正比。
由于光耦合器的输入端和输出端之间通过光信号来传输，因而两部分之间在电气上完全隔离，没有电信号的反馈和干扰，故性能稳定，抗干扰能力强。
4、继电器
五脚继电器的接法：
继电器是一种用电流控制的开关装置。
继电器的工作原理是，当继电器线圈通电后，线圈中的铁芯产生强大的电磁力，吸动衔铁带动簧片，使触点1、2断开，1、3接通。
当线圈断电后，弹簧使簧片复位，使触点1、3断开，1、2接通。
只把需要控制的电路接在触点1、2间（1、2称为常闭触点）或触点1、3间（1、3称为
图13继电器正面图14继电器反面
常开触点），就可以利用继电器达到某种控制的目的，将线圈引脚4、5两端加上直流电压。
三脚的那一边中间脚是输出触点的公共端子，另外两个引脚是线圈，即接驱动端。
另外两个脚分别是常开和常闭触点。
5、电解电容
电解电容是电容的一种介质有电解液涂层有极性，分正负不可接错。
电容由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成。
原理：
电解电容器通常是由金属箔铝/钽）作为正电极，金属箔的绝缘氧化层（氧化铝/钽五氧化物）作为电介质，电解电容器以其正电极的不同分为铝电解电容器和钽电解电容器。
铝电解电容器的负电极由浸过电解质液（液态电解质）的薄纸/薄膜或电解质聚合物构成；钽电解电容器的负电极通常采用二氧化锰。
由于均以电解质作为负电极（注意和电介质区分），电解电容器因而得名。
电解电容器特点一：
单位体积的电容量非常大，比其它种类的电容大几十到数百倍。
电解电容器特点二：
额定的容量可以做到非常大，可以轻易做到几万μf甚至几f（但不能和双电层电容比）。
电解电容器特点三：
价格比其它种类具有压倒性优势，因为电解电容的组成材料都是普通的工业材料，比如铝等等。
制造电解电容的设备也都是普通的工业设备，可以大规模生产，成本相对比较低。
电解电容器广泛应用于家用电器和各种电子产品中，其容量范围较大，一般为1~1000μF，额定工作电压范围为6.3~450V。
其缺点是介质损耗、容量误差较大（最大允许偏差为+100%、-20%），耐高温性较差，存放时间长容易失效。
有极性电解电容器通常在电源电路或中频、低频电路中起电源滤波、退耦、信号耦合及时间常数设定、隔直流等作用。
一般不能用于交流电源电路，在直流电源电路中作滤波电容使用时，其阳极（正极）应与电源电压的正极端相连接，阴极（负极）与电源电压的负极端相连接，不能接反，否则会损坏电容器。
6、稳压二级管
稳压二级管是一个特殊面的接触型的半导体硅二极管，其V-A特性曲线与普通二极管相似，但反向击穿曲线比较陡。
稳压二极管工作于反向击穿区，由于它在电路中与适当电阴配合后能起到稳压作用，故称稳压管。
稳压管反向电压在一定范围内变化时，反向电流很小，当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然猛增，稳压管从而反向击穿，此后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化却很小，利用这一特性，稳压管就在电路中起到了稳压作用。
而且稳压管和其他普能二极管不同的是反向击穿是可逆性的，当去掉反向电压稳压管又恢复正常，但如果反向电流超过允许范围，二极管将会发热击穿，所以，与其配合的电阻往往起到限流的作用。
三、设计与测试分析
第1节电路的设计步骤
1、元件的焊接工艺与步骤
a、焊接工艺要求
焊接时加热时间和焊锡用量要适中，焊点形状近似圆锥且表面微微凹陷；表面光泽、平滑，无裂纹、针孔等；防止造成虚焊、假焊。
B、焊接步骤
①插入
将插件元件插入电路板标示位置过孔中，与电路板紧贴至无缝为止。
如未与电路板贴紧，在重复焊接时焊盘高温易使焊盘损伤或脱落，物流过程中也可导致焊盘损伤或脱落。
②预热
烙铁与元件引脚、焊盘接触，同时预热焊盘与元件引脚，而不是仅仅预热元件，此过程约需1秒钟时间。
③加焊锡
焊锡加焊盘上（而不是仅仅加在元件引脚上），待焊盘温度上升到使焊锡丝熔化的温度，焊锡就自动熔化。
④加适量的焊锡，然后先拿开焊锡丝。
⑤焊后加热
拿开焊锡丝后，不要立即拿走烙铁，继续加热使焊锡完成润湿和扩散两个过程，直到是焊点最明亮时再拿开烙铁，不应有毛刺和空隙。
⑥冷却
在冷却过程中不要移动插件元件。
2、焊接要素：
a、焊接温度和时间
焊锡的最佳温度为350ºC，温度太低易形成冷焊点，高于400ºC易使焊点质量变差，且容易导致焊盘（铜皮）变形或脱落。
焊接时间：
完成润湿和扩散两个过程需2-3S，1S仅完成润湿和扩散两个过程的35%。
一般IC、三极管焊接时间小于3S，其他元件焊接时间为4-5S。
b、焊锡量适当
焊点上焊锡过少，机械强度低。
焊锡过多，会容易造成绝缘距离减小、焊点相碰或跳锡等现象。
3、电烙铁使用注意事项：
电烙铁温度升高后，首先应将烙铁尖点上薄薄的一层焊锡，避免烙铁尖因氧化而不沾锡。
使用过程中，烙铁尖表面应一直保持有薄薄的焊锡层，多余的焊锡可轻轻甩在烙铁架上，或用一块湿布（湿海绵）擦拭一下。
第2节电路的检测和分析
1、第一次检测：
第一次检测时，有一个电机用光电三极管控制的实验现象与理论现象相反。
检测结果：
有一个继电器常闭开关到常开开关上。
2、第二次检测：
第二次检测时，两个继电器没有响，即继电器不工作，在继电器上加载较小的电压，用万用表测试时继电器正常。
经分析结果：
光电三极管的灵敏度不是很好，导致电机不能正常工作。
3、第三次检测：
第三次检测时，继电器偶尔工作，电机不能按照理想状态工作。
将电路板倾斜一定角度后，再次检测电机工作正常。
经分析：
可能是外界光线太强，导致影响实验现象。
检测正常实验现象如下图：
图17同时遮挡VT1、VT2两个电机一起动作
图18只遮挡VT1时一个电机动作，另一个不动
图19只遮挡VT2时一个电机动作，另一个不动
四、设计结论与心得
实验证明，当两个光敏电阻VT1、VT2受到光照时，电动机停止转动；但其中一个光敏电阻受到光照时，继电器中的一个不动，另一个通电吸合，只能运转一个，实现转向的功能；当两个光敏电阻VT1、VT2都不受光照时，继电器K1、K2均不动作，电动机运转。
在本次的设计中，黄老师给了我很多帮助，在开始焊接以前，给我们讲解了电路的原理，以及一些不常用的元器件的用法。
还有很多不明白的地方，我就上网以及问同学。
通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还是比较欠缺的。
自己要学习的知识还很多，同时也让我明白了学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断地学习，努力提高自己的知识和综合素质。
五、致谢
感谢我的指导老师黄焰对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。
在设计的过程中，我通过查阅相关的资料，与同学交流经验以及向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历过不少艰辛，但同样收获巨大。
在整个设计中我懂得了许多东西也培养了我独立工作的能力，树立了自己对工作能力的信心，而且大大提高了动手能力。
虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益！
参考文献
1、陈国培、谭克清，电子技能与实训，机械工业出版社，北京，2009.02出版
2、陈颖，电子材料与元器件，电子工业出版社，北京，2003.01
3、陈永甫，常用电子元件及其应用，人民邮电出版社，北京，2005.08
4、周志敏、周纪海、纪爱华，便携式电子设备电源设计与运用，人民邮电出版社，北京，2007.06
5、陈有卿等，555时基集成电路原理与应用，机械工业出版社，北京，2006.05
6、王千，实用电子电路大全，电子工业出版社，1991.12
六、作品实物图
光电子与通信工程系毕业设计开题报告
姓名
****
系
光电子与通讯工程
专业
光机电
班级
****
设计题目
光电控制自动跟踪玩具车电路设计
指导教师
****
设
计
目
的
随着近年来，我国电子产品消耗也越来越多，光电产业也得到了迅速的发展，光电技术在生活中应用也越来越广泛。
本设计电路应用了一些新型的光电器件，我们可以了解到一些新型的光电器件基本应用，对其有一定的认识，同时也可以增强我们的动手能力。
设
计
摘
要
本玩具车电路在车底盘的两侧装有光电管作为导向，它能自动跟踪白色地面上的黑线前进，并可转向，行车自如。
光控自动跟踪电路由光电控制电路、车轮驱动电路等组成。
光控电路由双时基集成电路556的光电三极管VT1、VT2、R1、R2等组成。
556的左、右两半的1/2分别与VT1、VT2等相连组成一个触发器。
VT1、VT2分别装在车底的左右两侧，可直接接受地面的反射光。
设
计
规
划
完成本课题的工作计划及其进度
第1、二周：
了解认识设计电路元器件的各种功能及其相关文件；
第3、四周：
元器件的排布及其焊接；
第五周;电路的检测与分析；
第六周：
撰写设计说明书及其相关文件；
第七周：
修改毕业设计。
武汉软件工程职业学院毕业设计成绩鉴定表
姓名
****
系
光电子与通讯工程系
专业
光机电
班级
****
设计主题
光电控制自动跟踪玩具车电路设计
指导教师
****
设
计
思
想
摘
要
随着现代社会科学技术的快速发展，光电产品也越来越多，产品的更换越来越迅速，使我们的生活也更加丰富多彩。
光电控制自动跟踪玩具车就是光电技术的一些简单运用，本电路的设计是利用一些新型的光电器件来设计的。
光控自动跟踪电路由光电控制电路、车轮驱动电路等组成。
本电路主要采用新型光电产品光电管安装在小车的车底盘的左右两侧为小车导向，使其能转向，它们能自动跟踪白色地面上的黑线前进，并可转向，行动自如，且前进过程中伴有蜂鸣器的响声。
设
计
鉴
定
设计鉴定意见：
设计鉴定等级：
鉴定小组负责人签名：
系盖章：
年月日
附：
1、毕业设计说明书（篇幅不得低于2000字）；
2、设计作品及相关材料。
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