数字电子电路技术课设之循迹小车.docx

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数字电子电路技术课设之循迹小车

学号：

数字电子技术课程设计说明书

设计题目：

基于数电的循迹小车

2012年12月20日

电气工程学院课程设计评审表

学生姓名

-

专业

测控技术与仪器

年级

10

学号

课程

数字电子技术

设计题目

循迹小车

评价内容

评价指标

评分

权值

评定

成绩

业务水平

有扎实的基础理论知识和专业知识；能正确设计实验方案（或正确建立数学模型、机械结构方案）；独立进行实验工作；能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论

50

论文（设计说明书、图纸）质量

综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值；图纸绘制符合国家标准，质量符合要求；计算及测试结果准确；工作中有创新意识；对前人工作有改进或突破，或有独特见解

50

工作量、

工作态度

按期完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实

合计

100

指导教师评语

目录

目录……………………………………………………………………………………….3..

摘要…………………………………………………………………………………………4

1.设计任务与要求………………………………………………………………………5

1.1基本功能………………………………………………………………………………5

2.系统设计方案……………………………………………………………………………5

2.1电路设计元件测试……………………………………………………………………5.

2.2循迹小车的工作原理………………………………………………………………7

2.3控制系统的总体设计…………………………………………………………………8

2.3.1组成电路的各个模块及其功能………………………………………………9

2.3.2电路模块的组成介绍及分部电路设计…………………………………………9.

3系统方案……………………………………………………………………………14

3.1自动循迹小车总体设计电路分析………………………………………………14

3.2总体实际电路图…………………………………………………………………15

3.3实物图………………………………………………………………………………15

4．设计体会…………………………………………………………………………………16

5.参考资料………………………………………………………………………………….17

基于数电的循迹小车

内容摘要:

这次我们制作的设计制作任务是一款由数字电路来控制的智能循迹小车，在组装过程中我们不但能熟悉机械原理还能逐步学习到：

光电传感器、电压比较器、电机驱动电路等相关电子知识。

这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，由于黑线和白色地板对光线的反射系数不同，可以根据接收的反射光的强弱来判断“道路”。

通常采取得方法是红外探测法。

关键词：

循迹小车，传感器，电机驱动

Abstract

Wemakethedesigntaskisoneofthedigitalcircuittocontroltheintelligenttrackingcar,intheassemblyprocesswecannotonlyfamiliarwithprincipleofmachineryalsocangraduallylearnto:

photoelectricsensor,avoltagecomparator,amotordrivecircuitandotherrelatedelectronicknowledge.Wemakethedesigntaskisoneofthedigitalcircuittocontroltheintelligenttrackingcar,intheassemblyprocesswecannotonlyfamiliarwithprincipleofmachineryalsocangraduallylearnto:

photoelectricsensor,avoltagecomparator,amotordrivecircuitandotherrelatedelectronicknowledge.Herethetrackingreferstothecaronawhiteflooralongtheblacklinerunning,blackandwhitefloorduetolightreflectioncoefficientcanbedifferent,accordingtothereceivedreflectedlightintensitytodetermine"road".Usuallyadoptmethodofinfrareddetectionmethod.

Keywords:

vehicletracking,sensor,motordrive

1.设计任务与要求

1.1基本功能

①设计一个基于直流电机的自动循迹小车，使小车能够自动检测地面黑色轨迹，并沿着黑色车轨迹行驶。

②当小车走在白色轨道时，保持原来速度行驶；当遇到黑线时，说明小车跑偏，通过继电器将开关打到低电压一路，使小车差速行驶，并调整行驶方向。

③在白色区域，光电传感器经光线通过地面反射到光敏电阻上通过检测光敏电阻阻值变化能判断小车是否行驶在白色区域上

2.系统设计方案

2.1电路设计原件的测试

电阻器的检测

外观检查：

对于固定电阻器首先查看标志清晰，保护漆完好，无烧焦，无伤痕，无裂痕，无腐蚀，电阻体与引脚紧密接触等。

对于电位器还应检查转轴灵活，松紧适当，手感舒适。

有开关的要检查开关动作是否正常。

万用表测试：

在测量中注意拿电阻的手不要与万用表的两个引脚相接触，这样会使手所呈现的电阻与被测电阻并联，影响测量准确。

另外，不能在带电情况下用万用表电阻挡检测电路中电阻器的阻值。

在线检测应首先断电，将电阻从电路中断开，然后再进行测量。

固定电阻器：

用万用表的电阻挡对电阻进行测量，对于测量不同阻值的电阻选择万用表的不同倍乘挡。

对于指针式万用表，由于电阻挡的示数是非线性的，阻值越大，示数越密，所以选择合适的量程，应使表针偏转角大些,指示于1/3～2/3满量程，读数更为准确。

若测得阻值超过该电阻的误差范围、阻值无限大，阻值为0或阻值不稳,说明该电阻器已坏。

光敏电阻器的测量：

在无光照（用手或物遮住光）的情况下万用表测得阻值大，有光照表针指示电阻值有明显减小。

若无变化，则元件损坏。

当红色LED光投射到白色区域和黑色跑道时因为反光率的不同，光敏电阻的阻值会发生明显区别，便于后续电路进行控制。

发光二极管：

本电路中所用的二极管是发光二极管，发光二极管具有单向导电性，使用R×10k档可测出其正、反向电阻。

一般正向电阻应小于50k欧姆，反向电阻应大于200k欧姆。

若正、反向电阻均为零，说明内部击穿短路。

若正、反向电阻均为无穷大，证明内部开路。

三极管：

本电路所用三极管，是一种低电压,大电流,小信号的PNP型硅三极管集电极-基极电压Vcbo：

-40V，工作温度：

-55℃到+150℃，主要用途：

开关应用，射频放大。

2.2循迹小车的工作原理

当光源射到白色物体和黑色物体上时的反光率是不同的，我们这里用红色的LED作为光源，光线通过地面反射到光敏电阻上，通过检测光敏电阻阻值变化能判断小车是否行驶在白色区域上，如果检测到是黑色跑道，说明小车跑偏，这一侧的电机就会减速甚至停转这一侧的绿色的LED熄灭，驱动小车向相反方向行驶，这样小车就能始终沿着跑道行驶了。

所以这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，由于黑线和白色地板对光线的反射系数不同，可以根据接收的反射光的强弱来判断“道路”。

通常采取得方法是红外探测法。

红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收，光线通过地面反射到光敏电阻上通过检测光敏电阻阻值变化能判断小车是否行驶在白色区域上；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。

说明小车跑偏，这一侧的电机就会减速甚至停转这一侧的绿色的LED熄灭，驱动小车向相反方向行驶，这样小车就能始终沿着跑道行驶了。

继电器就是否接收到反射回来的红外光为依据来确定。

2.3电路系统的分部设计

2.3.1组成电路的各个模块及其功能：

自动循迹小车控制系统由电源模块、传感器模块、电机驱动块、电压比较器模块、继电器控制模块等部分组成。

控制系统的结构框图如下：

电源部分：

为各电路元器件提供工作电源。

传感器部分：

通过光敏电阻，感知小车行驶情况，为后续电路提供比较电压。

电压比较器部分：

通过比较输入端的电压大小，提供小车左转右转信号。

电机驱动部分：

通过控制三极管的导通截止，驱动减速直流电机转动，并使转向指示灯发光。

继电器控制模块：

实现电路的导通与关闭，相当于一个单刀双掷开关。

2.3.2电路模块的组成介绍及电路设计：

1.传感器模块：

红外传感器，比较器LM324

红外传感器：

红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：

（1）辐射计，用于辐射和光谱测量；

（2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；（3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；（4）红外测距和通信系统；（5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。

红外传感器根据探测机理可分成为：

光子探测器（基于光电效应）和热探测器（基于热效应）。

本次我们使用的是光子探测器。

比较器LM324：

在黑线检测的测试中，若检测到白色区域，发射管发射的红外线没有反射到接收管；若检测到黑色区域，管接收到发射管发射的红外线，电阻发生变化，所得的分压也就随之发生变化。

判断有无黑线我们用比较器LM324，LM324是四运放集成电路它采用14管脚双列直插塑料、陶瓷、封装。

如图所示。

它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器除电源共用外四组运放相互独立。

每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示它有5个引出脚其中“+”、“-”为两个信号输入端“V+”、“V-”为正、负电源端“Vo”为输出端。

两个信号输入端中Vi--为反相输入端表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反Vi++为同相输入端表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。

模块电路图

2.电压稳压模块：

用L7805芯片、104容值的电容、330uf的电容

L7805稳压芯片：

L7805集成稳压器的典型应用电路如下图所示,这是一个输出正5V直流电压的,稳压电源电路.IC采用集成稳压器L7805,C1,C2分别为输入端和输出端滤波电容。

L7805将7.2v的电压稳压为5v，以便给LM324、电机供电。

稳压芯片的工作电路：

3.电机及驱动模块：

两个直流电机，电磁继电器

直流电机：

直流电机是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。

它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。

当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。

电磁继电器：

电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。

只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。

当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。

这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。

对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：

继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。

电机驱块动模电路图

3系统方案

3.1自动循迹小车总体设计电路分析：

在小车具体的循迹行走过程中，为了能精确测定黑线位置并确定小车行走的方向，需要在小车前方安装两个红外传感器，进行两边方向纠正控制提高其循迹的可靠性。

在黑线检测电路中用来确定红外接收信号电平的高低，以电平高低判定黑线有无。

通过红外传感器检测运行线路，当检测到黑线时，输出信号给LM324，在电路中，LM324的一个输入端需接滑动变阻器，通过滑动变阻器的阻值来提供合适的比较电压，接收电压与比较电压比较后，输出信号为高电平，然后将通过LM324的高电平信号先经过1N919三极管集电极放大，发射极接地，将放大的信号传送到继电器，让继电器做出相应的判断。

若输出为高电平，则接通“常开触点”，电路接入稳压电路低电压5V。

反之，接入高电压7.2V。

本电路采用继电器和7805稳压芯片为控制器，继电器相当于一个单刀双掷开关，7805将7.2v的电压稳压为5v，以便给LM324、电机供电。

电机采用直流电机，外接大小电源控制电机的速度，是电机的两轮遇到黑线时差速行驶。

3.2自动循迹小车的总体设计电路图：

3.3实物图

4.设计体会

通过本次设计，使我对已学过的电路、数电、模电等电子技术的知识有了更深一步的了解，锻炼和培养了自己利用已学知识来分析和解决实际问题的能力。

对自己以后的学习和工作有很大的帮助。

刚开始做这个设计的时候感觉自己什么都不知道怎么下手，脑子里比较浮躁和零乱。

但通过一段时间的努力，通过重温数电，模电等电子技术的书籍，还有通过查看相关的设计技术以及一些参考文献，再加之在老师的指导和周围同学的帮助下，使我对自己的本设计有了熟练的掌握。

在整个的设计过程中我充满了激情和用心。

记得在电子电工实习的时候，也是用满腔的热情来完成各项实习任务，并在每项实习项目中都达到了优秀的成绩。

所以，我相信自己的实际动手能力，并一向的加强自己在这方面的努力。

在这次的电子技术设计中亦是如此，用自己的双手和满腔的热情来完成各个环节，不断的在图书管查看相关资料和期刊文献，特别在Internt上也收收获了很多新鲜的东西。

这次设计更让我熟悉了一些常用集成逻辑电路和其相应芯片的使用。

最后，我要衷心的感谢刘老师给了我一次实践的机会，让我更加深刻地了解和认识到了自己的优点和不足，通过这个课程设计我发现了我好多知识都不熟悉甚至有的东西我根本就不知道，这让我感到了要学习的东西还有很多很多。

因此使我更坚定了在以后的学习中要扎实好基础，阔广知识面。

5.参考文献

1.《数字电子技术基础》（第五版），阎石主编，高等教育出版社。

2《传感器原理设计与应用》，刘迎春主编，长沙：

国防科技大学出版社，1992.