学生科研基金项目中期检查报告书Word格式文档下载.docx
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理工分院、机械
报告日期：
2019年5月6日
阶段成果
论文或研究报告（篇）等：
著作（部）：
阶段性成果（成果形式为＂研究报告＂者填＂使用单位＂）
序号
成果名称
成果形式
作者
刊物、年期（出版社和出版日期或使用单位）
研究工作进展情况（研究计划实施情况，存在的问题，能否按时完成等）
一、计划实施情况
实验时间：
1月11日——17日
本周目标：
认识各个型号Arduino主控板并选择适合此次实验的主控板
具体内容：
通过XX与淘宝卖家的沟通，初步认识各个型号的主控板优缺点，总结如下，
最后选择了ArduinoMEGA2560作为我们的主控板，因为各个工作区的外接插口较多拥有54路输出接口，可插入许多传感器，其次储存颗粒（
EEPROM）较大，可以储存上万条语句，最重要的一点是支持的函数库数据是最多的，并且晶振规格较高，可精确计时，在Arduino系列里算是高配置的主控板，也会对于未来省去不少的麻烦。
以下是MEGA2560板（右）与Duemilanove板（左）的对比：
1月17——19日
认识了解小车动力系统的构造并搭建。
我们这周从XX上了解到许多小车动力系统的方案，最后决定将电机电源与主控板电源分开供电（也可以采用主控板前加入降压装置，但是为了防止电池输出电流过大而引起发热且需要一定的接线技巧否则接线处容易断开所以摒弃这一想法），原因是电机的额定电压远远大于主控板电压，为防止烧坏主控板而设计；
主控板采用松下的9V电池，电机用的是12V航模电池初步搭建小车图片如下：
1月19——2月28日
实验目标：
学习Arduino的编程语言，认识了解Arduino主控板各个工作区的工作原理，并写出一个延时闪灯程序在Arduino板中运行，了解学习各种驱动模块如何工作以及工作范围并选择适合我们的一个驱动模块，认识了解常用的传感器。
我们通过购买《Arduino编程从零开始》等书籍及从XX文库上收集Arduino编程资料并进行学习，并初步了解各种市面上的驱动模块芯片，最后选择了搭载L298芯片的L298N驱动模块，由于L298N模块体积较小；
可实现电机的正反转和调速；
启动性能好，启动转矩大，输出电流稳定；
拥有专门的H桥散热构件；
可同时驱动两台电机等优点最后决定采用L298N模块来用做小车的动力系统中。
以下是L298N模块原理图：
3月2——9日
让小车动起来。
我们将购买好的L298N模块安装于小车上并与Arduino主控板接线烧录好程序进行第一次测试，程序原理是使用2560主控板33、34、35、36、2、3模拟输入引脚接入L298N模块的IN1、IN2、IN3、IN4、ENA、ENB针脚口，数字接口负责输出高低电平再经L298N放大后再控制电机的正转与反转，去掉EN上的跳帽（接上跳帽，驱动板输出全速；
去掉跳帽，可实现精确控制速度）主控板的PWM接口接入通道A使能（ENA）引脚将9400波特率的PWM信号输入至L298N模块来进行控制电机转速，将所有准备工作做好后，烧录程序成功后小车动不了，随后我们排除了程序与接线的问题，小车依旧运作不了。
3月9日——23日
查出问题所在，让小车动起来。
我们通过两周的时间查询资料，排除原因最后发现是因为主控板和L298N模块的电池不同，电势的零势能面选取不一，只需要将主控板的GND接口与电池负极相连即可解决问题。
本次实验还发现，由于每个电机的电刷不同，转子绕铜线匝数不同，所获得的磁场能量不同会产生一定的速度差，导致小车行走不稳定，走不成一条直线；
速度越快越不稳定且行驶越是弧线。
3月23日——30日
解决四个电机所产生的的速度差，制作一个独立四轮驱动小车以解决行驶不稳。
我们将两个L298N模块并联一起，由同一个电源进行供电，这样就可以做出独立四驱的效果，来解决小车快速行走不稳定的问题。
实物图如下：
4月1日——9日
学习巡线所需的传感器并分析各类的优缺点。
我们决定先运行圆角轨道再运行120度角的轨道，所以用了近两周的时间，了解了各种型号的灰度传感器和红外传感器，总结了各种传感器的优缺点：
1、灰度传感器利用光敏电阻对不同颜色的检测面对光的反射程度不同引起阻值变化，但容易受到外界光的干扰并且价格较高（影响较大，控制要求高）。
2、激光传感器利用激光对目标的距离进行准确测定，精度比较好，但价格十分昂贵，而且体积过大巡线一般用不到那么精密。
3、红外传感器，是最常见的一种，价格较为低廉，容易受到日光或者其他相近波长光源的干扰（抗干扰能力远优于灰度传感器）。
红外传感器灰度传感器激光传感器
所以综上所述我们决定采用红外穿感器，并设计给小车先用于三个传感头进行巡线测试，分别检测小车的左中右三个区域。
4月10日——25日
先以圆滑的弧形轨道巡线。
本周我们将三个寻迹头安装在小车上并写好相应的程序进行测试，发现的主要问题有：
1、三个寻迹头间距较大时，当小车速度较快时转弯容易跑出轨道，小车速度较慢时，转弯效果还是容易跑出轨道。
2、三个寻迹头间距适中及较小时，小车无论速度快慢，过弯总是一走一停的，整体十分不稳定。
图一图二
4月26日——5月5日
减少过弯处的卡壳现象。
我们为了改进上周出现的问题，通过采用增加红外巡线传感器、改进算法、增大每个红外巡线传感器之间距离的方法，用6个红外巡线传感器相互协作的方式来检测小车轨道。
使得小车无论速度大小，过弯都十分连贯，虽然有时还会出现卡壳现象但比上周总体效果好很多。
实物图如图二：
二、存在问题汇总
1、主控板额定电压与电机额定电压不同无法选择同一个供电源。
（已解决）
2、程序合适，接线合适，电源合适但是L298N电机驱动模块不工作。
3、四个电机，各个转速不同，行驶不出一条直线。
4、车辆行驶过程中出现抖动。
5、小车过圆角不够顺滑，总是停停走走的。
（已解决，待优化）
6、小车惯性太大，无法及时停止，进入急转弯容易出弯。
（未解决）
7、小车对于表面稍微粗糙的黑线反应不是很灵敏。
三、科研计划安排
原计划：
2019年1月——2019年2月，查找并搜集有关该课程设计的资料，完成开题报告。
2019年2月——2019年3月，通过查找到的资料，对单片机进行学习和研究，掌握其工作原理
2019年3月——2019年5月，学习并掌握单片机编程，在模拟器上进行调试及相关的实验。
2019年5月——2019年7月，在实验室进行组装并焊接电路板小车主体框架，然后运行编写完的语言，进行实物调试。
2019年7月——2019年8月，研究并讨论相关的实验结果。
2019年8月——2019年9月，撰写论文并做好结尾工作。
现计划：
2019年5月——2019年6月，研究新的减速程序算法，并完成未解决的问题。
2019年6月——2019年6月25日，完成原计划巡线图。
2019年暑假（6月——9月），如果完成巡线图，进行BTN7971b芯片的数据收集以及研究使用，此芯片使用占空比的方法来调节速度，对于L298芯片拥有精度高散热小的压倒性优势。
如果未完成巡线图则继续完成。
2019年9月——2019年10月，使用载有BTN7971b的驱动模块，并深入探究麦克纳姆轮行驶原理，行驶算法，最后安装在小车上进行实验。
2019年10月，做好科研结尾工作。
项目经费支出情况：
项目*数量
费用（元）
电机*4
200
电机支架*4
11.2
铁质联轴器*4
ArdunioMEGA2560控制板*1
70
16mm橡胶轮*4
24
金属底盘*2
80
L298N*2
22
杜邦线若干
20
螺丝螺母铜柱若干
6mm、3mm十字螺丝刀*1
9
3mm一字螺丝刀*1
5
六棱扳手*1套
热缩管若干
电池*2
27
面包板*1
11
灰度传感器*7
125
AWG红线*1.5米
AWG黑线*1.5米
总计：
685.4元
项目组成员本年内从事该项研究分别投入的工作量（小时）：
指导教师中期检查意见：
指导教师签名：
年月日
科研与社会合作部中期检查意见：
年月日（盖章）
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