自循迹小车电子综合实训报告.docx

1、自循迹小车电子综合实训报告自循迹小车电子综合实训报告学 院：自 动化学院专业班级：数控卓越 141 班学生姓名： 裴 希学 号： 203140722指导教师：陈国军、张津杨完成时间： 2015.12.15一、实习目的1. 能熟悉的使用 Altium Designer 软件画出实验原理图以及 PCB图；2.能使用 Proteus 软件实现电路的仿真，并且找出仿真失败的原因；3.加深对数字电路以及模拟电路的理解，更好的掌握学过的理论知识；4.通过实习，培养自独立解决问题实际问题的能力；5.掌握电子电路的一般设计方法，为以后的工作打下基础；6.能够进行良好的团队合作，培养团队协作和沟通能力；7.掌握

2、循迹小车的设计方法；8.掌握基本的焊接电路的方法。二、基本功能小车可以在检测到黑线的情况下自动绕着黑线走， 在三个传感器同时检测到黑线时停止。系统概述为以下所示 ：电 源传 感器控驱占制动空比计 数 器 秒脉冲三、设计的具体实现（一）单元电路设计 ( 仿真 ) 分析(1). 电源电路原理图如下所示a. 该电路使用到 7805 芯片， 7805 芯片的功能为稳定输出电压，使输出不发生明显的波动，以至于影响到他的输出端的稳定，经常用于电子制作方面。由于电子电路内部还有过流、 过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。b . 而在 7805 的两侧分别用了两个电容这两个电容是用来抵抗

3、外界的干扰和电源内部产生的干扰。c. 此外为了防止电机转动带来的干扰，我们使用两个 7805 稳压电源电路，一个给电机以激励，另外的一个电源电路用来给电机以外的电路板块激励。e. 而两个电源之间也不能让其互相产生干扰，所以需要在两个 7805 输出之间加一个电感用来隔离两个输出端产生的干扰，让电路的输出更加的稳定。(2). 传感电路a.RPR220 功能简介传感电路中我们使用的传感器为 RPR220，RPR220为光电传感器，从内部结构图可以看出，光电传感器就是由左边的红外发射二极管和右这的红外接收管练成，说白了就是把红外收发管封装在一起而已。在检测到光线时三极管导通，未检测到光线时，三极管截

4、止。b.LM339 功能简介在本电路中还需要使用另一个芯片为 LM339，该芯片为类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“ +”表示，另一个称为反相输入端，用“ - ”表示。用作比较两个电压时， 任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择 LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“ +”端电压高于“ - ”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“ - ”端电压高于“ +”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于 10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状

5、态， 因此，把 LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。电路原理图如下所示：1 、2 端的红外二极管发出红外光，经白纸（黑色会吸收光线，无反射）反射回来给 34 端的红外接收管接收， 当接收到红外线， 则 34 导通，常用电路如下：1）当检测到黑线时， 此时也就是红外接收管没有接收到反射回来的红外光，34 的红外接收三极管截止，则在 RPR220的 3 管脚输出一个电压。若检测到的是白线则 3 脚没有电压输出。2）LM339是一个四电压比较器，一个芯片有四个比较器，因为我们不可能只用一个光电传感器去寻迹， 至少要三个光电器件， 所以用 339 比较器可以降低成本和电路的复杂度。比较器的 5

6、 脚是一个基准电压，建议用可变电阻器 W1调到 2.5V ，再与 4 脚的电压（既是 RPR220的 3 脚输出的电压）比较。3）整个电路的工作过程若检测到黑线，刚 RPR220的 3 脚输出一个电压与基准电压比较，若 RPR220的 3 脚的电压比基准电压大， 则 LM339的 2 脚就输出一个低电平。 相反检测不到黑线，则 LM339的 2 脚就输出一个高电平。 这样控制电路的 74LS138就可以“看”到黑线了。根据计算，要提高光电传感器的灵敏度 （主要是光电传感器离黑线的距离） ，光电传感器的接收管的电流不能太大，本人建议 R2 30K 为好。(3). 控制以及电机占空比电路在控制电路

7、中，小车将传感器检测到的信号传输到 74LS138三线到八线译码器，然后通过一系列的与非门再与占空比输出信号相与传输到驱动电路即可完成控制，在叙述该电路之前我们需要先了解一 74LS138芯片，以及 555 芯片的基本知识。a.74LS138 （3-8 译码器）当一个选通端（ E1）为高电平，另两个选通端（ (/E2) 和(/E3) ）为低电平时，可将地址端（ A0、A1、A2）的二进制编码在 Y0 至 Y7 对应的输出端以低电平译出。比如： A2A1A0=110时，则 Y6输出端输出低电平信号。利用 E1 、E2 和 E3 可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32

8、线译码器。左 图 即 为74LS138功 能 表b.555 定时器功能简介555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3 ，C2 的反相输入端的电压为 VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于 VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0 ，可使 RS 触发器置 1 ，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR端的电压大于 VCC/3 ，则 C1 的输出为 0 ，C2 的输出为 1 ，可将 RS 触发器置0，使

9、输出为低电平。左图 即为555 定时器的功 能 表占空比电路原理图如图所示：输出高电平时间： T=(R1+R2)Cln2输出低电平时： T=R2Cln2振荡周期 ： T=(R1+2R2)Cln2输出方波的占空比为：控制及占空比电路原理图如下图所示：电路分析： 由事先设计好的真值表我们可以接好 138 芯片的引脚，真值表如图所示 ：输入输出左电机右电机左传感器中传感器右传感器左右左右00010100011001010101001110011000110101011011001101110000当传感器检测到黑线时输出为高电平“ 1”，当传感器检查到非黑线时输出为低电平“ 0”。(4). 驱动电路

10、在驱动电路模块， 我们结合模电知识， 在查手册和计算中算出各个参数的适合值。首先我们先介绍一下各个器件的功能和使用方法。a. 三极管 8050 和 8550首先先介绍一下三极管的管脚的区分方法：判定基极： 用万用表 R100 或 R1k 挡测量管子三个电极中每两个极之间的正、反向电阻值。 当用第一根表笔接某一电极， 而第二表笔先后接触另外两个电极 均测得低阻值时，则第一根表笔所接的那个电极即为基极 b。这时，要注意万用表表笔的极性，如果红表笔接的是基极 b。黑表笔分别接在其他两极时，测得的阻值 都较小，则可判定被测管子为 PNP型三极管；如果黑表笔接的是基极 b，红表笔分别接触其他两极时，测得

11、的阻值较小，则被测三极管为 NPN型管如 8050 。判定三极管集电极 c 和发射极 e：以 PNP型三极管为例，将万用表置于 R100 或 R 1K 挡，红表笔基极 b，用黑表笔分别接触另外两个管脚时，所测得的 两个电阻值会是一个大一些，一个小一些。在阻值小的一次测量中，黑表笔所接管脚为集电极；在阻值较大的一次测量中，黑表笔所接管脚为发射极。由测量得知 8050 为 NPN，8550 为 PNP，三极管的放大条件为发射极正偏集电极反偏，其他三极管具体知识在模拟电子技术都已学过， 在此不再重复赘述。驱动电路单个驱动原理图如下图所示：电路分析：此电路为 H 桥结构，当左侧 Q4导通，右侧 Q3截

12、止时，电流由 Q2经过电机流向 Q5从而使电机正转， 反之当左侧 Q4截止，右侧 Q3导通时，电流由 Q1经过电机流向 Q6从而使电机反转，所以在当控制模块的控制信号过来就可以使电机正转反转，从而达到使小车可以循迹。而四个反向接在三极管集电极和发射极的二极管的作用是保护三级管不被击穿，因为当电机转动时， 里面的绕组相当于电感， 在断电之后依旧会向外放电，一瞬间产生的电流很可能会击穿三级管，此时反接的的二极管则起到引流的作用，将电机产生的电流引走从而保护了三级管。加在电机两端的电容的作用则为减小电机转动时产生的干扰信号。（ 5） . 计数显示电路在本电路中需要使用到的芯片有 74LS160、74

13、LS47、 NE555以及共阳极数码管。下面对这几个芯片进行简单的功能介绍。a.74LS160 （ 8421BCD）编码器异步清零端 /MR1 为低电平时，不管时钟端 CP信号状态如何， 都可以完成清零功能。 160 的预置是同步的。 当置入控制器 /PE 为低电平时， 在 CP上升沿作用下，输出端 Q0-Q3与数据输入端 P0-P3 一致。对于 74160，当 CP由低至高跳变或跳变前，如果计数器控制端 CEP、CET为高电平，则 /PE 应避免由低至高电平的跳变，而 74LS160无此种限制。 160 的计数是同步的，靠 CP同时加在四个触发器上而实现的。（功能如图所示）b. 74LS47 芯片该芯片为驱动数码管显示的芯片，下面为其功能表：由其功能表可以看出该芯片输出为低电平有效， 所以我们选择的时共阳极的数码管。需要注意的是，在 74L