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制作循跡小車實結

哈爾濱理工大學

一、設計要求及注意事項...................................2

二、設計的作用、目的...........................................2

三、設計的具體實現.......................................2

1．系統概述....................................................2

2.單元電路設計（或仿真）與分析.................................3

（1）電源模塊......................................................3

（2）電機驅動模塊.................................................4

（3）簡易控制模塊...........................................6

（4）紅外循跡模塊.................................................7

3.電路的安裝與調試...................................................8

（1）安裝...................................................8

（2）調試...................................................10

四、心得體會，存在的問題和進一步改進的意見.............11

五、附錄...........................................11

1.元件說明.....................................................11

（1）電阻...................................................11

（2）電解電容...............................................11

（3）LED...................................................12

（4）芯片...................................................12

電子實習報告

一、設計要求及注意事項

1.能獨立完成設計內容并完全掌握其內部結構、工作原理和安裝調試過程。

2.要求在設計過程中能熟練掌握其元器件的計算、焊接技術和電路故障的判別方法。

3.焊接順序，先貼片后插件。

4.要求焊接的電路板調試時正常且安裝好小車后能正常運行。

5.進入實習基地后按指定的實驗臺就位，未經許可，不得擅自挪換儀器設備。

6.要愛護儀器設備及其它公物，凡違反操作規程，不聽從教師指導而損壞者，按規定賠償。

7.未經指導教師許可，不得做規定以外的實驗項目。

8.要保持實習室的整潔和安靜，不準大聲喧嘩，不準隨地吐痰，不準亂丟紙屑及雜物。

9. 必須嚴格按設備操作書的要求去使用設備，注意人身及設備安全，不要盲目操作。

二、設計的作用、目的

1．利用所學過的基礎知識，通過本次電子實習培養獨立解決實際問題的能力；

2．鞏固本課程所學的理論知識和實驗技能；

3．掌握常用電子電路的一般設計方法，提高設計能力和實驗、動手能力，為今后從事電子電路的設計、研制電子產品打下基礎。

4.熟練掌握焊接機能、電子元器件的識別。

5.了解智能循跡小車構成的設計方法。

6.培養團隊的協作和溝通能力。

三、設計的具體實現

1.系統概述

智能移動機器人平臺以雙電機輪式小車為底層移動平臺，單片機為控制核心，通過紅外探測模塊實現對行車路線的感知，電機驅動模塊實現對直流電機的驅動控制，從而完成自動行駛的功能。

如圖：

可以根據實際需要進行多模塊擴展。使用金屬探測模塊完成對金屬物體的.探測，拓展超聲波模塊實現避障、測距功能，利用測溫模塊感知環境溫度，采用無線傳輸模塊實現數據的傳輸及無線遙控等。

如圖：

2.單元電路設計(或仿真)與分析

(1)電源模塊

如圖焊接完成的電路板

供電系統的原理圖如下

7805的5V輸出給單片機以及各個功能模塊供電，在實際應用過程中我們可能需要好幾塊7805，但是我們要注意的是：各個7805之間的輸出絕對不能夠并聯。7806的6V輸出給電機供電作為動力電源。7805與7806要共地。

（2）電機驅動模塊

如圖焊接完成的電路板

L298內部的原理圖如下

OUT1與OUT2與小車的一個電機的正負極相連，OUT3與OUT4與小車的另

一個電機的正負極相連，單片機通過控制IN1與IN2,IN3與IN4分別控制電機的正反轉。ENA與ENB分別控制兩個電機的使能。

注意：X表示狀態不定電機驅動模塊原理圖

L298有兩路電源分別為邏輯電源和動力電源，上圖中6V為邏輯電源，

12V為動力電源。J4接入邏輯電源，J6接入動力電源，J1與J2分

別為單片機控制兩個電機的輸入端，J3與J5分別與兩個電極的正負極相連。ENA與ENB直接接入6V邏輯電源也就是說兩個電機時刻都工作在使能狀態，控制電機的運行狀態只有通過J1與J2兩個接口。由于我們使用的電機是線圈式的，在從運行狀態突然轉換到停止狀態和從順時針狀態突然轉換到逆時針狀態時會形成很大的反向電流，在電路中加入二極管的作用就是在產生反向電流的時候進行泄流，保護芯片的安全。

L298的PCB安裝圖

(3)簡易控制模塊

如圖焊接完成的電路板

利用單穩態觸發電路實現小車的控制，設定電機驅動模塊的IN2=IN4=0；

紅外模塊輸出OUT1(OUT5)在未探測到軌跡時輸出高電平,控制電路輸出高電平，IN1(IN3)=1，小車前行；當有紅外對管探測到軌跡時，即OUT1(OUT5)輸出低電平觸發信號，控制電路使得IN1(IN3)=0，小車左（右）轉，由于是暫穩態，所轉角度有限，避免超調，從而實現小車的基本循跡功能。

如圖：

紅外紅外

（4）紅外循跡模塊的原理如圖焊接完成的電路板

在智能機器人小車的設計中我們使用的是一體反射式紅外對管，所謂一體就是發射管和接受管固定在一起，反射式的工作原理就是接收管接收到的信號是發射管發出的紅外光經過反射物的反射后得到的，所以使用紅外對管進行循跡時必須是白色地板加黑色引導條。下圖為紅外循跡電路的原理圖。

上面電路由一組紅外對管、電位器、運算放大器和電阻組成的，R1起到限流的作用，用來控制反光管發出紅外信號的強弱。接收管實際上是一個光敏三極管基極的光電流經過放大后流經電阻R2產生電壓與電位器調節后得到的電壓進行比較。A1與電阻組成一個比較器。在有紅外信號返回時OUT端輸出高電平，反之輸出低電平。

紅外循跡對管的安裝圖

3.電路的安裝與調試

(1)安裝

如圖為四塊電路板連線示意圖

接口電路連接方式：

1、電源模塊連接：

電源模塊與單片機連接：

+12V接電池正極 GND負極

J4與電源+5v GND相連接，方塊為正。

2、紅外模塊與電源模塊連接：

1接電源模塊+5V 2 接電源模塊對應地

3、紅外模塊與單片機連接：

7針連接p1.0 6針連接p1.1 5針連接p1.2 4針連接p1.3 3針連接p1.4

4、電機驅動與電源模塊連接：

+12V 與+6V連接 +12V旁的GND與+6V旁的GND連接

+6v GND +6v GND 與電源模塊 +5V GND +5V GND連接

5、電機驅動與單片機連接：

IN1與p2.0連接 IN2與p2.1連接

IN3與p2.2連接 IN4與p2.3連接

（2）調試

四塊電路板焊接完畢后進行單個電路板的簡單調試，調試了電源模塊與紅外循跡模塊，檢查了驅動模塊的焊接情況。電源模塊電路板的焊接與調試均無問題，驅動的焊接情況良好，只有紅外循跡模塊的調試有情況。只有紅外循跡模塊調試時發光二極管不亮，后用烙鐵將電源接線柱重新焊接調試完成。

整車調試：按圖將四塊電路板連線并安裝在小車上，接通電源，用紅外模塊上紅外對管的工作與否觀察小車的運動狀態，當兩只紅外對管都工作時，小車的雙電機都運轉；當左紅外對管工作時，左電機運轉；當右紅外對管工作時，右電機運轉。

焊接過程及方法：

正式焊接前應練習，掌握焊接方法后再正式焊接。

在焊接前，烙鐵應充分加熱，達到焊接的要求。

用內含松香助焊劑的焊錫進行焊接，焊接時錫量應適中。

焊接時兩手各持烙鐵、焊錫，從兩側先后依次各以45度角接近所焊元器件管腳與焊盤銅箔交點處。待融化的焊錫均勻覆蓋焊盤和元件管腳后，撤出焊錫并將烙鐵頭每次焊接時間在保證焊接質量的基礎上應盡量短（5秒左右）。時間太長，容易使焊盤銅箔脫落，時間太短，容易造成虛焊。

沿管腳向上撤出。待焊點冷卻凝固后，剪掉多余的管腳引線。 ① ② ③ ④⑤

四．心得體會、存在問題和進一步的改進意見等

通過這次課程設計，我發覺我學到了很多。從拿到課題到定稿，從理論到實踐，在短短的幾天時間里，翻閱資料，不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計，我知道了只有理論是遠遠行不通的，只有在理論與實踐相結合的前提下，才能從中得出結論，才能真正提高自己的實際動手能力和獨立思考能力。

通過這次實習，我學習并掌握了智能循跡小車的工作原理，了解了智能循跡小車各個部分的工作方式。另外，我還學會了如何識別和使用常見的電子元器件，學會了電烙鐵的正確使用方法。雖然之前也進行過課程設計焊接過電路板，但沒有接觸過貼片焊接，在此次焊接的過程中學習了貼片焊機方法也發現了自己的焊接不足，會在今后的設計中改進提高。

五．附錄

1、元件說明

（1）電阻：

在實物電阻中，第一二種顏色所對應的數字代表電阻值的前兩位數字，最后一種顏色所對應的數字代表電阻值中從第三位開始數，“0”的個數。

（2）電解電容

所示，在電解電容的表面標注有容值和耐壓值，例如100uF/16V，表示其容值為100uF，耐壓值為16V。

（3）LED

所示，LED燈有綠線或綠點的一端為反向端。

（4）芯片

如圖所示，有小圓點的一端為芯片的正方向，在PCB板上豁口的左邊第一個引腳為芯片的1引腳。

芯片引腳序號及封裝

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