制作循迹小车实结

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制作循迹小车实结

哈尔滨理工大学

一、设计要求及注意事项...................................2

二、设计的作用、目的...........................................2

三、设计的具体实现.......................................2

1．系统概述....................................................2

2.单元电路设计（或仿真）与分析.................................3

（1）电源模块......................................................3

（2）电机驱动模块.................................................4

（3）简易控制模块...........................................6

（4）红外循迹模块.................................................7

3.电路的安装与调试...................................................8

（1）安装...................................................8

（2）调试...................................................10

四、心得体会，存在的问题和进一步改进的意见.............11

五、附录...........................................11

1.元件说明.....................................................11

（1）电阻...................................................11

（2）电解电容...............................................11

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

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

电子实习报告

一、设计要求及注意事项

1.能独立完成设计内容并完全掌握其内部结构、工作原理和安装调试过程。

2.要求在设计过程中能熟练掌握其元器件的计算、焊接技术和电路故障的判别方法。

3.焊接顺序，先贴片后插件。

4.要求焊接的电路板调试时正常且安装好小车后能正常运行。

5.进入实习基地后按指定的实验台就位，未经许可，不得擅自挪换仪器设备。

6.要爱护仪器设备及其它公物，凡违反操作规程，不听从教师指导而损坏者，按规定赔偿。

7.未经指导教师许可，不得做规定以外的实验项目。

8.要保持实习室的整洁和安静，不准大声喧哗，不准随地吐痰，不准乱丢纸屑及杂物。

9. 必须严格按设备操作书的要求去使用设备，注意人身及设备安全，不要盲目操作。

二、设计的作用、目的

1．利用所学过的基础知识，通过本次电子实习培养独立解决实际问题的能力；

2．巩固本课程所学的理论知识和实验技能；

3．掌握常用电子电路的一般设计方法，提高设计能力和实验、动手能力，为今后从事电子电路的设计、研制电子产品打下基础。

4.熟练掌握焊接机能、电子元器件的识别。

5.了解智能循迹小车构成的设计方法。

6.培养团队的协作和沟通能力。

三、设计的具体实现

1.系统概述

智能移动机器人平台以双电机轮式小车为底层移动平台，单片机为控制核心，通过红外探测模块实现对行车路线的感知，电机驱动模块实现对直流电机的驱动控制，从而完成自动行驶的功能。

如图：

可以根据实际需要进行多模块扩展。使用金属探测模块完成对金属物体的.探测，拓展超声波模块实现避障、测距功能，利用测温模块感知环境温度，采用无线传输模块实现数据的传输及无线遥控等。

如图：

2.单元电路设计(或仿真)与分析

(1)电源模块

如图焊接完成的电路板

供电系统的原理图如下

7805的5V输出给单片机以及各个功能模块供电，在实际应用过程中我们可能需要好几块7805，但是我们要注意的是：各个7805之间的输出绝对不能够并联。7806的6V输出给电机供电作为动力电源。7805与7806要共地。

（2）电机驱动模块

如图焊接完成的电路板

L298内部的原理图如下

OUT1与OUT2与小车的一个电机的正负极相连，OUT3与OUT4与小车的另

一个电机的正负极相连，单片机通过控制IN1与IN2,IN3与IN4分别控制电机的正反转。ENA与ENB分别控制两个电机的使能。

注意：X表示状态不定电机驱动模块原理图

L298有两路电源分别为逻辑电源和动力电源，上图中6V为逻辑电源，

12V为动力电源。J4接入逻辑电源，J6接入动力电源，J1与J2分

别为单片机控制两个电机的输入端，J3与J5分别与两个电极的正负极相连。ENA与ENB直接接入6V逻辑电源也就是说两个电机时刻都工作在使能状态，控制电机的运行状态只有通过J1与J2两个接口。由于我们使用的电机是线圈式的，在从运行状态突然转换到停止状态和从顺时针状态突然转换到逆时针状态时会形成很大的反向电流，在电路中加入二极管的作用就是在产生反向电流的时候进行泄流，保护芯片的安全。

L298的PCB安装图

(3)简易控制模块

如图焊接完成的电路板

利用单稳态触发电路实现小车的控制，设定电机驱动模块的IN2=IN4=0；

红外模块输出OUT1(OUT5)在未探测到轨迹时输出高电平,控制电路输出高电平，IN1(IN3)=1，小车前行；当有红外对管探测到轨迹时，即OUT1(OUT5)输出低电平触发信号，控制电路使得IN1(IN3)=0，小车左（右）转，由于是暂稳态，所转角度有限，避免超调，从而实现小车的基本循迹功能。

如图：

红外红外

（4）红外循迹模块的原理如图焊接完成的电路板

在智能机器人小车的设计中我们使用的是一体反射式红外对管，所谓一体就是发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号是发射管发出的红外光经过反射物的反射后得到的，所以使用红外对管进行循迹时必须是白色地板加黑色引导条。下图为红外循迹电路的原理图。

上面电路由一组红外对管、电位器、运算放大器和电阻组成的，R1起到限流的作用，用来控制反光管发出红外信号的强弱。接收管实际上是一个光敏三极管基极的光电流经过放大后流经电阻R2产生电压与电位器调节后得到的电压进行比较。A1与电阻组成一个比较器。在有红外信号返回时OUT端输出高电平，反之输出低电平。

红外循迹对管的安装图

3.电路的安装与调试

(1)安装

如图为四块电路板连线示意图

接口电路连接方式：

1、电源模块连接：

电源模块与单片机连接：

+12V接电池正极 GND负极

J4与电源+5v GND相连接，方块为正。

2、红外模块与电源模块连接：

1接电源模块+5V 2 接电源模块对应地

3、红外模块与单片机连接：

7针连接p1.0 6针连接p1.1 5针连接p1.2 4针连接p1.3 3针连接p1.4

4、电机驱动与电源模块连接：

+12V 与+6V连接 +12V旁的GND与+6V旁的GND连接

+6v GND +6v GND 与电源模块 +5V GND +5V GND连接

5、电机驱动与单片机连接：

IN1与p2.0连接 IN2与p2.1连接

IN3与p2.2连接 IN4与p2.3连接

（2）调试

四块电路板焊接完毕后进行单个电路板的简单调试，调试了电源模块与红外循迹模块，检查了驱动模块的焊接情况。电源模块电路板的焊接与调试均无问题，驱动的焊接情况良好，只有红外循迹模块的调试有情况。只有红外循迹模块调试时发光二极管不亮，后用烙铁将电源接线柱重新焊接调试完成。

整车调试：按图将四块电路板连线并安装在小车上，接通电源，用红外模块上红外对管的工作与否观察小车的运动状态，当两只红外对管都工作时，小车的双电机都运转；当左红外对管工作时，左电机运转；当右红外对管工作时，右电机运转。

焊接过程及方法：

正式焊接前应练习，掌握焊接方法后再正式焊接。

在焊接前，烙铁应充分加热，达到焊接的要求。

用内含松香助焊剂的焊锡进行焊接，焊接时锡量应适中。

焊接时两手各持烙铁、焊锡，从两侧先后依次各以45度角接近所焊元器件管脚与焊盘铜箔交点处。待融化的焊锡均匀覆盖焊盘和元件管脚后，撤出焊锡并将烙铁头每次焊接时间在保证焊接质量的基础上应尽量短（5秒左右）。时间太长，容易使焊盘铜箔脱落，时间太短，容易造成虚焊。

沿管脚向上撤出。待焊点冷却凝固后，剪掉多余的管脚引线。 ① ② ③ ④⑤

四．心得体会、存在问题和进一步的改进意见等

通过这次课程设计，我发觉我学到了很多。从拿到课题到定稿，从理论到实践，在短短的几天时间里，翻阅资料，不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计，我知道了只有理论是远远行不通的，只有在理论与实践相结合的前提下，才能从中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考能力。

通过这次实习，我学习并掌握了智能循迹小车的工作原理，了解了智能循迹小车各个部分的工作方式。另外，我还学会了如何识别和使用常见的电子元器件，学会了电烙铁的正确使用方法。虽然之前也进行过课程设计焊接过电路板，但没有接触过贴片焊接，在此次焊接的过程中学习了贴片焊机方法也发现了自己的焊接不足，会在今后的设计中改进提高。

五．附录

1、元件说明

（1）电阻：

在实物电阻中，第一二种颜色所对应的数字代表电阻值的前两位数字，最后一种颜色所对应的数字代表电阻值中从第三位开始数，“0”的个数。

（2）电解电容

所示，在电解电容的表面标注有容值和耐压值，例如100uF/16V，表示其容值为100uF，耐压值为16V。

（3）LED

所示，LED灯有绿线或绿点的一端为反向端。

（4）芯片

如图所示，有小圆点的一端为芯片的正方向，在PCB板上豁口的左边第一个引脚为芯片的1引脚。

芯片引脚序号及封装

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