D2-1 型巡線小車的設(shè)計(jì)

馬雪麗，樊鉞驕，王宏陽，孫進(jìn)龍

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，河北 保定 071000）

引言

現(xiàn)今，許多學(xué)校特別重視學(xué)生的動手能力，有的老師會選擇讓學(xué)生制作循跡小車，不僅涉及到很多知識，還提高了學(xué)生的動手能力。在白底的紙上有條15 毫米寬的黑線，作為跑道，它是黑色的，小車可以自己行走，在拐彎處也不需要人為的操作，自己就能拐彎。雖然光源會同時射到白底和黑色跑道上，但是反光能力不一樣，紅色的LED 燈發(fā)出光源，會射到光敏電阻上，通過測量其電阻的大小，就可知道小車是不是在白色部分行走。

1 設(shè)計(jì)目的

通過小車的電路圖，完成小車的組裝和焊接，并且進(jìn)行調(diào)試。小車能夠沿著固定的路線自動行走，能夠自動的拐彎，全程不需要人進(jìn)行任何的操作。另外，將學(xué)到的電路知識，加以運(yùn)用，可以做到理論與實(shí)踐相結(jié)合起來。

2 設(shè)計(jì)要求

完成電路的設(shè)計(jì)，并且完成軟件對硬件檢測，完成小車的組裝和調(diào)試的工作。

2.1 主要元件介紹

2.1.1 光敏電阻器件

光敏電阻能檢測光強(qiáng)度，阻值與光照強(qiáng)度成相反的比例關(guān)系。光照越強(qiáng)，電阻值就越?。环粗?，光照越弱，電阻值就越大。當(dāng)紅色LED 燈亮?xí)r，光射到白色區(qū)域和黑線上，由于反光的能力不一樣，電阻值就會有很大的差別，有利于控制后續(xù)電路。

2.1.2 LM393 比較器集成電路

它對兩個輸入電壓進(jìn)行比較，然后以此改變輸出電壓的高低。LM393 運(yùn)用集電極開路輸出，需加上拉電阻，才能輸出高電平。

2.1.3 帶減速齒輪的直流電機(jī)

小車必須要減速，如果不減速的話，小車會跑的很快，會導(dǎo)致無法控制，再者轉(zhuǎn)矩太小，小車會跑不起來。

3 整體分析

小車自動循跡原理如下：通過對兩路光敏電阻相比，當(dāng)小車不平衡時，一側(cè)的電機(jī)停轉(zhuǎn)，另一邊的電機(jī)加速運(yùn)轉(zhuǎn)，因而使小車朝正確的方向行走，方向得以修正，這是一個閉環(huán)控制，因而控制非常的靈敏。一般情況下，小車是可以在黑色跑道上行駛的，能夠依據(jù)黑色軌道的變化進(jìn)行轉(zhuǎn)彎。具體是如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，就是在小車底盤上分別有兩對光敏電阻和發(fā)光二極管，這兩對分別對應(yīng)著兩個直流電機(jī)，發(fā)光二極管發(fā)射光線然后光敏電阻接收一部分之后可以控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；也就是說，當(dāng)小車行駛與黑色的軌道路線出現(xiàn)偏移，電路的光敏電阻變換會使小車兩側(cè)車輪出現(xiàn)變化，最終會讓小車回到軌道的正確路線上行駛?？傊@就是小車簡單的自動尋跡過程。

4 電路分析

圖1

由電路圖不難看出，小車的尋跡電路是分成四部分的，分別是傳感器部分電路、電壓比較器模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、電源部分。第一部分的傳感器模塊是用來將外在的物理信息收集起來，并變成電壓電流信號；第二部分的電壓比較器模塊是電路圖的核心，也是控制小車轉(zhuǎn)向的重要所在；第三部分的電機(jī)驅(qū)動模塊就是根據(jù)第二模塊得出的信號之后分別使其所對應(yīng)的直流電機(jī)轉(zhuǎn)動起來；第四部分的電源模塊是提供電源，為整個電路，保證整體電路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

5 小車制作

5.1 安裝步驟

（1）檢查元器件是否缺失，仔細(xì)閱讀安裝說明書。（2）將除了光敏電阻與對應(yīng)的LED 燈以外的元件焊接到電路板上。（3）安裝萬向輪。（4）焊接光敏電阻和LED 燈。（5）將直流電機(jī)與電池盒安裝到電路板上，并將引線焊接完成。（6）對小車進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)試。

5.2 注意事項(xiàng)

（1）在焊元件時，要注意次序，采用先簡單后復(fù)雜，先矮后高，先耐熱后不耐熱元件。注意不要存在虛焊情況。（2）注意一些元件存在正負(fù)之分，不要接反。（3）注意直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)情況，正轉(zhuǎn)小車向前移動。（4）在焊接光敏電阻與其對應(yīng)的LED 燈時，要注意離地面的高度。

5.3 調(diào)試

圖2

小車組裝好了以后，啟動檢查是否可以按照要求正常循跡，如果不能循跡的話按照下面的方法調(diào)試：打開小車電源開關(guān)，用手捂住左邊的光敏電阻，調(diào)試左邊的可調(diào)電阻，調(diào)試到右邊的燈（電路板上方的紅發(fā)紅的指示燈）不亮和右邊的電機(jī)不轉(zhuǎn)，這一部分電路調(diào)試好了進(jìn)行下一步；下一步，用手捂住右邊的光敏電阻，調(diào)試右邊的可調(diào)電阻，直到調(diào)試到左邊的燈（電路板上方的紅發(fā)紅的指示燈）不亮和左邊的電機(jī)不轉(zhuǎn)，這樣就完成了調(diào)試，再次放到跑道軌跡上去測試，如果依舊無法正常循跡，再對可調(diào)電阻再進(jìn)行輕微的調(diào)試即可循跡了。

6 總結(jié)

通過對D2-1 型巡線小車的焊接與組裝，我的能力有了很大的提高。這次制作使焊接技術(shù)進(jìn)步了，尤其快焊接完成的時候，我發(fā)現(xiàn)焊接的比前邊的都好。還使我的看圖能力得到了提升，學(xué)會了組成元件的作用。在整個制作過程中，通過查閱大量的資料，我掌握了新知識，例如光電傳感器、電機(jī)驅(qū)動電路等知識。這次課程設(shè)計(jì)不但讓我對電子技術(shù)知識更加的感興趣了，而且還讓我認(rèn)識到理論必須和實(shí)踐相結(jié)合起來，這樣才能更好的運(yùn)用我們學(xué)到的知識。在以后的學(xué)習(xí)中我要多鍛煉自己的動手能力，讓自己變得更好。