智能小车循迹报告.doc

_电工电子实习报告学 院： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 完成时间： 评阅意见：评阅教师 日期 成 绩： 智能循迹小车设计报告一. 设计要求（1）通过理论学习掌握基本的焊接知识以及电子产品的生产流程。（2）熟悉掌握手工焊接的方法与技巧。（3）完成循迹智能小车的安装与调试二. 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。 三.设计的具体实现1. 系统概述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红外寻迹是利用红外光电对管对路面信号进行检测，经过比较器处理之后，送给软件控制模块进行实时控制，输出相应的信号给驱动芯片驱动电机转动，从而控制整个小车的运动。（为简化操作，本次实习只安装了两侧的探头）1）行驶直线的控制：利用红外传感器的左右最外端的探头检测黑线，如果全白则说明在道中间，没有偏离轨道，走直线；一旦右侧探头检测到黑线，说明小车外侧探头已跑出轨道，让车左拐；同理一旦左侧检测到黑线，说明左侧探头已经出线，执行右拐命令。2）拐直角弯的控制：当车前探头检测到黑线，执行直走，让车中心探头去检测，一旦探头检测到黑线开始左拐，直到车位探头检测到跳出左拐命令，继续开始执行循迹，通过设置车中间探头与车尾探头的间距，便可以实现拐弯的角度，进而顺利入弯。小车的硬件主要包括4大模块：即电源模块、电机驱动模块、红外循迹模块、简易控制模块。系统工作框图如下：驱动电机检测黑线简易控制控制小车2.单元电路设计与分析 1)电源模块电源模块电路板 LM2596 开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出 3A 的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。固定输出版本有 3.3V、5V、12V， 可调版本可以输出小于 37V 的各种电压。 该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为 150KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需 4 个外接元件，可以使用通用的标准电感，这更优化了 LM2596 的使用，极大地简化了开关电源电路的设计。 该器件还有其他一些特点：在特定的输入电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在4%的范围 内，振荡频率误差在15%的范围内；可以用仅 80A的待机电流， 实现外部断电；具有自我保护电路（一个两级 降频限流保护和一个在异常情况下断电的过温完全保护电路）2）电机驱动模块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 L298控制表IN1IN2ENA电机状态xX0停止101顺时针011逆时针001停止111停止 注意：X表示状态不定 本系统采用9V直流电动机作为智能玩具车的动力源。用电机驱动专用芯片L298作为电机的驱动。L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。电机驱动模块硬件电路图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。电机驱动电路板3）红外模块循迹是指小车在白色地板上循黑线行走通常采取的方法是红外探测法,红外探测法即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点,在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光,当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射反射光被装在小车上的接收管接收,如果遇到黑线则红外光被吸收小车上的接收管接收不到红外光,单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线,从而实现小车的循迹功能。红外探测器探测距离有限一般最大不应超过3cm。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，所谓一体就会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。电路原理图如图所示：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。 说明：信号的检测通过红外传感器发射红外线，判断接受管能否接受到反射回来的信号，若接收到说明探管下面是白线，反之由于黑线对红外线的吸收，使之不能接收到发射出去的红外线，因此判断是黑线，当接收到反射的光时，三极管c e极导通，通过比较器输出高电平，反之截止输出低电平，这样通过将输出端与单片机的P口相接，判断P口的高低电位，进而间接的判断出检测到的信号，从而实现信号的检测功能。 4）简易控制模块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。 焊接示意图3.电路的安装与调试*焊锡操作（1）焊前准备烙铁头部的预处理（搪锡） 应在烙铁架的小盒内准备松香及清洁块（用水浸透），(如果不是长寿命烙铁头，需要用锉刀将头部的氧化层清除)，接通电源后片刻，待烙铁头部温度达到松香的熔解温度(约150)时，将烙铁头插入松香，使其表面涂敷上一层松香, 脱离松香与锡丝接触，使烙铁头表面涂敷一层光亮的焊锡，长度约5-10mm 。 （2）焊接操作姿势与卫生 一般烙铁离开鼻子的距离应至少不小于30cm，通常以40cm时为宜 电烙铁拿法有三种，如图10: 图10 电烙铁拿法注意：使用电烙铁要配置烙铁架，一般放置在工作台右前方，电烙铁用后一定要稳妥放于烙铁架上，并注意导线等物不要碰烙铁头。 焊锡丝一般有两种拿法,如图11 : 图11焊锡丝的拿法3）.五步法训练（1）准备施焊 （2）加热焊件 （3）熔化焊料 （4）移开焊锡 （5）移开烙铁 图12 锡焊五步焊接要领 1)烙铁头与被焊工件的接触方式 (1)接触位置：烙铁头应同时接触需要互相连接的两个工件，烙铁一般倾斜45; (2)接触压力：烙铁头与工件接触时应略施压力，以对工件表面不造成损伤为原则)焊锡的供给方法 (1)供给时间：工件升温达到焊料的熔解温度时立即送上焊锡； (2)供给位置：送锡时焊锡丝应接触在烙铁头的对侧或旁侧，而不应与烙铁头直接接触。(3)供给数量：锡量要适中。主要衡量标准为润湿角为1545；不能呈“馒头”状，否则会掩盖假焊点*注意事项：焊接真是困难重重，以前也只是看到别人焊东西，从来没自己动过手，正所谓“知易行难”，往往表面简单的东西里面包含着很多道理，焊接亦是如此。我把焊接里面的学问大致总结了下，大概有以下几点：（1）.焊接前一定要注意，烙铁的插头必须插在右手的插座上，不能插在靠左手的插座上。烙铁通电前应将烙铁的电线拉直并检查电线的绝缘层是否有损坏，不能使电线缠在手上。通电后应将电烙铁插在烙铁架中，并检查烙铁头是否会碰到电线等易燃用品。烙铁加热时以及加热后不能用手接触烙铁的发热金属部分，以免烫伤或触电。（2）.新电烙铁的最初使用，新的电烙铁不能拿来就用，需要先在烙铁头镀上一层焊锡，方法是：用锉刀把烙铁头锉干净，按上电源，在温度渐渐升高的时候，用松香涂在烙铁头上；待松香冒烟，烙铁头开始能够熔化焊锡的时候，把烙铁头放在有小量松香和焊锡的砂纸上研磨、各个面都要磨到，这样就可使烙铁头镀上一层焊锡从而加强烙铁头寿命。（3）.如果烙铁头上挂有很多的锡，不易焊接，可在烙铁中带水的海绵上或者在烙铁架的钢丝上抹去多余的锡。不可在工作台或其他地方抹去。（4）.焊接练习板是一块焊盘排列整齐的线路板，先将一根电线芯剥出，插入焊接练习板的小孔中，练习板放在焊接木架上进行焊接。（5）.焊接时先将电烙铁在线路板上加热，大约两秒后，接焊锡丝，观察焊锡丝的多少，不能太多，造成堆焊；也不能太少，造成虚焊。但焊锡熔化，发出光泽时焊接温度最佳，应立即将焊锡丝移开，再将电烙铁移开。为了再加热中使加热面积最大，要将烙铁头的斜面靠在元件引脚上，烙铁头的顶尖抵在电路板的焊盘上。焊点高度一般在2毫米左右。各硬件模块在焊接前先模拟仿真，仿真无误后按照原理图焊接电路板，焊接后用万用表检测有无虚焊，短接等错误，检测无误后小心接通电源用万用表测模块各端电压，是否与理论值一致。检测输出是否稳定，用示波器观察纹波合理调整各个模块元器件的参数。四.心得体会、存在问题和进一步的改进意见等1、对电子工艺的理论有了初步的系统了解。通过电工电子实习，我了解到了焊接普通元件与电路元件的技巧、印制电路板图的设计制作与工艺流程、工作原理与组成元件的作用等,接受了电子工程师的基本焊接训练，这些使我的基本焊接技术、调试的能力得到初步的培养和锻炼，从而促进我对电工电子技术等课程的掌握有一个较全面的提高和知识能力的全面发展为以后的学习及毕业后的工作奠定基础。2、自己的动手能力得到很大的锻炼。在实习过程中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。比如做电话机组装与调试时，刚开始焊接好了，接到外电路上，我的二极管却不亮，后来我想起自己当初装两个涤纶电容的时候并没有区分，于是我把两个电容位置换了一下，就好了。3、比较具体的收获：学会了怎样利用色环来读电阻，然后用万用表来验证读数和实际情况是否一致，再将电阻别在纸上，标上数据，以提高下一步的焊接速度；知道了哪些是整流二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管；学会了怎样测量二极管及怎样辨认二极管的正负极；测整流二极管时可以将二极管接到万用表的蜂鸣档，红表笔接正极，黑表笔接负极，测正向电压，若显示是0，表示短路；若显示1，表示开路或反向；学会了怎样利用万用表测量三极管的放大倍数，怎样辨认三极管的“b”、“e”、“c”的三个管脚；学会了电容的辨认及读数，瓷片电容，不分正负极；电解电容的长脚为“+”，短脚为“”。 知道了什么是驻极体、石英晶振等原来没有接触过的元器件。知道了焊接原理和技术和技巧。知道了电子产品的大致生产过程。4、提高了我的团队协作能力。比如：组装电话机的时候，经常需要别人帮忙摁住电路板或者需要别人帮忙拿住吸锡器等，我们几个做电话的同学总是在需要帮忙的时候相互帮忙，一起讨论所碰到的问题，这些过程极大地培养了我的团结协作能力。实习体会1、焊接的时候，先把电烙铁在焊点处放一会儿，然后送焊锡丝过去，待锡丝熔化部分之后，把焊锡丝放到烙铁对面就可以焊出比较好的焊点。 2、磨刀不误砍柴工。刚开始组装电子套件的时候，我照着原理图就急着往电路板上按自己以为正确的方式插元器件然后焊接。第二次做电子套件的前一天晚上我拿出说明书，仔细看了一下前面的说明，才发现上面有建议的安装顺序，还有一条特别说明是电解电容要采用卧式安装以防盖子不好盖上。我拿出自己未完全焊接好的电路板一看，幸好电解电容只焊好了一个，其他焊好的元器件也不是按照说明书推荐的顺序焊接的。那天晚上又对着原理图研究了两个多小时才弄明白具体应该如何安装。从这件事中我深刻认识到要做好一件事情准备工作有多重要。大部分人都急着赶紧焊好，于是都不仔细阅读说明书，我也跟着大家急匆匆地焊接，结果浪费了更多时间。以后做事我一定会注意先做充分准备工作，才能做到心中有数，提高效率。3、做任何事情，一定要细心和有耐心。无论是焊接操作还是电子套件的组装，都很需要耐心和细心。焊接的时候，稍不注意就把两个焊点焊在一起了，容易造成短路，这就需要我们格外细心。组装电子套件的时候，电路板上焊点多而且密，要是没有足够的耐心，是没法完成组装任务的。4、很享受电子电工实习带来的充实感与成就感。从上第一节课起，我对这门课始终是热情高涨的，一直都很集中注意力。无论是焊接立方体还是练习板焊接练习或是电子套件的组装，我都非常投入其中，一旦开始，便可以忘记时间的流逝，每次完成一个步骤，我都像孩子那样高兴，很享受这门课给我带来的“充实感”和“成就感”。 5、任何事情只要我们用心去做，其实并不难。刚开始拿到检测电子套件的元器件的时候非常头疼，因为除了电阻几乎就不认识别的元器件，拿出一堆的电容、二极管，却分不清具体是什么电容、什么二极管。核对物料清单的时候，很多东西都不知道是什么，只好对着物料清单上的型号规格，企图在元器件上面的标称值中可以找到信息。组装套件的第一次课