光电子技术课程设计

1、摘要： 经由过程制作小车可以加大深度对单片机控制的谙练程度，同时开端学习项目研 发的过程。 小车按照给定的线路行走， 有定时， 显示运行时间， 计时， 粗测行走距离等功能。一、设计要求（ 1 ）自己主动寻迹小车起头处于设置标准样式下，经由过程按键设置运行时间，完成设置时间后，按下起头键小车开始工作，同时显示当前运行的时间。（ 2 ）小车按指定线路运行，自己主动区别直线轨道和弯路轨道，在指定弯路处拐弯，使成为事实灵活进步、转弯儿等功能。（ 3 ）小车行走在预设的时间后，自己主动遏制，数码管显示行走的时间， 3 秒后显示行走距离。（ 4 ）半途可以按右键强力压制遏制，提早结束，显示行走运间，距离。

2、二、小车循迹的道理这搭的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，通常采纳的方法是红外探测法。红外探测法， 即哄骗红外线在差别颜色的物体外貌具备差别的反射性质的独特的地方， 在小车行驶过程当中不停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接收， 小车上的接收管接收不到红外光。单片机就是不是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线路。红外探测器探测距离有限，一般最大不应跨越 3cm 。3、 方案论证：根据设计要求，本系统主要由控制器板块、电源板块、寻迹传感器板块、直流电机及其驱动板块、电压比力板块等板块构成。为

3、较好的使成为事实各板块的功能，我别离设计了几种方案并别离进行了论证。3.1 车体设计方案 1： 采办皮球电动车。 采办的皮球电动车具备组装完备的车架车轮、 电机及其驱动电路。但是一般的说来， 皮球电动车具备如次错误谬误： 首先， 这种皮球电动车由于装配紧凑密切，使得各类所需传感器的安装十分不方便。 其次， 这种电动车一般都是前轮转向后轮驱动， 不能适应该标题需要别人解答的题目的方格地图， 不能方便迅速的使成为事实原地保持坐标转90 度甚至 180 度的弯角。再次，皮球电动车的电机多为皮球直流电机，力矩小，空载转速快，负载性能差，不容易调速。并且这种电动车一般都价格价不低。因此我放弃了此方案。方

4、案 2： 自己制作电动车。经过反复思量论证，我制定了左右两轮别离驱动，前万向轮转向的方案。 即左右轮别离用两个转速和力矩基真不异的直流电机进行驱动， 车体首部装1 个万向轮。由此可以轻松的使成为事实小车坐标不变的 90 度转弯儿。在安装时我包管两个驱动电机同轴。 当小车进步时， 左右两驱动轮与前万向轮形成为了三点结构。 这种结构使得小车在进步时比力平顺， 可以制止呈现后轮过低而使左右两驱动轮驱动力不敷的情况。为了防止小车重心的偏移，前万向轮起支撑作用。对于车架材料的选择， 我选择了铝合金。 用有铝合金做的车架比分子化合物塑料车架越发牢固，比铁制小车更轻便，美不雅。3.2 控制器板块方案： 采用

5、 stc 宏晶公司的 stc89c52 单片机作为主控制器。 stc89c5 是 1 个低功耗， 高可靠性，超低价，无法解密，高性能的 8 位单片机，片里面含有32k 空间的可反复擦写 100,000 次的Flash 只读储存器， 3 二个 IO 口，且 stc 系列的单片机可以在线编程、调试，方便地使成为事实步伐的下载与整机的调试。从方便施用的角度思量，我选择了此方案。3.3 电源板块方案： 采用 12V 蓄电池为直流电机供电，将12V 电压降压、稳压后给单片机系统和其它芯片供电。 蓄电池具备较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。 虽则蓄电池的体积过于庞大， 在小规模电动车上施用极为不方

6、便， 但由于我的车体设计时留出了足够的空间， 并且蓄电池的价格比力低。因此我选择了此方案。综上思量，我选择了此方案。3.4 稳压板块方案 1 ： 用 1 个 7805 直接降压，用大散热片。虽则结构，道理简单，但电流过大，使电路不定，容易烧坏稳压块我放弃了此方案。方案 2： 直接用两 7805 把电压直接稳压到 5V ，理论上由于降压过大容易烧稳压块，用两个7805 并联。但两个稳压块呈现奉送需要别人解答的题目，后用修改电路处理完成此需要别人解答的题目，我最后选择了此方案。3.5 寻迹传感器板块方案 1： 用光敏电阻组成光敏探测器。 光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线映射到

7、白线上面时，光线发射强烈，光线映射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时， 阻值会发生较着的变化。 将阻值的变化值经过比力器就能够输出凹凸电平。 但是这种方案受采光影响很大， 不能够稳定的工作。 因此我思量其它越发稳定的方案。方案 2 ： 用 RPR220 型光电对管。 RPR220 是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是1个砷化镓红外闪光二极管， 而接收器是1 个高活络度， 硅最简单的面光电有3 个电极的管子。RPR220 采用 DIP4 封装，其具备如次独特的地方：分子化合物塑料透镜可以提高活络度。内置可见光过滤器能减小失散光的影响。体积小，结构紧凑密切。当闪光二极管

8、发出的光反射回来时，经过lm339 电压比力芯片，经由过程对门榄电压进行比力， 输出凹凸电平， 经由过程调解门榄电压可以调解传感器单位的活络度。 此光电对管调理电路简单，工作性能稳定。因此我选择了方案2。3.6 电机板块本系统为智能电动车，对于电动车来讲，其驱动轮的驱动电机的选择就显得十分重要。由于本实验要使成为事实对路径的准确定位和精确测量，我综合思量了一下两种方案。方案： 采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，施用方便。由于其内部由高速电念头提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以孕育发生较大扭转力。因我用软体对电机调速，现实值要比这小一些注重： 在现实计算

9、时用的是理论值。能够较好的餍足系统的要求，因此我选择了此方案。3.7 电机驱动板块方案 1 ： 采用专用芯片 L298N 作为电机驱动芯片。 L298N 是 1 个具备高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片 L298N 可以别离控制两个直流电机，并且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。方案 2： 对于直流电机用分立元件构成驱动电路。 由分立元件构成电机驱动电路， 结构简单， 价格低廉，在现实应用中应用广泛。但是这种电路工作性能不敷稳定。因此我选用了方案1。4、 阐发与计算：1、传感器板块的设计因此我思量用比力器的方案。可调电阻 RV1 可以调治比力器的

10、门榄电压， 并且经试验验证给此电路供电的电池的压降较小。因此我选择此电路作为我的传感器检测与调理电路。2、寻迹光电对管的安装思量到设计要求，本次设计仅用 4 对光电传感器就能完成设计要求，采用直线型排列，中心两对传感器用来校正小车的寻迹线路， 包管小车运行的直线性。 两侧的传感器用来检测小车过线，可以使成为事实小车的转弯儿。3、电机驱动电路的设计我采用电机驱动芯片 L298N 作为电机驱动，驱动电路的设计如图 7 所示：L298N 的 5、七、10、 12 四个引脚接到单片机上，经由过程对单片机的编程就能够使成为事实两个直流电机的 PWM 调速以及正反转等功能。 这搭的二极管作用是开释电机线圈

11、的自感电能。电容 c3 起缓和冲突作用，经过试验在调速时下方的电机接收的是1 个高脉冲的电流，由于直流电机活络性不是大好，我也思量用周期长的脉冲，但由于电子扫描数码管就会慢，数码管就会呈现轰动。综合思量，我选择接电容起缓和冲突作用。4、测量距离设计我采用用 1 个光电对管感到轮子曲直短长条来算出轮子转动的角度间接测外出走的距离。在现实中会呈现轮子打滑现象， 曲直短长纸带外貌不光滑，不平整，轮子轴不牢固，表里摇晃，由于 rpr220 有聚光器纵然非常小的变化城市有反应。经由过程现实试验传感器发出的旌旗灯号要比理论大的多，在电池电量过低时，这种现象会越发不准， 无纪律可循 （有时候辰大，有时候辰小

12、） 。纵然在电量足的情况下也有很大误差，跨越一定距离，成果已无谓，以是我限定最大估测距离在6 米左右，因此资设计为粗西安宝德健康测距离。5、 总电路图及元部件清单经过反复思考，我最终确定了如次方案：（ 1 ）车体用铝合金车架手工制作。（2）采用stc89c52单片机作为主控制器。（ 3 ）用 12V 蓄电池为直流电机供电，将12V 电压经两个7805 （带大散热片）并联降压、稳压后为单片机系统和其它芯片供电。（ 4 ）用 RPR220 型光电对管进行寻迹。（ 5 ） L298N 作为直流电机的驱动芯片。6、 立异点本作品革新了 lm339 电压比力器接控制门榄电压的电阻的方式，没有采用接四个变

13、阻器，用的是同一接1 个变阻器，如许方便调解活络度。在光电对管传感器电路上也有转变，直接把发射极和集电极接在5V 电源上，如容许以使电流更大，试验证实当接通时电流不完全可以烧坏有3 个电极的管子。直流并联了电容，电容 c3 起缓和冲突作用，经过试验在调速时下方的电机接收的是1个高脉冲的电流， 由于直流电机活络性不是大好， 我也思量用周期长的脉冲， 但由于电子扫描数码管也会慢，数码管就会呈现轰动，我同时思量用钟表间断电子扫描按F5数码管，但那样子使间断频仍发生（大约 50ms）并且数码管按F5一次用时也会很长（大约 24ms）,造 成间断过长，那样子会大大加大整个循环周期，基本看不到数码管显示持

14、续的数。综合思量，我选择接电容起缓和冲突作用。七、心得体会P0要想用做io 口时必须加之拉电阻，纵然用上拉电阻驱动能力也不怎么好。本作品 用共阴数码管，驱动电路设计比力复杂，数码不敷亮，最好用共阳数码管，加之有3个电极的管子驱动有可能效验会好一些。由于单片机高频的对数码管进行电子扫描，在步伐设计的时辰就要求主步伐的周期不能过长，这对于我小车执行寻迹，调速，定时，计时，测距，转弯儿等功能的步伐要求长短常 高的，经过我综合思量后决定主函数只有按F5数码管和探测黑线的功能剩下的所有功能都用间断处理，同时要求孕育发生的间断时间不能过长。这些个就造就了我的步伐到今朝为止已有350行的长度。我最初设计精确测量距离，但误差不可制止，由于硬件的局限性， 尊重究竟，我减低了规范。往后可以在此革新，扩大。在整个试验阶段我充实思量步伐功能的持续性和兼容性，由于