B3-3综合能力实训项目机电类项目设计报告(机电)

1、综合能力实训项目设计报告综合能力实训项目 项目设计报告（机电类）项目名称： 超声波避障小车 指导教师： 左义海、王姝、侯英杰 项目成员：姓名赵志东学号122022406班级1220224姓名胡东鹏学号122027135班级1220271姓名党左华学号122027319班级1220273姓名庞 烜学号122027313班级1220273姓名王培森学号132073121班级1320731太原工业学院工程训练中心2015年6月5日目录综合能力实训项目课程任务书21设计说明32机械部分设计33控制部分设计33.1 控制系统原理图33.2系统硬件选型33.3控制系统软件设计34调试与测试34.1调试34

2、.2结论35费用35.1材料清单35.2标准件清单35.3总造价表36作品照片及项目组成员照片37课程总结3附件1：综合能力实训项目成绩评定表3附件2：学生成绩登记表3综合能力实训项目课程任务书项目名称超声波避障小车项目组号B3-3指导教师左义海、王姝、侯英杰E-mail联系电目组学生人数5项目内容：（包括功能描述、完成内容、技术要求、原理图等）1、功能描述：从网上购买小车所需的轮子底板等自行组装，在小车上加装传感器等设备，实现对小车前方探测物的测量以及对小车运行位置速度进行实时监测，并且将数据传送到单片机上，由单片机进行分析并且将下一步小车所需要做的指令传送给小车实

3、现对小车的实时控制。2、完成内容：所用元件的选择，超声波模块，电机驱动模块，单片机控制系统选择以及期间各个模块可能需要的系统编程，到后期小车所需的组装测试，完成电路的设计工作设计程序流图并且完成元器件的编写调试程序硬件连接调试完成实验项目。3、技术要求：需要通过超声波避障模块进行实地检测，对此模块能否正常进行避障进行验证，并在后续工作中进一步完善。项目组成员及工作任务分配（序号1为项目组长）序号班级姓名工作内容联系方式11220224赵志东整理项目并协助装配小车1873414494221220271胡东鹏程序代码编写并协助装配小车1823410141831220273党左华机械装配图的绘制并协

4、助装配小车1538346371341220273庞 烜程序流程图以及组装元件的采集1538346371951320731王培森设计说明书的编写以及元件种类查找并协助装配小程指导组审批意见年 月 日1 设计说明1.整体设计方案：通过组装简单小车并在其上加装传感器等设备，实现对小车前方探测物的测量以及对小车运行位置速度进行实时监测，并且将数据传送到单片机上，由单片机进行分析并且将下一步小车所需要做的指令传送给小车实现对小车的实时控制。2.超声波避障方案论证：采用多方向测距来实现避障，分别在小车车头的左中右三个部位安装超声波探测器，通过对比三个方向所测出来的数据确定小车所在

5、的位置，再通过调节小车左右转速实现障碍避让。3.系统控制模块设计方案：采用STC89C52单片机，通用I/O接口多，不需要扩展，而且控制指令挺简单。4.直流调速设计方案：Vm系统是当今直流调速的主要形式之一，他可以是单相双相或者说更多相，半波全波半空全控等类型，可以实现平滑调速，Vm缺点是晶闸管的单相导电性，他不允许电流可逆性，给系统的可你运行造成困难，另一个就是运行条件要求高，维护麻烦，最后当系统采用低速运行时，其会产生谐波电流给系统造成不可预测的麻烦。采用晶闸管直流斩波器与整流电路不同的是：晶闸管工作不受相位影响而是通过开关控制的，当晶闸管被触发导通时，电源电压加到电动机上，当晶闸管断开时

6、，直流电源与电动机断开，电动机经过二极管续流，俩端电压接近于零，脉冲宽度调制PWM，脉冲周期不变，只改变晶闸管的导通时间，即通过改变脉冲宽度从而进行直流调速。PWM系统调速有以下优点： 1）由于PWM调速开关频率比较高，紧靠电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流，电枢电流容易连续，系统低速运行平稳，调速范围较宽，可达到1:10000，由于电流波形比vm强，在相同的平均电流下，电动机的损耗和发热都比较小。2）PWM是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其是对电机的转速方面，可以大大节省能量，PWM具有很强的抗造性能，且具有节能省钱的优势。模拟控制电路有以下缺点，模拟电路容易随

7、时间漂移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等，而在用了PWM技术后，避免了以上麻烦，而且实现了数字方式控制模拟信号，可以大幅度的降低功耗。3）根据以上比较，以及受控电机的容量以及直流调速的发展方向，采用型单极性可逆性PWM变换器进行调速。2机械部分设计零件图3控制部分设计3.1 控制系统原理图图3-1 系统原理图24综合能力实训项目设计报告3.2系统硬件选型1）电源转换模块图3-2 电源转换模块直流1.5V至35V电压连续可调，高效率最大输出电流3A。2）驱动模块图3-3 驱动模块可提供5V输出接口，直接控制直流电机的转速和方向。3）超声波传感器图3-4 超声波传感器超声波测距模块连接

8、电源后，模块本身每50ms进行一次测距，完成测距后，以串口的形式输出距离值。4）电机图3-5 电机将电能转换成驱动转矩。3.3控制系统软件设计1）程序流程图2）程序设计#include <reg52.h>#include <intrins.h>sbit trig=P21;sbit echo=P20;void delay() unsigned char a,b,c;for(a=0;a<1;a+)for(b=0;b<1;b+)for(c=0;c<61;c+);void 

9、;main()unsigned int i;unsigned int t=0;float s;for(i=0;i+)P1=0xa5;for(i=0;i+)t=0;s=0;trig=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();trig=0;echo=1;i

10、f(echo=1)for(i=0;i+)delay();t=t+1;if(echo=0)break;if(t>60)t=60;break;s=t*340*0.001;if(s<=0.4)P1=0x5a;for(i=1;i<=1000;i+)delay();P1=0x55;for(i=1;i<=1000;i+)delay();P1=0xa5;4调试与测试4.1调试1、调试方案根据超声波避障小车的功能，对电源转换模块、超声波模块、电机驱动模块分别进行调试，然后进行系统整体调试。2、实验结果小车实现了避障功能。3、出现的问题 1）部分电路焊接出现虚焊现象，导通不良 2）部分电

11、路焊接错误 3）部分原件有坏品4、解决方法 1）重新焊接并通过万用表的检测得到矫正 2）焊接错误点，进行剔除并用焊笔重新比照电路图进行焊接 3）坏品进行替换，并检测确认无误4.2结论完成电源转换模块、超声波模块、电机驱动模块、单片机最小系统的调试，小车遇到障碍物通过执行后退右转再直行的指令实现避障功能。组号B3-3项目名称超声波避障小车序号名称材料名称毛坯规格（mm）材料费用（元）加工时间(h)加工费用（元）总费用（元）备注1底板亚克力板6×300×60075*52*5300675亚克力板d3mm100￥/600*6005mm120￥/600*6006mm150￥/600*

12、600激光切30元/小时耗材：电线、焊锡、胶带、绝缘胶布、胶水、胶棒、铜柱等2超声波模块固定支架亚克力板6×100×153*5 0.5*575 903耗材10145678910111213145费用5.1材料清单5.2标准件清单组号B3-3项目名称超声波避障小车序号零件名称规格数量单价总费用1螺栓M4,M5，M6300.262螺母M4,M5,M6300.263按键6*6*510.30.34晶振12M10.80.85电阻10K50.030.156电容22050.52.57万能板10*1523.578杜邦线40P1889接线端子2P10.50.510Dc母头HY-DC00111

13、.51.511电池夹1865012212三极管80502030.61351单片机51281614电机驱动L298N2153015电机HC0248472816超声波模块HC-SR0418817降压模块LM2596S1101018车轮6541.75719万向轮2521.5320液晶显示器16021202021蜂鸣器BL-PBZ12085CYB13322电3总造价表组号B3-3项目名称超声波避障小车材料费用（元）866标准件费用（元）175.3总造价（元）1041.3填表人： 2015年6月5日6作品照片及项目组成员照片7课程总结本超声波避障小车的设计基于单片机原理和传感器

14、原理，以STC89C52单片机为主控芯片，L298N驱动元件，通过软件编程制作了一整套结构完整，功能模块化，反应较为灵敏的超声波避障小车经过对该避障小车的避障测试实验，实验结果证明该避障小车能够很好的按照预期完成避障动作，并且能够快速运动灵敏避障，效果良好，运行稳定性较好但是该超声波避障小车还存在着许多的不足，比如说只能对正前方一定角度内进行探测，使用的是一路超声波而不是多路超声波探测，并且为了简化，默认的只是向同一个方向转弯等。前期的电路设计不合理以至于后期检查过程比较费神，其次小车底板反反复复做了好几次，从开始的小板子到最后的板子都不合理，最后通过锯条将底板变得符合前期效果，再就是小车电子

15、转速不一样，前期并未考虑过，致使小车行驶过程比较混乱，再就是并未考虑小车防撞性能，以至于小车失灵撞上障碍物的时很可能使小车挡板受损，对于小车功能来说，尽管说能够实现避障功能，但是默认转向功能简单等等，这些都是有待进一步发展和提高的，这与本人在障碍物检测距离分析、自动控制信号处理、图像处理等的有限性是分不开的。本次项目共历时八周，有准分的时间进行准备，但是由于我们对所需元件的不熟悉，导致在元件的采订方面出现问题。此外项目的进度不是很准确，小组的执行力不够，前期在组装以及电路焊接方面出现问题，以至于几度想要放弃，但我们不认为这是主要原因，以后我们会严格执行团队的任务，不拖延，不放弃。我们组的分工比

16、较明确，使得小组各成员能够专注于自己的那份任务，工作完成质量更有保证，并且查错纠错能力日渐增长。我们遇到的主要困难主要是在于对超声波模块的使用方法不是很了解，网上对于他的资料也不是很精细，最后我们借鉴别组的模块程序，然后对其进行适当改造变成自己的程序。这样也相对减少了编写代码的时间，最初我们考虑采用使用pwm波来控制电机，但后来发现小车行驶过程并不是多么完善，于是去掉PWM调速，也使得我们的工作大大简化。附件1：综合能力实训项目成绩评定表姓 名赵志东学号122022406班 级 1220224组号B3-3题目： 超声波避障小车作品成绩（100分）在项目中实际承担的工作（学生自评）本人在此次项目

17、中承担整体从前期到后期项目的编写以及小车整个过程中的组装、测试、维护，不断的测试以及项目文档一而再再二三的修改，反映了自身耐心不足以及工作比较粗心，后期学习工作需要再改正。过程表现（教师评定）（80分）得分：序号考核内容分值得分备注1设计能力252实践能力253查阅资料的能力54组织管理能力55团队协作能力56职业道德和素养107创新能力5答辩记录（教师评定）（20分）得分：1.对项目以及相关知识的掌握情况（10分）2.口头表达能力（10分）最终评定成绩负责指导教师签字：年 月 日姓 名庞烜学号122027313班级1220273组号B3-3题目： 超声波避障小车作品成绩（100分）在项目中实

18、际承担的工作（学生自评）了解小车功能的目标，认识小车实现小车功能的原理，设计小车的流程图，选择合适的组装材料进行装配。同时对机械部分进行测量，协助同学制作小车底板和电机支架。并简单了解对单片机的编程。过程表现（教师评定）（80分）得分：序号考核内容分值得分备注1设计能力252实践能力253查阅资料的能力54组织管理能力55团队协作能力56职业道德和素养107创新能力5答辩记录（教师评定）（20分）得分：1.对项目以及相关知识的掌握情况（10分）2.口头表达能力（10分）最终评定成绩负责指导教师签字：年 月 日姓 名胡东鹏学号122027135班级1220271组号B3-3题目: 超声波避障小车

19、作品成绩（100分）在项目中实际承担的工作（学生自评）主要参与资料收集、资料整理、电路设计、程序设计，以及焊接电路。期间波折起伏，但最终还是很好的完成了任务。过程表现（教师评定）（80分）得分：序号考核内容分值得分备注1设计能力252实践能力253查阅资料的能力54组织管理能力55团队协作能力56职业道德和素养107创新能力5答辩记录（教师评定）（20分）得分：1.对项目以及相关知识的掌握情况（10分）2.口头表达能力（10分）最终评定成绩负责指导教师签字：年 月 日姓 名党左华学号122027319班级1220273组号B3-3题目：超声波避障小车作品成绩（100分）在项目中实际承担的工作（学生自评）担任小车的底板以