最新電子技術(shù)課程試驗報告哈理工資料

1、精品文檔電工實習 | 張立彬精品文檔電子技術(shù)課程實驗報告學 院：自動化學院 專業(yè)班級：自動化 09-5 學生姓名：張立彬 指導教師：張凱利 完成時間： 2011.1.10 成 績：評閱建議：評閱教師：日期：精品文檔精品文檔一、設(shè)計要求（1）要求學生有電路圖的識別和電路板的焊接能力；（ 2）對 C 語言有一定的基礎(chǔ)；（ 3）要求小車按軌跡行走（黑線） ，實現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)彎，前進，倒退等功能。二、設(shè)計的作用、目的考察學生對 C 語言的掌握能力，能夠編寫出一套合格的程序；并且學生在 查閱資料的同時，初步了解一下簡單 51 單片機原理，為以后學習單片機奠定了 一定的基礎(chǔ)； 要體現(xiàn)出大學生的自學能力和解決問題

2、， 并且要體現(xiàn)出當今社會的 人們的團隊精神。 .三、設(shè)計的具體實現(xiàn)1. 系統(tǒng)概述根據(jù)設(shè)計要求， 本系統(tǒng)主要由控制器模塊、 電源模塊、紅外尋跡傳感器模塊、 直流電機及其驅(qū)動模塊等模塊構(gòu)成。為較好的實現(xiàn)各模塊的功能，我們分別設(shè)計了幾種方案并分別進行了論證。系統(tǒng)的工作框圖如下穩(wěn)壓電源模塊主控芯片STC12C5A16S2L298 減速電機電壓比較器光電對管組2. 單元電路設(shè)計與分析精品文檔精品文檔21 控制器模塊方案 1：采用凌陽公司的 16 位單片機，它是 16 位控制器，具有體積小、驅(qū) 動能力高、集成度高、易擴展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、中斷處理能力強 等特點。處理速度高， 尤其適用于語音處理

3、和識別等領(lǐng)域。 但是當凌陽單片機應(yīng) 用語音處理和辨識時，由于其占用的 CPU 資源較多而使得凌陽單片機同時處理 其它任務(wù)的速度和能力降低。本系統(tǒng)主要是進行尋跡運行的檢測以及電機的控制。 如果單純的使用凌陽單 片機，在語音播報的同時小車的控制容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。 從系統(tǒng)的穩(wěn)定性和 編程的簡潔性考慮，我們放棄了單純使用凌陽單片機而考慮其它的方案。方案 2：采用 STC 公司的 STC12C5A16S2增強型 51 單片機作為主控制器。 STC12C5A16S2 是一個低功耗，寬電壓 5.53.3v，具有看門狗，內(nèi)置復(fù)位功能， 外部低壓檢測，片內(nèi)含 16k 空間的可反復(fù)擦些 100,000次的 F

4、lash 只讀存儲器， 具有 1280bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM ），44個 IO 口，2個 8位可編程定 時計數(shù)器， 1個 16位可編程定時計數(shù)器，二通道 PWM，內(nèi)置 8路10 位 ADC。從方便使用的角度考慮，我們選擇了方案 2。2.2 電源模塊由于本系統(tǒng)需要電池供電，我們考慮了如下集中方案為系統(tǒng)供電。方案 1：采用 3 節(jié) 4.2V 可充電式鋰電池串聯(lián)共 12.6V 給直流電機供電，經(jīng) 過 7812 的電壓變換后給支流電機供電，然后將 12V 電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單 片機系統(tǒng)和其他芯片供電。鋰電池的電量比較足，并且可以充電，重復(fù)利用，因 此，這種方案比較可行。 但鋰電池

5、的價格過于昂貴， 使用鋰電池會大大超出我們 的預(yù)算，因此，我們放棄了這種方案。方案 2：采用 12V 蓄電池為直流電機供電，將 12V 電壓降壓、穩(wěn)壓后給單 片機系統(tǒng)和其他芯片供電。 蓄電池具有較強的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出 性能。雖然蓄電池的體積過于龐大， 在小型電動車上使用極為不方便， 但由于我 們的車體設(shè)計時留出了足夠的空間， 并且蓄電池的價格比較低。 因此我們選擇了 此方案。綜上考慮，我們選擇了方案 2。2.3 電源穩(wěn)壓模塊精品文檔精品文檔方案 1： 采用 7805 將電壓穩(wěn)至 5V，給單片機系統(tǒng)和其他芯片供電， 但 7806 和 7805 壓降過大，使 7806和 7805 消

6、耗的功率過大，導致 7806 和 7805發(fā)熱量 過大，我們本打算不采用這種方案， 但是學校實驗室給的元器件有限只好采用這 種方案。方案 2：采用兩片 7812將電壓穩(wěn)壓至 12V 后給直流電機供電，然后采用 2576 將電壓穩(wěn)至 5V 。2576 的輸出電流最大可至 3A ，完全滿足系統(tǒng)要求。綜上考慮，我們選擇了方案 1。2.4 尋跡傳感器模塊方案 1：用光敏電阻組成光敏探測器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光 線的變化而變化。 當光線照射到白線上面時， 光線發(fā)射強烈， 光線照射到黑線上 面時，光線發(fā)射較弱。 因此光敏電阻在白線和黑線上方時， 阻值會發(fā)生明顯的變 化。將阻值的變化值經(jīng)過比較器

7、就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很大， 不能夠穩(wěn)定的工作。 因此我們考慮其他更加 穩(wěn)定的方案。方案 2：用 LTH1550-01 反光式光電傳感器，紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當發(fā) 出的紅外線照射到白色的平面后反射， 若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢 測出白線繼而輸出低電平， 若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測出黑線繼而輸出 高電平。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本能夠滿足要求， 因此我們選擇了這 個方案。因此我們選擇了方案 2。精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔2.5 電機模塊本系統(tǒng)為智能電動車， 對于電動車來說， 其驅(qū)動輪的驅(qū)動電機的選擇就顯得 十分重要。 由于本實驗要實現(xiàn)對路徑的準確

8、定位和精確測量， 我們綜合考慮了一 下兩種方案。方案 1：采用步進電機作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機。由于其轉(zhuǎn)過的角度可以精確 的定位，可以實現(xiàn)小車前進路程和位置的精確定位。 雖然采用步進電機有諸多優(yōu) 點，步進電機的輸出力矩較低， 隨轉(zhuǎn)速的升高而下降， 且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下 降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)。經(jīng)綜合比較考慮，我 們放棄了此方案。方案 2：采用直流減速電機。直流減速電機轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕， 裝配簡單， 使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動機提供原始動力， 帶動變速（減速） 齒輪組，可以產(chǎn)生較大扭力。我們所選用的直流電機減速比為 1： 74，減速后電機的轉(zhuǎn)速為 100r

9、/min。我 們的車輪直徑為 6cm，因此我們的小車的最大速度可以達到V=2r v=2*3.14*0.03*100/60=0.314m/s 能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求，因此我們選擇了此方案。2.6 電機驅(qū)動模塊 方案 1：采用專用芯片 L298N作為電機驅(qū)動芯片。 L298N 是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片， 它相應(yīng)頻率高， 一片 L298N可以分別精品文檔精品文檔控制兩個直流電機， 而且還帶有控制使能端。 用該芯片作為電機驅(qū)動， 操作方便， 穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。方案 2：對于直流電機用分立元件構(gòu)成驅(qū)動電路。由分立 元件構(gòu)成電機驅(qū)動電路，結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，在實際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛。但是這 種

10、電路工作性能不夠穩(wěn)定。因此我們選用了方案 1。我們采用電機驅(qū)動芯片 L298N 作為電機驅(qū)動，驅(qū)動電路的設(shè)計如圖所示：圖 L298 電機驅(qū)動電路L298N 的 5、7、10、12 四個引腳接到單片機上，通過對單片機的編程就可以實現(xiàn)兩個直流電機的 PWM 調(diào)速以及正反轉(zhuǎn)等功能。原理圖如下 :L298 內(nèi)部的原理圖如下精品文檔精品文檔OUT1與 OUT2與小車的一個電機的正負極相連， OUT3與 OUT4與小車的另一 個電機的正負極相連， 單片機通過控制 IN1 與 IN2,IN3 與 IN4 分別控制電機的正 反轉(zhuǎn)。 ENA與 ENB分別控制兩個電機的使能。L298控制表IN1IN2ENA電機狀

11、態(tài)xx0停止101順時針011逆時針001停止111停止注意： X 表示狀態(tài)不定3、最終方案經(jīng)過反復(fù)論證，我們最終確定了如下方案：（1）車體用有機玻璃車架手工制作。（2）采用 STC12C5A16S2 單片機作為主控制器。（3）用蓄電池經(jīng) 7806穩(wěn)壓后為直流電機供電，將 12V 電壓經(jīng) 7805降壓、 穩(wěn)壓后為單片機系統(tǒng)和其他芯片供電。（4）用 LTH1550-01 型光電對管進行尋跡。（5）L298N 作為直流電機的驅(qū)動芯片。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖所示：精品文檔精品文檔穩(wěn)壓電源模塊主控芯片STC12C5A16S2L298 減速電機電壓比較器光電對管組圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖4、電路的安裝與調(diào)試4.1

12、傳感器的安裝考慮到設(shè)計要求， 本次設(shè)計僅用 5 對光電傳感器就能完成設(shè)計要求， 中間三 對傳感器用來校正小車的尋跡路線， 保證小車運行的直線性。 兩側(cè)的傳感器用來 檢測小車過線， 可以實現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)彎和小車走過的方格的計數(shù)。 當車體中間通過 白線時，小車在相應(yīng)的坐標方向上加一計數(shù)。 車輪處的傳感器記錄小車的運行速 度和里程數(shù)。傳感器的安裝位置如圖所示。圖 傳感器安裝示意圖4 2 電機驅(qū)動電路的設(shè)計4.3 傳感器的調(diào)試精品文檔精品文檔因為我們只是簡單的制作， 不是具體的實戰(zhàn)， 所以我們并沒有仔細的進行調(diào)試， 簡單的 用相機對準發(fā)光二極管進行調(diào)試，我們把小車直線行進時分成三種狀態(tài)，當中間三個傳感器都

13、檢測到白線時， 小車在跑道的正上方， 這時控制兩電機同速度全速運行。 當檢測到有一個傳感器 或者同側(cè)的兩個傳感器偏出白線時， 小車處于微偏狀態(tài)， 這時將一個電機速度調(diào) 慢，另一電機速度調(diào)快，完成調(diào)整。當檢測到有一個電機偏出時，小車處于較大 的偏離狀態(tài)， 這時把一個電機的速度調(diào)至極低， 另一電機全速運行， 從而在較短 時間內(nèi)完成路線的調(diào)整。用這種三級調(diào)速的尋跡算法同單純的判斷檢測到對管的位置并作出判斷的 方法相比，程序思路清晰，程序執(zhí)行結(jié)果較好。該檢測傳感器子程序的流程圖如圖所示：圖 傳感器信息處理子程序流程圖4.4 測試設(shè)備表 1 測試儀器設(shè)備清單儀器名稱型號用途數(shù)量PC機未知調(diào)試及下載程序1

14、數(shù)字萬用表UT 39A測量各電路工作情況1秒表未知記錄時間14.5 功能測試小車從啟動區(qū)啟動， 走到第一列后豎直到底， 然后返回場地中間的橫向白線 處，按照橫向白線走到場地的盡頭后轉(zhuǎn)彎 180 度，返回啟動區(qū)。所用時間總計 30.542秒。安全返回啟動區(qū)后，自動倒車，入庫。精品文檔精品文檔四心得體會、存在問題和進一步的改進意見等心得：在這次的實踐中我們對單片機有了初步了解， 并且我相信這是同學們在大學 里第一次找到大學的樂趣的一次， 如果以后的課都是由這種方式進行， 那么我們 哈理工會出現(xiàn)更多的人才， 我們會有更多的國家實驗室， 也會有更多的學生向往 哈理工。體會：實習過程中沒遇到什么問題，

15、但是我看到大多數(shù)同學焊接都有問題， 尤其焊 貼片電阻和電容， 芯片還可以， 主要大家都沒碰過， 希望學校還要多給我們這樣 的實習機會，我想在學習過程中，實踐是最重要的，而且我見過很多這樣的人。美中不足之處及改進意見：在硬件方面，美中不足的是紅外傳感器和穩(wěn)壓模塊。如果將 LTH1550-01改成 RPR220型光電對管會更好，因為RPR220采用 DIP4 封裝，其具有如下特點：塑料透鏡可以提高靈敏度，內(nèi)置可見光過濾器能減小離散光的影響。穩(wěn)壓模塊方面， 7806和 7805壓降過大，使 7806和 7805消耗的功率過大， 導致 7806和 7805發(fā)熱量過大，且輸出電流小等特點， 影響小車的穩(wěn)

16、定性能。 最 好使用 2576 系列的穩(wěn)壓管，因為這些穩(wěn)壓管輸出電流都能達到 3A.五、附錄元件清單如下表格精品文檔精品文檔單片機原理圖電源模塊電路板實物圖如下精品文檔精品文檔電源模塊原理圖如下電機驅(qū)動模塊原理圖如下精品文檔精品文檔L298的 PCB安裝實物圖如下精品文檔精品文檔紅外循跡電路的原理圖如下個光敏三極管基極的光電流經(jīng)過放大后流經(jīng)電阻 R2 產(chǎn)生電壓與電位器調(diào) 節(jié)后得到的電壓進行比較。 A1 與電阻組成一個比較器。在有紅外信號返 回時 OUT端輸出高電平，反之輸出低電平。紅外循跡對管的安裝實物圖如下精品文檔精品文檔接口電路連接方式電源模塊連接：GND負極電源模塊與單片機連接：J4 與電源+5v GND相連接，方塊為正 紅外模塊與電源模塊連接：精品文檔精品文檔1 接電源模塊 +5V2 接電源模塊對應(yīng)地紅外模塊與單片機連接：7 針連接 p1.0 6 針連接 p1.1 5 針連接 p1.24 針連接 p1.3 3 針連接 p1.4 電機驅(qū)動與電源模塊連接：精品文檔精品文檔+12V 與 +6V連接 +12V 旁的 GND與+6V旁的 GND連接+6v GND +6v GND 與電源模塊 +5V GND +5V GND 連接電機驅(qū)動與單片機連接：IN1 與 p2.0 連接 IN2 與 p2.1連接IN3 與