基于無線遙控小船的設計制作 畢業(yè)設計

1、基于無線遙控小船的設計制作摘要：本設計采用編碼器構成主從式控制系統(tǒng)，通過無線視頻編碼發(fā)射器和無線射頻解碼接收控制器來提高其控制的可靠性。小船是以塑料為船身，加以電動機帶動螺旋槳驅動，用兩個電機的正反轉來控制船的航向，rx-2芯片、控制電路和電源電路以及其它構成，主要分電機驅動部分、無線遙控部分、航向控制部分等。本次設計基于完備的軟硬件系統(tǒng)，很好的實現(xiàn)了小船的無線遙控，任意航線的行駛，完成撒料喂魚的任務。關鍵詞：編碼器 轉向控制 rx-2芯片 電機驅動一、緒論1.1課題產生的背景和意義1.1.1課題背景自第一臺工業(yè)機器人誕生以來，智能機器的發(fā)展已經遍及機械、電子冶金、交通、宇航、國防等領域。近幾

2、年機器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。隨著科學技術的發(fā)展，運用機器人的傳感的類越來越多，其中傳感器成為機器人自動行走和障礙的重要部件。傳感器的典型應用領域為自主式智能導航系統(tǒng)，對于傳感器的各種技術而言圖像處理技術已相當發(fā)達，而基于圖像的理解技術還很落后，機器運轉需要通過大量的運算也能識別一些結構化環(huán)境簡單的目標。隨著微電子技術、計算機技術和制造技術的飛速發(fā)展，數(shù)碼相機、dvd/洗衣機、汽車等面向最終用戶的消費類產品越來越呈現(xiàn)出光機電一體化、智能化、小型化、節(jié)能化等趨勢。光纖制造設備、集成電路芯片制造設備、石油化工生產設備、汽車和飛機制造設備等現(xiàn)代化的裝備工業(yè)也體現(xiàn)著機電一

3、體化、智能化、自動化的顯著特點。高科技含量的點電子互動式小車也將成為玩具行業(yè)發(fā)展的主流。目前，我國在這些方面的技術水平與歐美等擁有先進制造技術的國家還有相當?shù)牟罹?。我們迫切需要培養(yǎng)和訓練能夠設計智能化、自動化設備的工程技術人才。智能化作為現(xiàn)代科技發(fā)展的新方向，它可以按照預先設定的模式在一個環(huán)境里自動的運作，不需要人為的管理，可應用于科技勘探，娛樂等用途。智能遙控小船就是其中的一個體現(xiàn)。本次設計的無線遙控小船，采用rx-2芯片編碼器作為小船的控制核心；采用編碼器的高低頻來控制小船在各區(qū)域的行駛。本設計結構簡單，易于實現(xiàn)，而且還具有高智能化、人性化特點。 1.2.1課題目的及意義所謂遙控小船，是通

4、過無線遙控裝置，在指定的水域能航行，完成預定的喂魚功能，實現(xiàn)自動撒料，無需人工操作，減輕了勞動者的體能勞動。本次設計我們選擇“遙控小船的設計”是為了能更好地學習和研究自動化的相關知識，掌握電路設計的方法和技巧。學會如何講學習到的理論知識運用到實際當中去，怎么能夠活學活用，深入的了解電子元器件的使用方法，了解各種元器件的基本用途和方法，能夠靈活敏捷的判斷電路中出現(xiàn)的故障，學會獨立設計電路，積累更多的設計經驗，加強焊接能力和技巧，同時在實踐過程中鍛煉查閱、歸納資料的能力，提高理論知識運用于實踐的能力。同時通過親自獨立設計訓練我們大學生應用所學專業(yè)知識解決實際工程實際問題的技能，鞏固所學專業(yè)知識，拓

5、寬知識面。激發(fā)我們大學的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)大學生實踐動手能力和綜合科研能力。1.2課題研究的預期目標、主要內容及結構安排1.2.1課題研究的預期目標本課題欲研究開發(fā)出一套基于無線電遙控小船，要實現(xiàn)的主要目標有：（1）小船的前進、后退、轉向功能，（2）撒料喂魚功能。1.2.2課題研究的預期目標在本文中，智能小船要實現(xiàn)無線遙控，自動撒料的功能，其中無線電遙控由無線電脈沖編碼，和解碼完成小船的預制功能。以下詳述各部分能容及結構安排：第一章綜術國內外遙控小船的發(fā)展的現(xiàn)狀和背景，對多種遙控技術、進行說明，同時介紹了本文的選擇背景、主要研究內容和研究意義。第二章遙控小船的硬件設計的合理性和穩(wěn)定性是小船實現(xiàn)本文

6、功能要求的基礎。本章主要介紹了電源選擇、電機與電機驅動電路選擇、撒料喂魚裝置的選擇。第三章無線控電路的設計，控制系統(tǒng)。小船的總體效果圖二、總體設計2.1總體方案論證與比較方案一：自己制作遙控電路。我們采用一塊rx-2芯片來驅動電機，通過兩電機的正反轉來改變船的方向的方案，使小船可以做轉彎的功能。在安裝時因保證兩個驅動電機在一條水平線上使其平衡。這種結構使得小船在前進時比較平穩(wěn)，可以避免出現(xiàn)大的水潑改變小船的航向。為了保證小船的平衡應將電池盒裝在船首來平衡船尾的電動機。但是一般的說來，采用rx-2的芯片帶來的缺點：這種芯片制作麻煩電路板焊接出錯將無法修復但從經濟方面考慮其價格合理容易購買。方案二

7、：購買玩具電動船。購買的玩具電動船具有組裝完整的遙控電路、電機及其驅動電路。這種方案價格昂貴，不能發(fā)揮我們的動手能力。比較以上方案的優(yōu)缺點，方案一簡潔、靈活可擴展性能好，能較好的實現(xiàn)題目的設計要求，因此本課題采用方案二來實現(xiàn)。方案二的基本原理圖如圖2.1所以。圖2.1 整機的控制單元2.2各獨立模塊論證與比較2.2.1電源的選擇方案一：采用兩個電源供電，將電動機驅動電源與撒料喂魚裝置電源完全隔離，利用光電耦合器傳輸信號。這樣可以使電動機驅動所造成的干擾徹底消除，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是多一組電池，增加了小車的重量，同時也增加了小船的慣性，消除了電動機的控制性能，降低了靈敏。方案二：采用單一電源

8、供電。電源直接給電動機供電，因電動機起動瞬間電流較大，會造成電源電壓波動，因而控制需通過集成穩(wěn)壓供電，將電壓穩(wěn)定在一定數(shù)值范圍內，以免有波動電壓造成電路的損毀，同時也具有較強的電流驅動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能，其供電方式也比方案一簡單。我們在選用的時候，根據(jù)自己的經濟情況采用了第二種方案，并且選擇的是可充電電池組，作為供電電源。2.2.2電機和電機驅動電路的選擇1）電機的選擇對于無線遙控小船來說，其驅動螺旋槳的驅動電機和撒料電機的選擇是十分重要。表2.1 電機選擇方案比較方案起停和正反轉其他特點方案一 步進電機快速起停，正轉、反轉控制靈活負荷不超過動態(tài)轉矩值啟動或反轉靈敏價格昂貴方案二 直流

9、電機無極快速起、制動和反轉體積小，重量輕，轉配簡單，使用方便，性價比高綜上所述，我們選擇了方案二。2）驅動電路的選擇 方案一：使用直流電機，加上適當減速比的減速器。直流電機具有良好的調速性能，控制起來也比較簡單。直流電機只要通上直流電就可連續(xù)不斷的轉動，調節(jié)電壓的大小就可以改變電機的轉速。直流電機的驅動電路實際上就是一個功率放大器。常用的驅動方式是pwm方式，即脈沖寬度調制方式。pwm的理論基礎是：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在電機電驅上的脈沖電壓頻率不變，調節(jié)其脈沖寬度。電機是一個慣性環(huán)節(jié)，它的電驅電流和轉速均不能突變，很高的頻率的pwm加在電機上，效果相當于施加一個恒定電壓的直流電，如圖所

10、示。電壓可以由脈沖的寬度調節(jié)。圖2.2脈沖寬度調節(jié) 電機驅動電路，采用pwm（脈寬調制）h型變換電路，它是由四個三極管和四個續(xù)流二極管組成的橋式電路。該電路的特點是：可以用一個驅動電源以脈沖控制電流的方向控制電動機的正轉和反轉。它的通用電氣原理圖如下所示： 圖2.3電動機驅動電路遙控小船是采用兩臺直流電機驅動，一臺電機驅動小船的左側螺旋槳，另一臺電機驅動右側螺旋槳，當輸入兩個前進信號時，兩臺電機同時正轉，小船前進。當輸入一臺電機倒轉，一臺正轉時，小船實現(xiàn)轉向功能。電機控制電路采用h型直流驅動電路，并加以pwm脈寬調制進行調速控制。優(yōu)點：左右螺旋槳分別驅動，方向控制方便。方案二：使用步進電機，步

11、進電機具有良好的控制性能，當給步進電機輸入一個電脈沖信號時，步進電機的輸出軸就轉動一個角度，因此可以實現(xiàn)精確的位置控制。與直流電機不同，要使步進電機連續(xù)的轉動，需要連續(xù)不斷的輸入點脈沖信號，轉速的大小由外加的脈沖頻率決定，而且其轉動不受電壓波動和負載變化的影響，也不受溫度、氣壓等環(huán)境因素的影響，僅與控制脈沖有關。但步進電機的驅動相對較復雜，要由控制器和功率放大器組成。 這兩種方案都能達到很好的控制效果，鑒于此處實驗不要求十分精確，使用直流電機足以滿足題目所需精度，因此選擇方案一。2.2.3撒料喂魚裝置的選擇1）撒料裝置的選擇 本次設計主要是實現(xiàn)喂魚功能，設計合理的喂魚裝置機構是十分重要，也是本

12、設計的主要任務。表2.2喂魚裝置的選擇方案方案撒料機的裝置其他特點方案一 傳送帶撒料兩滾筒帶動傳送帶輸送顆粒物料彈性好，但輸送裝置跨巨大，占有空間大方案二絞龍螺旋撒料通過螺旋葉片輸送顆粒物料制造成本地，操作安全方便可實現(xiàn)多點卸料綜上所述，我們選擇了方案二2）撒料裝置的設計 螺旋輸送機俗稱絞龍，它適用于水泥，煤粉、糧食、化肥、沙子等粉狀、顆粒狀和小塊物料的水平輸送，傾斜輸送，垂直輸送等形式，其輸送距離從兩米到七十米等距離，規(guī)格從120-600型多種，特殊規(guī)格課根據(jù)客戶需求制作。絞龍具有結構簡單，制作成本低，密封性強、操作安全方便等優(yōu)點，中間可多點裝、卸料。被廣泛地運用于各種行業(yè)部門。例如建材、電

13、力、化工、冶金、煤炭、機械、輕工、糧食及食品行業(yè)。 蛟龍輸送機的特點是：結構簡單、橫截面尺寸小、密封性好、工作可靠、制造成本低，便于中間裝料和卸料，輸送方向可逆，也可同時向相反兩個方向輸送。輸送過程中還可對物料進行攪拌、混合、加熱和冷卻等作業(yè)。通過裝卸閘門可調節(jié)物料流量。但不易輸送易變質的、粘性大的、易結塊的及大塊的物料。輸送過程中物料易破碎，螺旋及槽易磨損。單位功率較大。使用中要保持料槽的密封性及螺旋與料槽間有適當?shù)拈g隙。絞龍一般由絞龍本體、進出料口及驅動裝置三大部分組成；絞龍本體有頭節(jié)、中間節(jié)、尾節(jié)三部分組成。絞龍的螺旋葉片有實體螺旋面、帶式螺旋面和葉片螺旋面三種形式，其中，葉片式螺旋面應

14、用相對較少，主要用于輸送粘度較大和可壓縮物料，這種螺旋面型在完成輸送作業(yè)過程中，同時具有本完成對物料的攪拌、混合等功能。3）螺旋輸送機的具體設計包括：根據(jù)輸出條件和要求選擇合適類型的螺旋輸送機。根據(jù)具體輸送要求計算螺旋直徑，選擇螺旋類型和布置形式。計算輸送功率并以此選擇合適的電動機和減速器等驅動裝置。根據(jù)設計手冊選擇合適參數(shù)確定輸送機的外形和尺寸。確定螺旋輸送機長度組合及各節(jié)重量。4）螺旋輸送機的選型設計螺旋輸送機系統(tǒng)是=時，往往需要考慮下列問題：a、 合理的轉載方式，提供給料裝置和卸料裝置的要求。b、 輸送機線路上輸送機之間的相互關系。啟動順序是受料的輸送機先驅動，停車順序是給料的輸送機先停

15、車，當個=各螺旋輸送機的參數(shù)不同時，通過這一關系可以提出啟動時間和停機時間要求。c、 不能滿足上面的啟動和停車順序的要求時，需要考慮在螺旋輸送機間增設緩沖倉以提高系統(tǒng)的適應能力和系統(tǒng)的運轉率。根據(jù)設計要求我們選擇水平輸送機，傾斜角度為0度，如下圖所示：圖2.4水平螺旋輸送機1 驅動裝置；2末端軸承；3裝在口；4螺旋軸；5料槽；6中間軸承；7卸料口；8首段軸承選擇螺旋輸送機的布置形式水平螺旋輸送機根據(jù)螺旋的旋向、螺旋軸的旋轉方向、以及裝料口與卸料位置等不同，有6種常見的布置形式： 圖2.5水平螺旋輸送機布置形式根據(jù)實際的輸送機要求選擇中間的第2種布置形式。螺旋軸由螺旋葉片與軸組成。制造方法螺旋葉

16、片一般由鋼板沖壓而成，然后焊接在無縫鋼軸上，而且各葉片間加以焊接，對于輸送磨琢性較大的物料或輸送距離較短的輸送機，螺旋面可采用由扁鋼軋制而成的節(jié)段套裝在軸上而形成。螺旋軸的旋向、頭數(shù)與母線螺旋軸上的螺旋葉片有左、右旋兩種，物料的輸送方向是有螺旋的旋向與螺旋軸的轉向所決定的。螺旋的頭數(shù)可以使單頭、雙頭或三頭的多頭螺旋主要用于需要完成攪拌作業(yè)的輸送裝置。螺旋面的母線通常采用垂直于螺旋軸線的直線，采用種螺旋葉片形式的螺旋稱為標準形式螺旋。螺旋葉片旋向的辨別方法如下圖所示：圖2.6水平螺旋輸送機布置形式以輸送物料為目的的水平螺旋輸送機應首先考慮采用標準形式的右旋單頭螺旋。螺旋葉片的形狀螺旋葉片有實體式

17、、帶式、葉片式、齒輪式四種形狀，如下圖所示，應根據(jù)被輸送物料顆?；蚍蹱畹奈锪?；帶式螺旋適用于塊狀物料或具有一定粘性的物料；葉片式與齒形式螺旋適用易壓實擠緊的物料。如圖所示： 圖2.7螺旋面形狀4）螺旋輸送機的驅動裝置螺旋輸送機的驅動裝置有五種形式：第一種為ty型驅動裝置，有ty型同軸式減速器和彈性注銷聯(lián)軸器構成，功率范圍為0.5545kw；第二種為yy型驅動裝置，由zsy型減速器，y系列電動機，彈性注銷聯(lián)軸器和底座構成，最實用于ls630ls1250螺旋輸送機，功率范圍7.575kw，yy型驅動裝置有型（右旋）和型（左旋）兩種裝配形式；第三種為yj型驅動裝置，由y型電機與zq型減速器組成；第四

18、種為ytc型驅動裝置，由ytc型同軸式齒輪減速器與y型電機組成；第五種為xwd型驅動裝置，由xyd型行星擺線針輪減速器組成。我們選擇第三種驅動裝置：yj驅動裝置5）撒料裝置的效果圖三、無線遙控電路設計3.1無線遙控路設計電路及控制方式3.1.1無線電遙控器電路設計無線電遙控器的工作原理和控制原理，本設計采用了三通道比例遙控設備系統(tǒng)，無線電遙控器它是三通道比例遙控發(fā)射機設備，外部開關和各部分名稱則分別為：在發(fā)射機機殼的面板上分別有兩個控制l、2通道和3通道動作指令的操縱桿，又稱遙控桿。我設計的無線遙控車發(fā)射器主要以編碼集成塊ic1(tx-2)核心及其他元件組成，ic1的3、9為電源供應端；其1、14腳為左右轉彎控制信號輸入端；4、5腳分別為后退和前進控制信號輸入端；6腳為加速控制信號輸入端，如果外接撥動開關將該腳接