最新电子技术课程试验报告哈理工资料

1、精品文档电工实习 | 张立彬精品文档电子技术课程实验报告学 院：自动化学院 专业班级：自动化 09-5 学生姓名：张立彬 指导教师：张凯利 完成时间： 2011.1.10 成 绩：评阅建议：评阅教师：日期：精品文档精品文档一、设计要求（1）要求学生有电路图的识别和电路板的焊接能力；（ 2）对 C 语言有一定的基础；（ 3）要求小车按轨迹行走（黑线） ，实现灵活转弯，前进，倒退等功能。二、设计的作用、目的考察学生对 C 语言的掌握能力，能够编写出一套合格的程序；并且学生在 查阅资料的同时，初步了解一下简单 51 单片机原理，为以后学习单片机奠定了 一定的基础； 要体现出大学生的自学能力和解决问题

2、， 并且要体现出当今社会的 人们的团队精神。 .三、设计的具体实现1. 系统概述根据设计要求， 本系统主要由控制器模块、 电源模块、红外寻迹传感器模块、 直流电机及其驱动模块等模块构成。为较好的实现各模块的功能，我们分别设计了几种方案并分别进行了论证。系统的工作框图如下稳压电源模块主控芯片STC12C5A16S2L298 减速电机电压比较器光电对管组2. 单元电路设计与分析精品文档精品文档21 控制器模块方案 1：采用凌阳公司的 16 位单片机，它是 16 位控制器，具有体积小、驱 动能力高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强 等特点。处理速度高， 尤其适用于语音处理

3、和识别等领域。 但是当凌阳单片机应 用语音处理和辨识时，由于其占用的 CPU 资源较多而使得凌阳单片机同时处理 其它任务的速度和能力降低。本系统主要是进行寻迹运行的检测以及电机的控制。 如果单纯的使用凌阳单 片机，在语音播报的同时小车的控制容易出现不稳定的情况。 从系统的稳定性和 编程的简洁性考虑，我们放弃了单纯使用凌阳单片机而考虑其它的方案。方案 2：采用 STC 公司的 STC12C5A16S2增强型 51 单片机作为主控制器。 STC12C5A16S2 是一个低功耗，宽电压 5.53.3v，具有看门狗，内置复位功能， 外部低压检测，片内含 16k 空间的可反复擦些 100,000次的 F

4、lash 只读存储器， 具有 1280bytes的随机存取数据存储器（ RAM ），44个 IO 口，2个 8位可编程定 时计数器， 1个 16位可编程定时计数器，二通道 PWM，内置 8路10 位 ADC。从方便使用的角度考虑，我们选择了方案 2。2.2 电源模块由于本系统需要电池供电，我们考虑了如下集中方案为系统供电。方案 1：采用 3 节 4.2V 可充电式锂电池串联共 12.6V 给直流电机供电，经 过 7812 的电压变换后给支流电机供电，然后将 12V 电压再次降压、稳压后给单 片机系统和其他芯片供电。锂电池的电量比较足，并且可以充电，重复利用，因 此，这种方案比较可行。 但锂电池

5、的价格过于昂贵， 使用锂电池会大大超出我们 的预算，因此，我们放弃了这种方案。方案 2：采用 12V 蓄电池为直流电机供电，将 12V 电压降压、稳压后给单 片机系统和其他芯片供电。 蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出 性能。虽然蓄电池的体积过于庞大， 在小型电动车上使用极为不方便， 但由于我 们的车体设计时留出了足够的空间， 并且蓄电池的价格比较低。 因此我们选择了 此方案。综上考虑，我们选择了方案 2。2.3 电源稳压模块精品文档精品文档方案 1： 采用 7805 将电压稳至 5V，给单片机系统和其他芯片供电， 但 7806 和 7805 压降过大，使 7806和 7805 消

6、耗的功率过大，导致 7806 和 7805发热量 过大，我们本打算不采用这种方案， 但是学校实验室给的元器件有限只好采用这 种方案。方案 2：采用两片 7812将电压稳压至 12V 后给直流电机供电，然后采用 2576 将电压稳至 5V 。2576 的输出电流最大可至 3A ，完全满足系统要求。综上考虑，我们选择了方案 1。2.4 寻迹传感器模块方案 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。 当光线照射到白线上面时， 光线发射强烈， 光线照射到黑线上 面时，光线发射较弱。 因此光敏电阻在白线和黑线上方时， 阻值会发生明显的变 化。将阻值的变化值经过比较器

7、就可以输出高低电平。但是这种方案受光照影响很大， 不能够稳定的工作。 因此我们考虑其他更加 稳定的方案。方案 2：用 LTH1550-01 反光式光电传感器，红外发射管发出红外线，当发 出的红外线照射到白色的平面后反射， 若红外接收管能接收到反射回的光线则检 测出白线继而输出低电平， 若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出 高电平。这样自己制作组装的寻迹传感器基本能够满足要求， 因此我们选择了这 个方案。因此我们选择了方案 2。精品文档精品文档精品文档精品文档2.5 电机模块本系统为智能电动车， 对于电动车来说， 其驱动轮的驱动电机的选择就显得 十分重要。 由于本实验要实现对路径的准确

8、定位和精确测量， 我们综合考虑了一 下两种方案。方案 1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确 的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。 虽然采用步进电机有诸多优 点，步进电机的输出力矩较低， 随转速的升高而下降， 且在较高转速时会急剧下 降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。经综合比较考虑，我 们放弃了此方案。方案 2：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， 使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力， 带动变速（减速） 齿轮组，可以产生较大扭力。我们所选用的直流电机减速比为 1： 74，减速后电机的转速为 100r

9、/min。我 们的车轮直径为 6cm，因此我们的小车的最大速度可以达到V=2r v=2*3.14*0.03*100/60=0.314m/s 能够较好的满足系统的要求，因此我们选择了此方案。2.6 电机驱动模块 方案 1：采用专用芯片 L298N作为电机驱动芯片。 L298N 是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片， 它相应频率高， 一片 L298N可以分别精品文档精品文档控制两个直流电机， 而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，在实际应用中应用广泛。但是这 种

10、电路工作性能不够稳定。因此我们选用了方案 1。我们采用电机驱动芯片 L298N 作为电机驱动，驱动电路的设计如图所示：图 L298 电机驱动电路L298N 的 5、7、10、12 四个引脚接到单片机上，通过对单片机的编程就可以实现两个直流电机的 PWM 调速以及正反转等功能。原理图如下 :L298 内部的原理图如下精品文档精品文档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

11、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3、最终方案经过反复论证，我们最终确定了如下方案：（1）车体用有机玻璃车架手工制作。（2）采用 STC12C5A16S2 单片机作为主控制器。（3）用蓄电池经 7806稳压后为直流电机供电，将 12V 电压经 7805降压、 稳压后为单片机系统和其他芯片供电。（4）用 LTH1550-01 型光电对管进行寻迹。（5）L298N 作为直流电机的驱动芯片。系统的结构框图如图所示：精品文档精品文档稳压电源模块主控芯片STC12C5A16S2L298 减速电机电压比较器光电对管组图 系统结构框图4、电路的安装与调试4.1

12、传感器的安装考虑到设计要求， 本次设计仅用 5 对光电传感器就能完成设计要求， 中间三 对传感器用来校正小车的寻迹路线， 保证小车运行的直线性。 两侧的传感器用来 检测小车过线， 可以实现小车的转弯和小车走过的方格的计数。 当车体中间通过 白线时，小车在相应的坐标方向上加一计数。 车轮处的传感器记录小车的运行速 度和里程数。传感器的安装位置如图所示。图 传感器安装示意图4 2 电机驱动电路的设计4.3 传感器的调试精品文档精品文档因为我们只是简单的制作， 不是具体的实战， 所以我们并没有仔细的进行调试， 简单的 用相机对准发光二极管进行调试，我们把小车直线行进时分成三种状态，当中间三个传感器都

13、检测到白线时， 小车在跑道的正上方， 这时控制两电机同速度全速运行。 当检测到有一个传感器 或者同侧的两个传感器偏出白线时， 小车处于微偏状态， 这时将一个电机速度调 慢，另一电机速度调快，完成调整。当检测到有一个电机偏出时，小车处于较大 的偏离状态， 这时把一个电机的速度调至极低， 另一电机全速运行， 从而在较短 时间内完成路线的调整。用这种三级调速的寻迹算法同单纯的判断检测到对管的位置并作出判断的 方法相比，程序思路清晰，程序执行结果较好。该检测传感器子程序的流程图如图所示：图 传感器信息处理子程序流程图4.4 测试设备表 1 测试仪器设备清单仪器名称型号用途数量PC机未知调试及下载程序1

14、数字万用表UT 39A测量各电路工作情况1秒表未知记录时间14.5 功能测试小车从启动区启动， 走到第一列后竖直到底， 然后返回场地中间的横向白线 处，按照横向白线走到场地的尽头后转弯 180 度，返回启动区。所用时间总计 30.542秒。安全返回启动区后，自动倒车，入库。精品文档精品文档四心得体会、存在问题和进一步的改进意见等心得：在这次的实践中我们对单片机有了初步了解， 并且我相信这是同学们在大学 里第一次找到大学的乐趣的一次， 如果以后的课都是由这种方式进行， 那么我们 哈理工会出现更多的人才， 我们会有更多的国家实验室， 也会有更多的学生向往 哈理工。体会：实习过程中没遇到什么问题，

15、但是我看到大多数同学焊接都有问题， 尤其焊 贴片电阻和电容， 芯片还可以， 主要大家都没碰过， 希望学校还要多给我们这样 的实习机会，我想在学习过程中，实践是最重要的，而且我见过很多这样的人。美中不足之处及改进意见：在硬件方面，美中不足的是红外传感器和稳压模块。如果将 LTH1550-01改成 RPR220型光电对管会更好，因为RPR220采用 DIP4 封装，其具有如下特点：塑料透镜可以提高灵敏度，内置可见光过滤器能减小离散光的影响。稳压模块方面， 7806和 7805压降过大，使 7806和 7805消耗的功率过大， 导致 7806和 7805发热量过大，且输出电流小等特点， 影响小车的稳

16、定性能。 最 好使用 2576 系列的稳压管，因为这些稳压管输出电流都能达到 3A.五、附录元件清单如下表格精品文档精品文档单片机原理图电源模块电路板实物图如下精品文档精品文档电源模块原理图如下电机驱动模块原理图如下精品文档精品文档L298的 PCB安装实物图如下精品文档精品文档红外循迹电路的原理图如下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。红外循迹对管的安装实物图如下精品文档精品文档接口电路连接方式电源模块连接：GND负极电源模块与单片机连接：J4 与电源+5v GND相连接，方块为正 红外模块与电源模块连接：精品文档精品文档1 接电源模块 +5V2 接电源模块对应地红外模块与单片机连接：7 针连接 p1.0 6 针连接 p1.1 5 针连接 p1.24 针连接 p1.3 3 针连接 p1.4 电机驱动与电源模块连接：精品文档精品文档+12V 与 +6V连接 +12V 旁的 GND与+6V旁的 GND连接+6v GND +6v GND 与电源模块 +5V GND +5V GND 连接电机驱动与单片机连接：IN1 与 p2.0 连接 IN2 与 p2.1连接IN3 与