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基于模/数电路智能车的设计与制作

基于模/数电路智能车的设计与制作

点击数:7387 次   录入时间:03-04 11:51:14   整理:http://www.55dianzi.com   自动控制-单片机

  这款用模/数电路制作的小车,较之单片机控制电路有如下特点为:1)电路简单,器件成本低:2)无须编程,亦不用考虑接口,抗干扰等问题
  
  通过此电路的制作,能更好地掌握基本模\数器件的应用及电路设计,基本模数电路也能完成较复杂的控制。
  
  功能要求
  
  小车在如下下图所示的跑道上自动往返行驶,跑道表面贴有白纸,在1,2,3,4处贴有黑胶带车子从起跑线出发到达终点线停车10秒,然后返回到起点,停车限速区行驶时间要求大于15秒,快速区行驶时间小于8秒,终点线停车要求车子中心与黑线的距离尽量小车子能记录显示黑线条数,去时显示“0-1-2-3-4”返回时数字依次递减。
  
  电路原理
  
  整个系统以芯片CD4017为核心其中还包括线条检测、数码显示、电机正反转驱动、十秒延时、高低速变换等电路,电路原理如下图。
  

  主控电路:主控芯片CD4017是十进制计数分配器,对输入的脉冲信号进行计数分配,Q0-Q9十个输出端总有且只有一个维持高电平,直到下一个脉冲信号到来,高电平转移到下一个输出端,Q0-Q9循环往复。
  
  黑线探测电路:利用黑白面反射程度不同,考虑使用光敏电阻配以白色高亮发光二极管辅助照亮以抵抗外界光线干扰,增强探测灵敏度光敏电阻下端电压变化经LM358比较放大后送给核心元件CD4017。
  
  路段显示电路:使用CD4511译码驱动数码管,作为线条显示.分别指示“0-1-2-3-4”小车返回时数字递减指示,最后停车显示0。
  
  电机正反转驱动电路:前行时CD4017输出端Q0、Q1、Q2、Q3分别有高电平输出,后退时Q5、Q6、Q7分别为高电平将Q0、Q1、Q2、Q3信号引出,经两级非门(U9,U8)整理后控制电机H桥驱动电路当a点高电平时,VT2,VT5饱和导通,电机正转,小车前进;当a点低电平b点高电平时,VT3,VT4饱和导通,电机反转,小车后退同时“绿”“红”两发光二极管分别作“前进”“后退”指示。
  
  十秒延时电路:小车检测到终点线要停10秒,将CD4017输出端Q4高电平引出,经R14,C8以及非门U10将高电平转换成一低脉冲信号,用此信号触发555构成的单稳态延时电路,再推动继电器使之断开电机电源10秒后,继电器复位,电机得电工作。
  
  高低速变换电路:为使电路简化使用串联电阻的方式改变电机转速分析小车行程知,Q2,Q6高电平时小车进入减速区,引出两路信号经非门U7电平转换后控制VT6的饱和导通和截止当Q2Q6为低电平时VT6饱和导通,限速电阻R19被短路电机高速运转,小车快速行驶;Q2,Q6高电平时,VT6截止限速电阻R19起作用电机慢速运转小车慢速行驶。
  
  最终停车电路:小车返回起跑线后Q8高电平,推动继电器工作,电机断电,小车停止。
  
  制作与调试
  
  所用元件型号电路图中已标出,元件焊接在10*15cm的万能板上,电源由9V电池提供线条检测电路是整个系统的眼睛,其稳定工作十分重要光敏电阻固定在小车底部它到地面的距离要控制在0.5-1cm之间通电后使小车停在白色跑道上,记录LM358同相端电压V1,然后在小车底部垫上一张黑色的纸(模拟光敏电阻检测黑色线条)记录同相端3脚电压V2,在此过程中,先调节RP2,尽量使V1+V2=9v,再调节RP1,使LM358反相输入端2脚电压V=(V1+V2)/2经上述调试后,可保证线条检测电路工作的稳定性路段显示电路也很重要因为小车的运行状态(前进后退,快速,慢速)和其所处路段是一一对应的,刚做出的扳子可能不稳定,出错就会造成小车乱跑,有了数码管显示就能很清楚的知道出错在哪个路段,然后再做针对性分析、修改,使小车运行稳定。
  
  通过此制作,可掌握传感器、运放、时基、4017计数器、显示驱动、电机驱动等电路的设计,它将模、数电路有机结合,适合子专业学生掌握模\数电路的运用为今后更复杂的控制设计打下坚实的基础。




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