D2-1 型巡線小車的設計

馬雪麗，樊鉞驕，王宏陽，孫進龍

（河北農業大學，河北 保定 071000）

引言

現今，許多學校特別重視學生的動手能力，有的老師會選擇讓學生制作循跡小車，不僅涉及到很多知識，還提高了學生的動手能力。在白底的紙上有條15 毫米寬的黑線，作為跑道，它是黑色的，小車可以自己行走，在拐彎處也不需要人為的操作，自己就能拐彎。雖然光源會同時射到白底和黑色跑道上，但是反光能力不一樣，紅色的LED 燈發出光源，會射到光敏電阻上，通過測量其電阻的大小，就可知道小車是不是在白色部分行走。

1 設計目的

通過小車的電路圖，完成小車的組裝和焊接，并且進行調試。小車能夠沿著固定的路線自動行走，能夠自動的拐彎，全程不需要人進行任何的操作。另外，將學到的電路知識，加以運用，可以做到理論與實踐相結合起來。

2 設計要求

完成電路的設計，并且完成軟件對硬件檢測，完成小車的組裝和調試的工作。

2.1 主要元件介紹

2.1.1 光敏電阻器件

光敏電阻能檢測光強度，阻值與光照強度成相反的比例關系。光照越強，電阻值就越小；反之，光照越弱，電阻值就越大。當紅色LED 燈亮時，光射到白色區域和黑線上，由于反光的能力不一樣，電阻值就會有很大的差別，有利于控制后續電路。

2.1.2 LM393 比較器集成電路

它對兩個輸入電壓進行比較，然后以此改變輸出電壓的高低。LM393 運用集電極開路輸出，需加上拉電阻，才能輸出高電平。

2.1.3 帶減速齒輪的直流電機

小車必須要減速，如果不減速的話，小車會跑的很快，會導致無法控制，再者轉矩太小，小車會跑不起來。

3 整體分析

小車自動循跡原理如下：通過對兩路光敏電阻相比，當小車不平衡時，一側的電機停轉，另一邊的電機加速運轉，因而使小車朝正確的方向行走，方向得以修正，這是一個閉環控制，因而控制非常的靈敏。一般情況下，小車是可以在黑色跑道上行駛的，能夠依據黑色軌道的變化進行轉彎。具體是如何實現轉彎，就是在小車底盤上分別有兩對光敏電阻和發光二極管，這兩對分別對應著兩個直流電機，發光二極管發射光線然后光敏電阻接收一部分之后可以控制電機的運轉；也就是說，當小車行駛與黑色的軌道路線出現偏移，電路的光敏電阻變換會使小車兩側車輪出現變化，最終會讓小車回到軌道的正確路線上行駛。總之，這就是小車簡單的自動尋跡過程。

4 電路分析

圖1

由電路圖不難看出，小車的尋跡電路是分成四部分的，分別是傳感器部分電路、電壓比較器模塊、電機驅動模塊、電源部分。第一部分的傳感器模塊是用來將外在的物理信息收集起來，并變成電壓電流信號；第二部分的電壓比較器模塊是電路圖的核心，也是控制小車轉向的重要所在；第三部分的電機驅動模塊就是根據第二模塊得出的信號之后分別使其所對應的直流電機轉動起來；第四部分的電源模塊是提供電源，為整個電路，保證整體電路的正常運轉。

5 小車制作

5.1 安裝步驟

（1）檢查元器件是否缺失，仔細閱讀安裝說明書。（2）將除了光敏電阻與對應的LED 燈以外的元件焊接到電路板上。（3）安裝萬向輪。（4）焊接光敏電阻和LED 燈。（5）將直流電機與電池盒安裝到電路板上，并將引線焊接完成。（6）對小車進行實驗調試。

5.2 注意事項

（1）在焊元件時，要注意次序，采用先簡單后復雜，先矮后高，先耐熱后不耐熱元件。注意不要存在虛焊情況。（2）注意一些元件存在正負之分，不要接反。（3）注意直流電機的正反轉情況，正轉小車向前移動。（4）在焊接光敏電阻與其對應的LED 燈時，要注意離地面的高度。

5.3 調試

圖2

小車組裝好了以后，啟動檢查是否可以按照要求正常循跡，如果不能循跡的話按照下面的方法調試：打開小車電源開關，用手捂住左邊的光敏電阻，調試左邊的可調電阻，調試到右邊的燈（電路板上方的紅發紅的指示燈）不亮和右邊的電機不轉，這一部分電路調試好了進行下一步；下一步，用手捂住右邊的光敏電阻，調試右邊的可調電阻，直到調試到左邊的燈（電路板上方的紅發紅的指示燈）不亮和左邊的電機不轉，這樣就完成了調試，再次放到跑道軌跡上去測試，如果依舊無法正常循跡，再對可調電阻再進行輕微的調試即可循跡了。

6 總結

通過對D2-1 型巡線小車的焊接與組裝，我的能力有了很大的提高。這次制作使焊接技術進步了，尤其快焊接完成的時候，我發現焊接的比前邊的都好。還使我的看圖能力得到了提升，學會了組成元件的作用。在整個制作過程中，通過查閱大量的資料，我掌握了新知識，例如光電傳感器、電機驅動電路等知識。這次課程設計不但讓我對電子技術知識更加的感興趣了，而且還讓我認識到理論必須和實踐相結合起來，這樣才能更好的運用我們學到的知識。在以后的學習中我要多鍛煉自己的動手能力，讓自己變得更好。