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正文內(nèi)容

20xx年山東省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽(編輯修改稿)

2025-09-27 09:41 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線,當(dāng)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(cè)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(cè)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,但是工作不夠穩(wěn)定,且容易受外界光線的影響,因此我們放棄了這個(gè)方案。 方案 3:用 RPR220 型光電對(duì)管。 RPR220 是一種一體化反射型光電探測(cè)器,其發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵 紅外發(fā)光二極管,而接收器是一個(gè)高靈敏度,硅平面光電三極管。 RPR220 采用 DIP4 封裝,其具有如下特點(diǎn): ( 1) 塑料透鏡可以提高靈敏度。 ( 2) 內(nèi)置可見光過(guò)濾器能減小離散光的影響。 ( 3) 體積小,結(jié)構(gòu)緊湊。 當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來(lái)時(shí),三極管導(dǎo)通輸出低電平。此光電對(duì)管調(diào)理電路簡(jiǎn)單,工作性能穩(wěn)定。 因此我們選擇了方案 3。 9 火焰?zhèn)鞲衅髂K 火焰檢測(cè)有溫度傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器、紫外傳感器以及 CCD 圖像傳感器。我們綜合論證了這幾種傳感器,制定了如下幾種方案。 方案 1:用溫度傳感器如熱電偶,熱電偶在工業(yè)應(yīng)用 上十分廣泛。但是熱電偶感應(yīng)的范圍太廣,而且由于火焰只是周圍溫度稍高且范圍較窄。試驗(yàn)驗(yàn)證用熱電偶檢測(cè)火焰精度不高,因此我們放棄了此方案。 方案 2:用煙霧傳感器。煙霧傳感器廣泛應(yīng)用與火警檢測(cè)。但是由于此題目的火源是用蠟燭模擬的,沒有太大的煙霧,因此用煙霧傳感器作為此小型電動(dòng)車的火焰?zhèn)鞲衅饕膊粔驅(qū)嵱?,因此我們放棄了此方案? 方案 3:用紫外傳感器檢測(cè)火焰。 紫外火焰?zhèn)鞲衅髦饕獞?yīng)用于火災(zāi)消防系統(tǒng),尤其是一些易燃易爆場(chǎng)所,用來(lái)監(jiān)測(cè)火焰的產(chǎn)生。 紫外線火焰?zhèn)鞲衅鞯撵`敏度高,相應(yīng)速度快,抗干擾能力強(qiáng),對(duì)明火特別敏感,能對(duì)火災(zāi)立 即作出反應(yīng)。但是紫外傳感器檢測(cè)的范圍太大,不適用于本系統(tǒng)。 方案 4:用 CCD 圖像傳感器。用 CCD 圖像傳感器可以檢測(cè)各種被檢測(cè)量,適用于各種量的檢測(cè)。但是用 CCD 圖像傳感器需要處理的信號(hào)量太大,且體積較大,不使用與本系統(tǒng)。 方案 5:用遠(yuǎn)紅外傳感器。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證,遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)距離遠(yuǎn),線性度好,檢測(cè)準(zhǔn)確,且體積較小。很適用于本題目的要求。 因此我們選擇了方案 5。 在火焰?zhèn)鞲衅髂K的設(shè)計(jì)中,我們?cè)谲圀w的前頭的兩側(cè)離地大約 15- 20cm(相當(dāng)于火焰高度)處安裝遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅?,且每一?cè)裝有兩個(gè)。由于火焰?zhèn)鞲衅鞯?檢測(cè)距離很遠(yuǎn),為了避免錯(cuò)誤檢測(cè)遠(yuǎn)處火焰的情況的出現(xiàn),我們把每一側(cè)的較低的傳感器用黑色塑料紙包住。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,這樣處理過(guò)的火焰?zhèn)鞲衅髦荒軝z測(cè)到一個(gè)方格距離的火焰,而對(duì)遠(yuǎn)距離的火焰沒有反應(yīng)。 我們把用黑塑料包住的傳感器稱為“近視”傳感器,把沒有處理過(guò)的稱為“遠(yuǎn)視”傳感器?!敖暋眰鞲衅骱汀斑h(yuǎn)視”傳感器配合交替使用,可以更好的完成計(jì)劃任務(wù)。 避障模塊 方案 1:用超聲波傳感器進(jìn)行避障。超聲波傳感器的原理是:超聲波由壓電陶瓷超聲波傳感器發(fā)出后,遇到障礙物便反射回來(lái),再被超聲波傳感器接收。然后將這信號(hào)放大后 送入單片機(jī)。超聲波傳感器在避障的設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。但是超聲波傳感器需要 40KHz 的方波信號(hào)來(lái)工作,因?yàn)槌暡▊鞲衅鲗?duì)工作頻率要求較高,偏差在 1%內(nèi),所以用模擬電路來(lái)做方波發(fā)生器比較難以實(shí)現(xiàn)。而用單片機(jī)來(lái)作方波發(fā)生器未免有些浪費(fèi)資源。 因此我們考慮其他的方案。 方案 2:用紅外光電開關(guān)進(jìn)行避障。光電開關(guān)的工作原理是根據(jù)投光器發(fā)出的光束,被物體阻斷或部分反射,受光器最終據(jù)此作出判斷反應(yīng),是利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外光束的遮光或反射,由同步回路選通而檢測(cè)物體的有無(wú),其物體不限于金屬,對(duì)所有能反射光線的物體均能檢測(cè)。光電開 關(guān) E3FDS10C4 操作簡(jiǎn)單,使用方便。當(dāng)有光線反射回來(lái)時(shí),輸出低電平。當(dāng)沒有光線反射回來(lái)時(shí),輸出高電平。 考慮到本系統(tǒng)只需要檢測(cè)簡(jiǎn)單障礙物,沒有十分復(fù)雜的環(huán)境。為了使用方便,便于操作和調(diào)試,我們最終選擇了方案 2。 10 測(cè)速計(jì)程模塊 方案 1:用霍耳傳感器進(jìn)行測(cè)速。當(dāng)載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體出于與電流相垂直的磁場(chǎng)中時(shí),在其兩端將產(chǎn)生電位差。這一現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)?;舳絺鞲衅骼玫木褪腔舳?yīng)。 如果在車輪的內(nèi)側(cè)裝上一條細(xì)磁鐵,把霍耳傳感器同樣裝在車輪的內(nèi)側(cè),測(cè)量火焰?zhèn)鞲衅鞯妮敵鼍涂梢灾儡囕嗈D(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)。 霍耳 傳感器是非接觸式測(cè)量,而且對(duì)灰塵、濕度、振動(dòng)等環(huán)境條件不敏感。特性也不隨時(shí)間而變化。 雖然霍耳傳感器具有眾多優(yōu)點(diǎn)。但是由于我們的電動(dòng)車較小,比較細(xì)小的磁鐵不易尋找。因此我們嘗試著尋找其它的方案。 方案 2:用 RPR220 型光電對(duì)管進(jìn)行測(cè)速。在車輪的內(nèi)側(cè)貼上一個(gè)光電碼盤,用光電對(duì)管對(duì)碼盤進(jìn)行檢測(cè)。光電對(duì)管照射到黑色和白色的邊界時(shí)輸出信號(hào)會(huì)有跳變。將跳變的輸出信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行檢測(cè)就可以得到輪子的轉(zhuǎn)速。 由于我們電動(dòng)車的尋跡都是用的 RPR220 型光電對(duì)管,所以用該型號(hào)光電對(duì)管進(jìn)行測(cè)速時(shí)可以使用同樣的調(diào)理電路。從使 用的方便和靈活性考慮,我們選擇了方案 2。 電機(jī)模塊 本系統(tǒng)為智能電動(dòng)車,對(duì)于電動(dòng)車來(lái)說(shuō),其驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇就顯得十分重要。由于本題要實(shí)現(xiàn)對(duì)路徑的準(zhǔn)確定位和精確測(cè)量,我們綜合考慮了一下兩種方案。 方案 1:采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。由于其轉(zhuǎn)過(guò)的角度可以精確的定位,可以實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)路程和位置的精確定位。雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn),步進(jìn)電機(jī)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(shí)會(huì)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(jī)。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大,體積小,重量輕,裝配簡(jiǎn)單,使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力,帶動(dòng)變速(減速)齒輪組,可以產(chǎn)生大扭力。 我們所選用的直流電機(jī)減速比為 1: 74,減速后電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 100r/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(dá)到 V=2πrv=2***100/60=能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求,因此我們選擇了此方案。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 方案 1:采用專用芯片 L298N 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。 L298N 是一個(gè)具有高電壓大電 流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片,它相應(yīng)頻率高,一片 L298N 可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī),而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng),操作方便,穩(wěn)定性好,性能優(yōu)良。 方案 2:對(duì)于直流電機(jī)用分立元件構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。由分立元件構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。 因此我們選用了方案 1。 11 車載語(yǔ)音模塊和控制臺(tái)語(yǔ)音模塊 方案 1:選擇專門的語(yǔ)音存儲(chǔ)芯片 ISD1420,通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行錄放音的控制。用這種方法雖然比較簡(jiǎn)介方便,但是在地址模式所占 IO 口較多 ,在操作模式下進(jìn)行隨機(jī) 播放又需快進(jìn) ,較適合于順序播放。且存儲(chǔ)空間較小,只能存儲(chǔ)總計(jì) 20s 的語(yǔ)音,無(wú)法進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別。為了能更好的使用語(yǔ)音播放和語(yǔ)音辨識(shí),我們放棄了此方案。 方案 2:選擇 DSP 進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別, DSP 具有很強(qiáng)的信息處理能力,能夠進(jìn)行語(yǔ)音的存儲(chǔ)錄放和語(yǔ)音的辨識(shí),但是考慮到系統(tǒng)的成本和使用的靈活和方便,我們放棄了此方案。 方案 3:使用凌陽(yáng)精簡(jiǎn)板開發(fā)板 61B 板,該精簡(jiǎn)開發(fā)板體積小,使用方便,且具有凌陽(yáng)系列的很強(qiáng)的語(yǔ)音處理功能,且具有語(yǔ)音播報(bào)和辨識(shí)的模塊。凌陽(yáng) 61 單片機(jī)是 16 位單片機(jī),具有 DSP 功能,有很強(qiáng)的信息處理能力,最高時(shí) 鐘頻率可達(dá) 49MHz,具有運(yùn)算速度高等優(yōu)勢(shì)。這些都為語(yǔ)音處理和辨識(shí)準(zhǔn)備了很好的條件。 因此我們選用了方案 3。 無(wú)線收發(fā)模塊 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸被廣泛應(yīng)用在車輛監(jiān)控、遙控、遙測(cè)、小型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線數(shù)據(jù)通信、機(jī)器人控制、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像的傳輸?shù)阮I(lǐng)域中。 方案 1:用 DF 無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊。 DF 無(wú)線發(fā)射模塊通訊方式為調(diào)頻 AM,工作頻率為315MHz,為 ISM 頻段,發(fā)射頻率 500mW。 DF 超再生式接收模塊通訊方式為調(diào)頻 AM, 接收靈敏度高,用示波器觀察輸出波形干凈,抗干擾能力強(qiáng)。系統(tǒng)中為保證穩(wěn)定,采用芯片PT2262,PT2272M4 進(jìn)行數(shù)據(jù)編解碼,由于數(shù)據(jù)傳輸量較小,經(jīng)過(guò)測(cè)試,方案可行。 方案 2:其他無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊,如 nRF40紅外線或藍(lán)牙模塊,由于其價(jià)格較昂貴,不利于調(diào)試,而且系統(tǒng)中不需傳輸大量的數(shù)據(jù),因此我們放棄了此方案。 DF 無(wú)線收發(fā)模塊由于其優(yōu)良的特性和低廉的價(jià)格而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)及日常商品中,因此我們選擇了此方案。 顯示臺(tái)顯示模塊 方案 1:用數(shù)碼管進(jìn)行顯示。數(shù)碼管由于顯示速度快,使用簡(jiǎn)單,顯示效果簡(jiǎn)潔明了而得到了廣泛應(yīng)用。但是由于我們計(jì)劃在顯示臺(tái)顯示小車前進(jìn)的路線、路程以及當(dāng)前的滅 火狀態(tài)。用數(shù)碼管無(wú)法顯示如此豐富的內(nèi)容,因此我們放棄了此方案。 方案 2:用 LCD 液晶進(jìn)行顯示。 LCD 由于其顯示清晰,顯示內(nèi)容豐富、清晰,顯示信息量大,使用方便,顯示快速而得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于此系統(tǒng)我們選用 4X8 的 LCD 能夠很好的滿足顯示要求,因此我們選擇了此方案。 車載顯示模塊 為滿足題目要求,需要在車上顯示小車走過(guò)的路程,滅火時(shí)間、數(shù)目以及當(dāng)前的滅火狀態(tài)。因此需要在車上顯示這些數(shù)據(jù)。 方案 1:用 OCM2X8C 液晶屏。該液晶屏可以兩行顯示數(shù)字、漢字,也可以實(shí)現(xiàn)繪圖功能。顯示清晰。如果用串行傳輸 數(shù)據(jù)的方式,使用的數(shù)據(jù)線也較小。但是由于小車是在不停的運(yùn)動(dòng)中,使用液晶屏在遠(yuǎn)距離觀測(cè)時(shí)顯示不易觀察。因此我們考慮其他的更好的方案。 12 方案 2:用 8 位數(shù)碼管進(jìn)行顯示小車走過(guò)的路程,滅火時(shí)間和數(shù)目。用 8X8 的 LED 點(diǎn)陣顯示當(dāng)前的滅火狀態(tài)。 由于車載顯示模塊只是用來(lái)顯示路程、時(shí)間和滅火數(shù)目,都為一些數(shù)字,這就為數(shù)碼管的使用變成了可能。數(shù)碼管顯示亮度高,遠(yuǎn)程觀測(cè)也比較醒目。 使用高亮度 LED 發(fā)光管構(gòu)成點(diǎn)陣,通過(guò)編程控制可以顯示中英文字符、圖形及視頻動(dòng)態(tài)圖形。我們用 LED 點(diǎn)陣來(lái)動(dòng)態(tài)圖形的顯示當(dāng)前的滅火狀態(tài)。 數(shù)碼管的驅(qū) 動(dòng)是用 CH451 實(shí)現(xiàn)的。 CH451 是一個(gè)整合了數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)和鍵盤掃描控制以及 uP 監(jiān)控的多功能外圍芯片。 CH451 內(nèi)置 RC 振蕩電路,可以動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng) 8 位數(shù)碼管或者 64 位 LED,具有 BCD 譯碼、閃爍、移位等功能。 CH451 可以通過(guò)級(jí)聯(lián)的串行接口與單片機(jī)交換數(shù)據(jù),因此占用單片機(jī)的 IO 口較少。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 CH451 能夠很好的實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管和LED 點(diǎn)陣的驅(qū)動(dòng)。 因此我們使用數(shù)碼管和 LED 點(diǎn)陣作為車載顯示。 最終方案 經(jīng)過(guò)反復(fù)論證,我們最終確定了如下方案: ( 1) 車體用鋁合金車架手工制作。 ( 2) 采用 AT89S52 單片機(jī)作為主控制器。
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