【正文】 [17]趙繼文. 傳感器與應(yīng)用電路設(shè)計. 科學出版社，2002[18]柯節(jié)成. 簡明電子元件器件手冊. 高等教育出版社，1991[19]孫涵芳. MCS51 196系列單片機原理及應(yīng)用. 北京航空航天大學出版社，1988附錄二： 程序清單。老師們特別注重工作方法、工作方向的指導(dǎo)，使我們的工作能力，實踐能力，集體協(xié)作能力得到了很大的提高。 電子線路功耗仍較大，須進一步提高電源利用效率。（二） 實驗結(jié)論及存在問題分析一、實驗結(jié)論通過綜合運用光、機、電技術(shù)，基本完成了設(shè)計要求，發(fā)揮部分達到設(shè)計要求。 音樂報警時間顯示。在接收方面，為了提高紅外接收的可靠性，我們采用多路光纖接收的方法，即將光纖一端做成束狀與接收頭相連，另一端向四面八方散開，本項技術(shù)的應(yīng)用提高遙控的穩(wěn)定性與可靠性。基本單片機的紅外發(fā)射接收系統(tǒng)。金屬探測器是小車探測器中最具亮點的，它被安裝在小車的底盤前端，一旦發(fā)現(xiàn)地面有金屬，啟動報警系統(tǒng)，我們用音樂芯片制作的語音報警系統(tǒng)，這更加符合報警系統(tǒng)人性化的發(fā)展趨勢。當紅外探測器也探測到信號時，小車做出避障動作。在調(diào)試中超聲波的測量距離定為50CM。由MAX7219驅(qū)動的數(shù)碼管不僅顯示小車行走速度而且還顯示小車自動行走的時間，用單片機記錄時間可廣泛應(yīng)用與各種大型鐘表中，目前此項技術(shù)還有進一步提升的空間，是我們今后發(fā)展的一個方向。 從以上優(yōu)點可以看出此芯片的功能十分強大，我們應(yīng)用它來驅(qū)動4位數(shù)碼管是十分容易實現(xiàn)的。（3）上電時所有LED熄滅正常工作時通過外接電阻或編程方式調(diào)節(jié)LED亮度。選擇MAX7219有以下幾點原因：（1）采用三線串行傳送數(shù)據(jù)，僅用3個引腳與微處理相連，串行數(shù)據(jù)傳送速率高達10MHz。本項技術(shù)可清晰顯示小車的行走狀態(tài)，若將其應(yīng)用與真實汽車上也是對汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一個改進，可進一步減少交通事故的發(fā)生。前者顯示小車在緩慢轉(zhuǎn)彎，而后者則表示小車處于急轉(zhuǎn)彎狀態(tài)。本車的方向燈的設(shè)計上采用同一轉(zhuǎn)向雙重設(shè)計，即用紅綠兩種不同顏色的燈顯示小車的轉(zhuǎn)向程度。在未來的我國登月計劃中登月車的設(shè)計中它們可占有一席之地，可以為國家的航天事業(yè)做出一定貢獻。支流電機采用帶齒輪減速的電機，轉(zhuǎn)速降低，但轉(zhuǎn)力提高了。在利用單片機測速時,首先打開定時器，為避免直接耦合我們設(shè)置了時間門，在超聲脈沖沒有發(fā)完時不會響應(yīng)回波信號，當超聲脈沖發(fā)射完成后，打開外部中斷并等待，中斷發(fā)生后關(guān)閉定時器，利用定時器的數(shù)值查表就可以得到距離S本車步進電機采用四相的，采用的是單4拍。（二）超聲測距程序流程一、單片機控制的超聲測距工作原理及參數(shù)計算超聲測距的基本原理就是發(fā)射一超聲脈沖，根據(jù)回波時間，利用公式來計算距離S，根據(jù)聲音在空氣中的速度公式:其中，V0是常數(shù)，TO為標準溫標，t是空氣溫度由于只需一般測量精度，沒有對t進行修正而直接取一般情況20攝氏度。當然，雖然此遙控模塊設(shè)計巧妙，功能比較齊全，但受時間，水平限制，肯定有不盡人意之處，我們一定繼續(xù)努力，設(shè)計出更好的遙控模塊，和其他方面的作品。接收器件是根據(jù)發(fā)射器發(fā)射的紅外信號進行調(diào)制和處理，然后進一步處理成電信號來對小車進行啟動和停止的控制。遙控模塊的選擇有聲、光、磁、電、波等幾種形式，考慮到聲音遙控受外界干擾較大，光控也有同樣的弊病，磁、電等都受發(fā)射距離的限制，所以我們采用由2051單片機構(gòu)成的紅外發(fā)射器，和一體化紅外接收頭作為這次的小車控制啟停的控制器。（五） 顯示、鍵盤、聲光告示與單片機電路設(shè)計及參數(shù)計算一、MCU1的外圍部件與接口電路，MCU1的主要工作是金屬探測器和計時以及驅(qū)動鍵盤及顯示電路，接收個位置傳感器信息，并根據(jù)這些信息控制運動部件完成轉(zhuǎn)彎等行走動作，是整個系統(tǒng)的控制核心。單片機通過循環(huán)移位0001來驅(qū)動步進電機，左移時正轉(zhuǎn)，右移時反轉(zhuǎn)。（四） 主軸電機與步進電機驅(qū)動電路設(shè)計與參數(shù)計算一、主軸電機驅(qū)動電路設(shè)計D0，D1電機狀態(tài)00非法01正轉(zhuǎn)10反轉(zhuǎn)11滑行，由三極管VVVV4構(gòu)成H橋驅(qū)動電路，控制著幾個管子的通斷就可以控制直流電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)真值表如圖示 為了使光耦取得比較大的驅(qū)動能力，在本電路中光耦的發(fā)光管限流電阻取得比較小。NE555的第4腳使能端可由單片機控制，當需要發(fā)射超聲信號時該腳為高電平。二、參數(shù)計算電感L電容CCC3決定振蕩頻率，為避免其和前述交流調(diào)制驅(qū)動紅外探測器相互干擾，我們把振蕩器的振蕩頻率稍微調(diào)高了些，當取如圖參數(shù)是頻率約為100KHz左右，U1B放大器的放大倍數(shù)與R1的取值有關(guān)，經(jīng)試驗調(diào)整后R1取680K。LM567還有一個重要的參數(shù)是帶寬（BW）可由下式計算：其中，Vi是輸入信號有效值，f0是檢頻頻率。通過NE555第3腳輸出的TTL電平可以直接驅(qū)動單片機I/O口。（3） 在小車的后軸電機應(yīng)用上為防止蹩車電機被燒壞，我們采用運算放大器應(yīng)用中的電壓比較器的功能，再蹩車時電壓的變化使發(fā)光二極管與蜂鳴器工作，發(fā)光二極管與蜂鳴器結(jié)合形成聲光報警系統(tǒng) （三） 系統(tǒng)原理框圖、金屬片的探測、記錄運行路程、控制步進電機和主軸電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。五、聲光報示電路的選型（1） ，形成語音報警系統(tǒng)，當小車上的金屬探測器探測到金屬時，音樂響起并開始記時用數(shù)碼管顯示音樂時間?；谏鲜隼碚摲治鰯M選方案三。用單片機控制達林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速。這個方案的優(yōu)點是 電路較為簡單，但缺點是繼電器的響應(yīng)時間慢、機器結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高。更主要的問題在于一般的電動機電阻很小，但電流很大，分壓不僅回降低效率，而且實現(xiàn)很困難。直流電機的驅(qū)動選型：方案一：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)節(jié)電動機的分壓，從而達到分壓的目的。 在車體的前端我們加了兩個限位板以避免前輪步進電機左右打死死時前輪的摩擦。那么為安裝其上，采用粘合力較強的AB膠水將電機用木塊墊高，加固，再用502膠水使其整體固于車上，最后我們又用三股線緊密編成了一股強度較高的組合式，鏈鎖將其整體完全鉸于車體上，最后用膠水在次加固。我們發(fā)現(xiàn)由于電機的齒輪的阻力矩很大，因此，采用摩擦制動 以滿足設(shè)計要求，而不用采用電機的反接制動。該功率全部轉(zhuǎn)換為電樞電路中的電功率； 對于為直流電動機來說，電磁功率是指電機在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，電樞所發(fā)出的全部機械功率md，該功率由電樞吸收的電功率轉(zhuǎn)化而來。由于每條支路串聯(lián)的元件數(shù)為s/2a。Ia如果令w代表Cm=pN/2a電樞的角速度。/4a=pNamp。范圍內(nèi)的 氣隙磁通，也稱為每級磁通。 ， 電樞繞組元件數(shù)為s，則電樞表面dx段上共有2s/da dx個 元件邊。以產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩，從而達到轉(zhuǎn)換能量形態(tài)的目的。 而永磁式電機的功率都因其勵磁原因而導(dǎo)致其功率不足，因此，我們先做了理論上的驗證： 所有電機的原理都是基于法拉第電磁感應(yīng)定律和安培定律。因此小型電機成為首選，而歷屆大賽中由于電機的驅(qū)動力不夠，而導(dǎo)致失敗的例子也有。而作為永磁式小型直流電動機。我們認為本設(shè)計的穩(wěn)定性更為重要，故擬采用方案二。將電動機驅(qū)動電源與單片機及其周邊電路電源完全隔離，利用光電耦合器傳輸信號。這樣供電比較簡單；但是由于電動機啟動瞬間電流很大，而且PWM驅(qū)動的電動機電流波動較大，會造成電壓不穩(wěn)、有毛刺等干擾，嚴重時可能造成單片機系統(tǒng)掉電，缺點十分明顯。得到的信號通過比較器產(chǎn)生脈沖，再發(fā)送至單片機，以實現(xiàn)車里程的檢測。車輪轉(zhuǎn)數(shù)及里程檢測模塊的設(shè)計在車輪側(cè)壁貼圓形遮光紙板，將其分成黑白相間八等份，每份為45度扇形，將紅外對管 固定在正對前輪位置，因為后輪在剎車時容易打滑`反轉(zhuǎn)，故安裝在正對前輪位置才能準確測的車的里程。由于該開關(guān)是溝槽結(jié)構(gòu)，可以將其固定在軸旁，再在車軸上均勻的固定多個避光條，讓其恰好通過溝槽，產(chǎn)生一個個脈沖。該器件內(nèi)部有三片霍爾金屬板組成，當磁鐵正對金屬板時，由于霍爾效應(yīng)，金屬板發(fā)生橫向?qū)?，因此可以在車輪上安裝磁片，而將霍爾集成片安裝在固定軸上，通過對脈沖的記數(shù)進行車速的測量。二、鍵盤與顯示電路的選型鍵盤電路選型本設(shè)計只需控制電動小汽車的運行開始，僅一支按鍵就足夠了，我們選用最簡單的直接鍵盤驅(qū)動方式?？梢姽夤怆娞綔y器抗干擾能力較差，非常容易受到環(huán)境光的干擾，同時由于本題中光源未經(jīng)調(diào)制，因此僅靠電子線路自身的設(shè)計很難取得好的效果，為解決這些問題，我們使用了“空間光學濾波器”利用黑色塑料箱體將探測器包裹中空的，以次來解決環(huán)境光干擾大的問題。四、 光電探測器的選型光電探測器一般特制可見光光譜范圍的光電探測器，包括光電導(dǎo)探測器、光伏型探測器、倍增管等，在熱釋電探測器、光電本題中可見光源是200W功率的白熾燈，功率較強，因此不必選用適合微光照探測的光電倍增管，同時光源光強相對比較分散選用熱釋電探測器（如碳斗）也不合適，光電導(dǎo)探測器溫度、線性和穩(wěn)定性不好，一般用于特殊光譜范圍的測量同樣不適合本題，綜合考慮以上因素光伏型探測器以其價廉、驅(qū)動電路簡單而成為本題的首選。線圈的Q值測量比較麻煩，但很多情況我們并不需要精確的知道Q值，只需知道Q是否改變就可以了，比較成熟的方案是將線圈接成阻尼可調(diào)的振蕩器，并調(diào)節(jié)阻尼電阻使線路剛剛起振，由于絕大多數(shù)金屬接近線圈時都會使線圈的Q值降低從而使線路停振，這樣我們通過檢測線路是否振蕩就可以知道金屬是否靠近。T1T2，對于距離較短和要求不高的場合我們可認為空氣中的聲速為常數(shù)，我們通過測量回波時間T利用公式其中，S為被測距離、V為空氣中聲速、T為回波時間（），可以計算出路程，這種方法不受聲波強度的影響，直接耦合信號的影響也可以通過設(shè)置“時間門”來加以克服，因此這種方法非常適合較遠距離的測距，如果對聲速進行溫度修訂，其精度還可進一步提高，本題中我們選用此方法。按題目要求我們選用氣相、窄波束、40KHz的超聲波換能器。在本題中對障礙物的檢測受到環(huán)境光（特別是200W白熾光源）的干擾比較大，因此我們選用抗干擾能力較強的交流調(diào)制工作方式；而對黑白灰度的檢測由于在車的底部干擾相對較弱，為簡化設(shè)計我們選用直流直接驅(qū)動方式。透射遮擋型和反射型通過塑料模具將發(fā)光管與接收管封裝在一起，非常方便用戶使用，在本題中“碼盤紅外探測器”我們使用透射遮擋型而對黑白灰度和障礙物的檢測我們使用反射型。在本體中我們要利用紅外探測器檢測黑白兩種不同的灰度和障