智能尋跡車設(shè)計原理及方案解析

看了《電子制作》2010年第8期每期一做欄目的作品《非編程尋跡小車》，巧妙的制作，讓我感觸頗深，產(chǎn)生了一點自己的想法，并設(shè)計制作了自己的一款尋跡車——智能尋跡小車。本車除一般非編程尋跡車具有的尋跡功能外，還增加了遇障停車、報警，轉(zhuǎn)彎時轉(zhuǎn)向燈提示功能。同時在電路原理上作了較大改變，是車尋跡靈敏度更高，實現(xiàn)較小的轉(zhuǎn)彎半徑。

設(shè)計方案

根據(jù)不同的顏色(黑、白)對光的反射強度不同，光敏電阻受不同強度光感應(yīng)阻值不同的特性。分別將兩電位器與兩固定電阻分壓后的電壓作為電壓比較器的基準電壓，兩光敏電阻與兩固定電阻分壓后電壓作為電壓比較器的比較電壓，電壓比較器的輸出電流經(jīng)三極管放大后分別控制兩個電動機的轉(zhuǎn)速。以達到轉(zhuǎn)向的目的，從而實現(xiàn)智能車按既定軌道行走。通過紅外傳感器檢測障礙實現(xiàn)避障報警功能(見圖1)。電路原理圖見圖2。

控制原理

①如圖2中電位器R12、R13、R17與R5、R6、R15組成分壓電路為電壓比較器提供基準電壓，光敏電阻R1、R2、紅外接收器VD5與電R3、R4、R18組成比較電壓，發(fā)光二極管LED1、LED2與三極管T1、T2及電阻R9、R10組成轉(zhuǎn)向燈。發(fā)光二極管LED3、LED4與R7、R8組成光敏電阻的補光燈，紅外發(fā)射二極管VD6及電阻R16組成紅外發(fā)射源。R14、三極管VT5及蜂鳴器組成報警裝置。三極管VT3、VT4與電動機及電容組成動力部分。

②當前方無障礙時。紅外接收器不能接收到紅外線呈高阻態(tài)，電壓比較器IC3輸出低電平，三極管VT5不導(dǎo)通。光敏電阻輸入電壓較高，電壓比較器ICl、IC2正常工作，蜂嗚器不響。當前方有障礙時，紅外接收器接收到紅外線呈低阻態(tài)，電壓比較器IC3輸出高電平，三極管VT5導(dǎo)通，光敏電阻輸入電壓被拉低，電壓比較器lC1、IC2通向輸入端收入電壓較低，三極管VT3、VT4不導(dǎo)通，故小車不前進同時蜂鳴器報警。

③正常行走時兩光敏電阻R1、R2都在強光區(qū)，阻值較小，電壓比較器IC1、IC2輸出高電平，兩個電動機都轉(zhuǎn)動，小車直線前進，兩個轉(zhuǎn)向燈都不發(fā)光。當小車

偏向軌道右側(cè)時，左邊的光敏電阻R1轉(zhuǎn)向弱光區(qū)，其阻值變大，相應(yīng)電壓比較器IC1輸出低電平，左邊電動機M1停止轉(zhuǎn)動，小車向左轉(zhuǎn)彎，同時左邊轉(zhuǎn)向燈LED1發(fā)光。當小車偏向軌道左側(cè)時，右邊的光敏電阻R2轉(zhuǎn)向弱光區(qū)，其阻值變大，相應(yīng)電壓比較器IC2輸出低電平，右邊電動機M2停止轉(zhuǎn)動，小車向右轉(zhuǎn)彎，同時右邊轉(zhuǎn)向燈LED2發(fā)光。

④其中R17用來調(diào)節(jié)紅外線感應(yīng)距離，R12用來調(diào)節(jié)比較電壓大小，以實現(xiàn)感光靈敏度的調(diào)節(jié)。R13用來調(diào)節(jié)左右比較電壓的比值，使左右靈敏度一致，R11用來調(diào)節(jié)通過兩電動機的電流比值，使兩電動機的轉(zhuǎn)速一致。LED3、LED4用來補償光敏電阻所需光源，防止外界光照不均勻造成左右電動機轉(zhuǎn)速不一致，這樣即使在黑暗中小車也能正常行走。電容C1、C2用來穩(wěn)定電壓，防止電動機啟動和停止時過大的電流對其他元器件的干擾。

1.電路板焊接

由于電路板還是車架的一部份，所以電路板的焊接要做好電子元件的布置：兩個光敏電阻R1、R2和兩個補光燈LED3、LED4安裝在小車前面的兩側(cè)，并向下離地面5mm左右。兩個轉(zhuǎn)向燈LED1、LED2安裝在小車前面的兩側(cè)指向前方。紅外收發(fā)器VD5、VD6最好用成對反射型的，裝在前側(cè)面水平指向前方。電池最好裝在車體偏前側(cè)以增大小車驅(qū)動輪的摩擦力。其它元件要偏后一點以便安裝電池盒和驅(qū)動輪。注意后側(cè)中間還要裝萬向輪。

2.結(jié)構(gòu)部分制作

用通用電路板充當車架，為了轉(zhuǎn)向更靈活最好使用前輪驅(qū)動，后輪只在中間裝一個萬向輪。電動機可以買帶有減速器的，也可以用廢舊玩具車的減速器自己安裝。為有效利用空間電池盒可分兩部分固定在電路板上下兩面。然后用導(dǎo)線串聯(lián)起來。其他結(jié)構(gòu)件制作和安裝可以充分發(fā)揮自己的想象創(chuàng)造自己的風(fēng)格。最后可以給小車制作一個漂亮的外殼。

如圖4，將玩具車減速器的輸入軸拔掉，將電動機的輸出軸插入原減速器輸入軸位置，然后將電動機與減速器外殼固定好(可用強力膠粘接)。選擇并截取適當長度的筆芯，將其一端與玩具車減速器的輸出軸配合安裝，另一端與車輪配合安裝。然后將兩組組裝好的驅(qū)動輪對稱地粘接在車架上。小車底部結(jié)構(gòu)布置見圖5。

萬向輪裝在小車尾部的中間,小車外売采用仿真木制模型的廢料做成,將廢掉的木片裁成適當長度材料,然后用白乳膠粘接而成。制作前最好先大概畫個圖,然后一邊粘接一邊修剪木料,以便得到適合的長度。小車外売完工圖見圖6。成品見圖7。

調(diào)試

1將小車放在空白的紙上,打開電源并調(diào)節(jié)電位器17使蜂鳴器不鳴。

2.調(diào)節(jié)電位器12使小車正常前進,轉(zhuǎn)向燈不亮。

3.調(diào)節(jié)電位器11使小車能1;fi直線行走。

4.將小車放在印有黑線的紙上,反復(fù)調(diào)節(jié)電位器12使小車在空白處正常前進且轉(zhuǎn)向燈不亮,遇到黑線停止且轉(zhuǎn)向燈亮。

5.將小車放在空白的紙上的障礙物前,反復(fù)調(diào)節(jié)電位器17使小車在沒遇到障礙時正常行走且蜂鳴器不鳴叫,遇到障礙時停止且峰鳴器鳴叫。

6.重復(fù)3、4、5步壊直到小車能在固定軌道正常行走:能:沿既定軌道行走,轉(zhuǎn)彎處相應(yīng)轉(zhuǎn)向燈亮,通到障礙時停止且蜂鳴器報警,障礙消除后又能正常行走。