设计题目：基于数电的循迹小车
2014年09月10日
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目录„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.3.. 摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
1. 设计任务与要求„„„„„„„ „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
1.1 基本功能„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
2.系统设计方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
2.1小车循迹原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5.
2.2控制系统总体设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6
3.系统方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6
3.1循迹传感器模块„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6.
3.1.1红外传感器的简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7..
3.1.2比较器LM324简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7
3.1. 3具体电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8
3.1.4传感器的安装„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8
3．2控制器模块„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
3.2.1稳压芯片的工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
3.2.2继电器的工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
3.3 电机与驱动模块„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10
3.4自动循迹小车的总体设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11
4．设计体会„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11
5.参考资料„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.12
基于数电的循迹小车
内容摘要: 本着从简到繁的原则，我们制作一款由数字电路来控制的智能循迹小车，在组装过程中我们不但能熟悉机械原理还能逐步学习到：光电传感器、电压比较器、电机驱动电路等相关电子知识。
关键词：循迹小车，传感器，电机驱动
1.设计任务与要求
1.1 基本功能
①设计一个基于直流电机的自动循迹小车，使小车能够自动检测地面黑色轨迹，并沿着黑色轨迹行驶。
②当小车走在白色轨道时，保持原来速度行驶；当遇到黑线时，说明小车跑偏，通过继电器将开关打到低电压一路，使小车差速行驶，并
调整行驶方向。
③在白色区域，光电传感器经光线通过地面反射到光敏电阻上通过检测光敏电阻阻值变化能判断小车是否行驶在白色区域上
2.系统设计方案
系统方案方框图如下:
2.1循迹小车的工作原理
这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，由于黑线和白色地板对光线的反射系数不同，可以根据接收的反射光的强弱来判断“道路”。通常采取得方法是红外探测法。
红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收，光线通过地面反射到光敏电阻上通过检测光敏电阻阻值变化能判断小车是否行驶在白色区域上；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。说明小车跑偏，这一侧的电机就会减速甚至停转这
一侧的绿色的LED
熄灭，驱动小车向相反方向行驶，这样小车就能始
终沿着跑道行驶了。继电器就是否接收到反射回来的红外光为依据来确定车速，以便调整车的方向。
2.2控制系统总体设计
自动循迹小车控制系统由控制电路模块、稳压电源模块、红外检测模块、电机及驱动模块等部分组成。控制系统的结构框图如下：
1.电压稳压模块：用7805芯片、104容值的电容、330uf的电容
2.红外检测模块：红外传感器，比较器LM324
3.电机及驱动模块：两个直流电机，电磁继电器
3.系统方案
3.1循迹传感器模块
在黑线检测的测试中，若检测到白色区域，发射管发射的红外线没有反射到接收管；若检测到黑色区域，管接收到发射管发射的红外线，电阻发生变化，所得的分压也就随之发生变化。
判断有无黑线我们用比较器LM324，比较基准由电位器调节，各个接收管的参数都不一致，每个传感器的比较基准也尽不相同，我们
为每个传感器配备了一个变阻器。
3.1.1 红外传感器的简介
红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这项技术在现代科技、国防科技和工农业科技等领域得到了广泛的应用。红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：（1）辐射计，用于辐射和光谱测量；（2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；（3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；（4）红外测距和通信系统；（5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。
红外传感器根据探测机理可分成为：光子探测器（基于光电效应）和热探测器（基于热效应）。
本次我们使用的是光子探测器。
3.1.2 比较器LM324简介
LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。电路功耗很小，工作电压范围宽。
在黑线检测电路中用来确定红外接收信号电平的高低，以电平高低判定黑线有无。在电路中， LM324的一个输入端需接滑动变阻器，通过滑动变阻器的阻值来提供合适的比较电压，
3.1.3具体电路
通过红外传感器检测黑线，输出接收到的信号给LM324，接收电压与比较电压比较后，输出信号变为高低电平，再输入到继电器中，用以判断是否检测到黑线。
3.1.4 传感器的安装
在小车具体的循迹行走过程中，为了能精确测定黑线位置并确定小车行走的方向，需要在小车前方安装两个红外传感器，进行两边方向纠正控制提高其循迹的可靠性。
3.2控制器模块
采用继电器和7805稳压芯片为控制器，继电器相当于一个单刀双掷开关，7805将7.2v的电压稳压为5v，以便给LM324、电机供电。
3.2.1稳压芯片的工作原理
3.2.2继电器的工作原理
电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。
我们将通过LM324的信号先经过1N919三极管集电极放大，发射极接地，将放大的信号传送到继电器，让继电器做出相应的判断。
3.3电机与驱动模块
电机采用直流电机，外接大小电源控制电机的速度，是电机的两
轮遇到黑线时差速行驶。
驱动电路图：
3.4自动循迹小车的总体设计电路图
4.设计体会
5.参考文献
1.《数字电子技术基础》（第五版），阎石 主编，高等教育出版社。
2《传感器原理设计与应用》，刘迎春 主编，长沙：国防科技大学出版社，1992.
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