电子技术电子实习报告

电子技术电子实习报告学院：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：完成时间：成绩：评阅意见：评阅教师日期电子实习--智能循迹小车制作一．实习目的通过设计进一步掌握５１单片机的应用，特别是在嵌入式系统中的应用。进一步学习５１单片机在系统中的控制功能，能够合理设计单片机的外围电路，并使之与单片机构成整个系统。该智能车采用红外传感器对赛道进行道路检测，单片机根据采集到的信号的不同状态判断小车当前状态，通过电机驱动芯片L298N发出控制命令，控制电机的工作状态以实现对小车姿态的控制。一.实习的内容、安排本模型车的电路系统包括电源管理模块、单片机模块、传感器模块、电机驱动模块。工作原理：利用红外采集模块中的红外发射接收对管检测路面上的轨迹将轨迹信息送到单片机单片机采用模糊推理求出转向的角度和行走速度，然后去控制行走部分最终完成智能小车可以按照路面上的轨迹运行。实习的具体实现1．系统概述小车的硬件主要包括51单片机最小系统以及3大模块：即电源模块、电机驱动模块、红外循迹模块。智能小车循迹系统框图红外寻迹是利用红外光电对管对路面信号进行检测，经过比较器处理之后，送给软件控制模块进行实时控制，输出相应的信号给驱动芯片驱动电机转动，从而控制整个小车的运动1.电源模块供电系统的原理图如下7805INPUTOUTPUTINPUTOUTPUT780612v单片机及模块供电电机供电7805的5V输出给单片机以及各个功能模块供电，7806的6V输出给点击供电作为动力电源。7805与7806要公地。电源PCB安装图2.电机驱动模块驱动芯片比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298内部的原理图如下IN1IN2ENAOUT1OUT2OUT3OUT4IN3IN4ENB6V动力电源OUT1与OUT2与小车的一个电机的正负极相连，OUT3与OUT4与小车的另一个电机的正负极相连，单片机通过控制IN1与IN2,IN3与IN4分别控制电机的正反转。ENA与ENB分别控制两个电机的使能。L298控制表IN1IN2ENA电机状态xx0停止101顺时针011逆时针001停止111停止注意：X表示状态不定电机驱动模块原理图L298有两路电源分别为逻辑电源和动力电源，上图中6V为逻辑电源，12V为动力电源。J4接入逻辑电源，J6接入动力电源，J1与J2分别为单片机控制两个电机的输入端，J3与J5分别与两个电机的正负极相连。ENA与ENB直接接入6V逻辑电源也就是说两个电机时刻都工作在使能状态，控制电机的运行状态只有通过J1与J2两个接口。由于我们使用的电机是线圈式的，在从运行状态突然转换到停止状态和从顺时针状态突然转换到逆时针状态时会形成很大的反向电流，在电路中加入二极管的作用就是在产生反向电流的时候进行泄流，保护芯片的安全。L298的PCB安装图3.红外循迹模块在智能机器人小车的设计中使用的是一体反射式红外对管，所谓一体就是发射管和接受管固定在一起，反射式的工作原理就是接收管接收到的信号是发射管发出的红外光经过反射物的反射后得到的，所以使用红外对管进行循迹时必须是白色地板加黑色引导条。下图为红外循迹电路的原理图。上面电路由一组红外对管、电位器、运算放大器和电阻组成的，R1起到限流的作用，用来控制反光管发出红外信号的强弱。接收管实际上是一个光敏三极管，基极的光电流经过放大后流经电阻R2产生电压与电位器调节后得到的电压进行比较。A1与电阻组成一个比较器。在有红外信号返回时OUT端输出高电平，反之输出低电平。说明：信号的检测通过红外传感器发射红外线，判断接受管能否接受到反射回来的信号，若接收到说明探管下面是白线，反之由于黑线对红外线的吸收，使之不能接收到发射出去的红外线，因此判断是黑线，当接收到反射的光时，三极管ce极导通，通过比较器输出高电平，反之截止输出低电平，这样通过将输出端与单片机的P口相接，判断P口的高低电位，进而间接的判断出检测到的信号，从而实现信号的检测功能。红外探测检测到黑线输出低电平0v，检测白线为高电平3.75v。红外循迹对管的安装图4．接口电路连接方式电源模块连接：+12V接电池正极GND负极电源模块与单片机连接：J4与电源+5vGND相连接，方块为正红外模块与电源模块连接：1接电源模块+5V2接电源模块对应地红外模块与单片机连接：7针连接p1.06针连接p1.15针连接p1.24针连接p1.33针连接p1.4电机驱动与电源模块连接：+12V与+6V连接+12V旁的GND与+6V旁的GND连接+6vGND+6vGND与电源模块+5VGND+5VGND连接电机驱动与单片机连接：IN1与p2.0连接IN2与p2.1连接IN3与p2.2连接IN4与p2.3连接2．单元电路设计与分析小车采用atmel公司的AT89C52单片机作为控制芯片，图1是其最小系统电路。主要包括：时钟电路、电源电路、复位电路。其中各个部分的功能如下：1、时钟电路：给单片机提供一个外接的16MHz的石英晶振。2、电源电路：给单片机提供5V电源。3、复位电路：在电压达到正常值时给单片机一个复位信号。图1单片机最小系统原理图2、电源电路设计：模型车通过自身系统，采集赛道信息，获取自身速度信息，加以处理，由芯片给出指令控制其前进转向等动作，各部分都需要由电路支持，电源管理尤为重要。在本设计中，51单片机使用5V电源，电机及舵机使用6V电源。考虑到电源为充电电池组，额定电压为7.2V，实际充满电后电压则为6.5-6.8V，所以单片机及传感器模块采用7805稳压后的5V电源供电，舵机及电机直接由电池供电。3、传感器电路：光电寻线方案一般由多对红外收发管组成，通过检测接收到的反射光强，判断黑白线。原理图由红外对管和电压比较器两部分组成，红外对管输出的模拟电压通过电压比较器转换成数字电平输出到单片机。图2赛道检测原理图：4、电机驱动电路：电机驱动芯片L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。其引脚排列如图1中U4所示，1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号。L298可驱动2个电机，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。也利用单片机产生PWM信号接到ENA，ENB端子，对电机的转速进行调节。L298N的逻辑功能：外形及封装：L298N电路原理图：由于一片L298N可以直接驱动两个电机，但是为了加大驱动力，我们采用两路并联的方式来驱动电机。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:27-Nov-2008SheetofFile:C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\报告\灭火机器人硬件设计.DdbDrawnBy:IN15IN27IN310IN412ENA6ENB11GND1GND15GND8VSS4VCC9OUT12OUT23OUT313OUT414U1L298NA-+MG1MOTORRIGHTA-+MG2MOTORLEFTD14007D54007D34007D44007D24007D74007D84007D64007123456J1单片机引脚P3.1P3.3P3.5P3.7P4.2P4.4IN15IN27IN310IN412ENA6ENB11GND1GND15GND8VSS4VCC9OUT12OUT23OUT313OUT414U2L298N+12V+12V+12V+12V+5V+5V小车电机驱动IN15IN27IN310IN412ENA6ENB11GND1GND15GND8VSS4VCC9OUT12OUT23OUT313OUT414U3L298NA-+灭火风扇灭火风扇驱动123J2CON3P5.7GND+5V3．电路的安装与调试5.硬件测试小车的硬件主要包括51单片机最小系统以及3大模块，单片机的测试可以通过简单程序烧录进去测试，各硬件模块在焊接前先模拟仿真，仿真无误后按照原理图焊接电路板，焊接后用万用表检测有无虚焊，短接等错误，检测无误后小心接通电源用万用表测模块各端电压，是否与理论值一致。检测输出是否稳定，用示波器观察纹波合理调整各个模块元器件的参数。红外探测检测到黑线输出低电平0v，检测白线为高电平3.75v；激光发射管输入为4.95v，光敏电阻接收到激光返回高电平3.7v；7805电源模块输入12v，输出5.04v；7806电源模块输入12v，输出5.98v。6.信号控制分析与循迹功能首先根据P口的高低电位，判断检测到的信号，再根据所检测到的信号执行相应的命令，便实现了循迹控制的功能。1）行驶直线的控制：利用红外传感器的左右最外端俩个探头检测黑线，全白说明在道中间，没有偏离轨道，走直线；一旦右侧探管检测到黑线，说明小车外侧探头已跑出轨道，让车左拐；同理一旦左侧检测到黑线，说明左测探头已经出线，执行右拐命令。2）拐直角弯的控制：当车前探头检测到黑线，执行直走，让车中心探头去检测，一旦车中心探头检测到黑线开始左拐，直到车位探头检测到跳出左拐命令，继续开始执行循迹，通过设置车中间探头与车尾探头的间距，便可以实现拐弯的角度，进而顺利入弯。7.元件识别方法电阻由三位数组成ABC；计算方法：R=(A×10+B)×。例如“100”，其阻值应为（1×10+0）×=10R。贴片电阻电容电容与电阻的计算方法相似，但贴片的瓷片电容上并没有数字标识，到时候我们会在电容上贴标签以作区分。电解电容如错误!未找到引用源。所示，在电解电容的表面标注有容值和耐压值，例如100uF/16V，表示其容值为100uF，耐压值为16V。电解电容LED如错误!未找到引用源。所示，LED灯有绿线或绿点的一端为反向端。贴片LED二极管如错误!未找到引用源。所示，二极管有黑色线条的一端为反向端。贴片二极管按键及开关按键或开关没有反正，直接插上焊接即可。芯片如图所示，有小圆点的一端为芯片的正方向，在PCB板上豁口的左边第一个引脚为芯片的1引脚。7．注意事项焊接顺序，先贴片后插件。芯片及其它元件正方向：芯片：有小圆点的一端为正方向标志；电解电容：引脚较长的一端为正，带白色阴影的一端为负，在PCB上表现为有阴影的一端为负，空白的一端为正；LED：有绿线或绿点的一端为反向端，在PCB板上表现为有尖的一端；芯片引脚序号及封装四．心得体会、存在问题和进一步的改进意见等根据本次设计要求，我们小组系统地阅读了大量的资料，并认真分析了设计课题的需求，还学习了单片机的工作原理及其使用方法，了解了智能小车的整个制作过程。虽然条件艰苦，但经过不懈钻研和努力，最终做出了整个小车的硬件系统，然后结合课题任务和小车硬件完成尝试，本系统能够基本满足设计要求，能够较快较平稳的是小车沿引导线行驶，但由于经验能力有限，该系统还存在着许多不尽人意的地方有待于进一步的完善与改进。通过本次课题设计，不仅是对我们课本所学知识的考查，更是对我的自学能力和收集资料能力以及动手能力的考验。本次电子实习使我们对一个项目的整体设计有了初步认识，还认识了几种传感器，并能独立设计出其接口电路，再有对电路板的制作有了一定的了解，并学会了设计电路。本次毕业设计使我们意识到了实验的重要性，在硬件制作和软件调试的过程中，出现了很多问题，最终都是通过实验的方法来解决的。还有以前对程序只是一个很模糊的概念，通过这次的课题设计使我对程序完全有了一个新的认识，并能使用C熟练的进行编程了。通过本次课题设计，极大的锻炼了我们的思考和分析问题的能力，并对单片机有了一个更深的认识。总之，在课题设计的过程中，无论是对于学习方法还是理论知识，我们都有了新的认识，受益匪浅，这将激励我们在今后再接再厉，不断完善自己的理论知识，提高实践运作能力。五．