D2-1 型巡线小车的设计

马雪丽，樊钺骄，王宏阳，孙进龙

（河北农业大学，河北 保定 071000）

引言

现今，许多学校特别重视学生的动手能力，有的老师会选择让学生制作循迹小车，不仅涉及到很多知识，还提高了学生的动手能力。在白底的纸上有条15 毫米宽的黑线，作为跑道，它是黑色的，小车可以自己行走，在拐弯处也不需要人为的操作，自己就能拐弯。虽然光源会同时射到白底和黑色跑道上，但是反光能力不一样，红色的LED 灯发出光源，会射到光敏电阻上，通过测量其电阻的大小，就可知道小车是不是在白色部分行走。

1 设计目的

通过小车的电路图，完成小车的组装和焊接，并且进行调试。小车能够沿着固定的路线自动行走，能够自动的拐弯，全程不需要人进行任何的操作。另外，将学到的电路知识，加以运用，可以做到理论与实践相结合起来。

2 设计要求

完成电路的设计，并且完成软件对硬件检测，完成小车的组装和调试的工作。

2.1 主要元件介绍

2.1.1 光敏电阻器件

光敏电阻能检测光强度，阻值与光照强度成相反的比例关系。光照越强，电阻值就越小；反之，光照越弱，电阻值就越大。当红色LED 灯亮时，光射到白色区域和黑线上，由于反光的能力不一样，电阻值就会有很大的差别，有利于控制后续电路。

2.1.2 LM393 比较器集成电路

它对两个输入电压进行比较，然后以此改变输出电压的高低。LM393 运用集电极开路输出，需加上拉电阻，才能输出高电平。

2.1.3 带减速齿轮的直流电机

小车必须要减速，如果不减速的话，小车会跑的很快，会导致无法控制，再者转矩太小，小车会跑不起来。

3 整体分析

小车自动循迹原理如下：通过对两路光敏电阻相比，当小车不平衡时，一侧的电机停转，另一边的电机加速运转，因而使小车朝正确的方向行走，方向得以修正，这是一个闭环控制，因而控制非常的灵敏。一般情况下，小车是可以在黑色跑道上行驶的，能够依据黑色轨道的变化进行转弯。具体是如何实现转弯，就是在小车底盘上分别有两对光敏电阻和发光二极管，这两对分别对应着两个直流电机，发光二极管发射光线然后光敏电阻接收一部分之后可以控制电机的运转；也就是说，当小车行驶与黑色的轨道路线出现偏移，电路的光敏电阻变换会使小车两侧车轮出现变化，最终会让小车回到轨道的正确路线上行驶。总之，这就是小车简单的自动寻迹过程。

4 电路分析

图1

由电路图不难看出，小车的寻迹电路是分成四部分的，分别是传感器部分电路、电压比较器模块、电机驱动模块、电源部分。第一部分的传感器模块是用来将外在的物理信息收集起来，并变成电压电流信号；第二部分的电压比较器模块是电路图的核心，也是控制小车转向的重要所在；第三部分的电机驱动模块就是根据第二模块得出的信号之后分别使其所对应的直流电机转动起来；第四部分的电源模块是提供电源，为整个电路，保证整体电路的正常运转。

5 小车制作

5.1 安装步骤

（1）检查元器件是否缺失，仔细阅读安装说明书。（2）将除了光敏电阻与对应的LED 灯以外的元件焊接到电路板上。（3）安装万向轮。（4）焊接光敏电阻和LED 灯。（5）将直流电机与电池盒安装到电路板上，并将引线焊接完成。（6）对小车进行实验调试。

5.2 注意事项

（1）在焊元件时，要注意次序，采用先简单后复杂，先矮后高，先耐热后不耐热元件。注意不要存在虚焊情况。（2）注意一些元件存在正负之分，不要接反。（3）注意直流电机的正反转情况，正转小车向前移动。（4）在焊接光敏电阻与其对应的LED 灯时，要注意离地面的高度。

5.3 调试

图2

小车组装好了以后，启动检查是否可以按照要求正常循迹，如果不能循迹的话按照下面的方法调试：打开小车电源开关，用手捂住左边的光敏电阻，调试左边的可调电阻，调试到右边的灯（电路板上方的红发红的指示灯）不亮和右边的电机不转，这一部分电路调试好了进行下一步；下一步，用手捂住右边的光敏电阻，调试右边的可调电阻，直到调试到左边的灯（电路板上方的红发红的指示灯）不亮和左边的电机不转，这样就完成了调试，再次放到跑道轨迹上去测试，如果依旧无法正常循迹，再对可调电阻再进行轻微的调试即可循迹了。

6 总结

通过对D2-1 型巡线小车的焊接与组装，我的能力有了很大的提高。这次制作使焊接技术进步了，尤其快焊接完成的时候，我发现焊接的比前边的都好。还使我的看图能力得到了提升，学会了组成元件的作用。在整个制作过程中，通过查阅大量的资料，我掌握了新知识，例如光电传感器、电机驱动电路等知识。这次课程设计不但让我对电子技术知识更加的感兴趣了，而且还让我认识到理论必须和实践相结合起来，这样才能更好的运用我们学到的知识。在以后的学习中我要多锻炼自己的动手能力，让自己变得更好。