課程設(shè)計(jì)---黑線檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　題目: 黑線檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一．功能要求：</b></p><p>　　如果光電傳感器碰到黑線，電機(jī)正轉(zhuǎn)，其他情況電機(jī)不轉(zhuǎn)?？梢哉{(diào)節(jié)黑線色度觸發(fā)點(diǎn)。</p><p><b>　　二．器件選擇：</b></p><p>　　電烙鐵一把，萬用表一塊，穩(wěn)壓電

2、源一個(gè)，ST188，繼電器一個(gè)，可變電阻一個(gè)，電阻若干，導(dǎo)線若干，面包板一個(gè)，電機(jī)一個(gè)。</p><p><b>　　三．方案論證: </b></p><p><b>　　1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理：</b></p><p>　　要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求，就必須使用三極管將傳感器發(fā)出的光電流放大再通過三極管的電壓放大，當(dāng)電壓值超過繼電器的

3、跳轉(zhuǎn)電壓，繼電器跳轉(zhuǎn)。通過用兩個(gè)三極管交替導(dǎo)通來控制繼電器的開關(guān)跳轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)該功能要求。當(dāng)碰到黑線時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；其他情況電機(jī)不轉(zhuǎn)。然后設(shè)計(jì)一個(gè)放大電路來控制繼電器的開關(guān)跳轉(zhuǎn)，從而控制電機(jī)的工作狀態(tài)。</p><p>　　2主要元器件原理及其選擇：</p><p>　?。?）紅外傳感器ST188簡介</p><p>　　含一個(gè)反射模塊（發(fā)光二極管）和接收模塊（光敏三極

4、管），通過發(fā)射紅外信號(hào)看接收信號(hào)變化判斷檢測物體狀態(tài)的變化</p><p>　　A,K之間接發(fā)光二極管，CE之間接光敏三極管（二者在電路中均正接，但要串聯(lián)一定的電阻值）</p><p><b>　?。?）光電特性：</b></p><p>　?。?）繼電器（relay）的工作原理和特性：</p><p>　　電磁式繼電器

5、一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電

6、器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。</p><p>　　四．系統(tǒng)的軟件仿真：</p><p><b>　　仿真電路：</b></p><p><b>　　仿真方法：</b></p><p>　　打開PROTEUS軟件，在元件庫中搜索所需的元器

7、件。</p><p>　　將所搜索到的元器件添加到元器件板中，再選定元件添加到電路板上，繪制成電路圖。</p><p>　　單擊窗口左下方的運(yùn)行鍵，觀測電路運(yùn)行結(jié)果。</p><p><b>　　仿真結(jié)果：</b></p><p>　　上圖是在PROTEUS環(huán)境下繪制的圖。所繪制的電路圖在剛開始運(yùn)行時(shí)電機(jī)不轉(zhuǎn)，當(dāng)不斷增加

8、電位器的阻值時(shí)，也不能實(shí)現(xiàn)繼電器開關(guān)的跳轉(zhuǎn)。在調(diào)試過程中，我們發(fā)現(xiàn)是由于元件的參數(shù)不合要求，在修改了元件參數(shù)后，電路實(shí)現(xiàn)了繼電器的跳轉(zhuǎn)。但是在調(diào)節(jié)電位器的過程中繼電器兩次跳轉(zhuǎn)，終于在第二次修改元件參數(shù)后實(shí)現(xiàn)了一次跳轉(zhuǎn)。使電路的仿真結(jié)果符合了實(shí)驗(yàn)要求。</p><p>　　五．系統(tǒng)測試與性能分析：</p><p>　　在仿真成功之后進(jìn)行了在面包板上的調(diào)試。領(lǐng)取到元器件后開始連接電路，連接完電

9、路后，運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)電路無法工作。仔細(xì)檢查電路后，發(fā)現(xiàn)問題的關(guān)鍵在于我們所使用的光電式反射傳感器的自身阻值與在仿真時(shí)所使用的電位器的阻值上有很大的偏差。會(huì)出現(xiàn)這末大的問題，都是由于對ST188 的不了解。我們不得不停下手頭的工作，去查閱有關(guān)于ST188的資料。在仔細(xì)了解了該元器件的主要特性之后，我們修改了一些元件的參數(shù)，在之后，我們一步一步的調(diào)試，終于實(shí)現(xiàn)了功能。</p><p>　　我們了解到ST188在遇到黑線時(shí)

10、，發(fā)光二極管發(fā)出的紅外光大部分都被黑線吸收，傳感器阻值很大，在遇到白線時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出的紅外光大部分反射回去，而我們要使用的繼電器的跳轉(zhuǎn)電壓為3V左右，所以我們必須要控制發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度，從而控制傳感器輸出端的光電流，以達(dá)到使通過三極管放大的電壓能達(dá)到繼電器的跳轉(zhuǎn)電壓。不斷地調(diào)節(jié)電位器，發(fā)現(xiàn)電路在100—200歐姆之間效果最明顯。能夠非常靈敏的控制電機(jī)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)要求。</p><p>　　在調(diào)試過

11、程中，我們一直在為無障礙物這種狀態(tài)定性，剛開始時(shí)，我們認(rèn)為該狀態(tài)歸屬于白線狀態(tài)，以為在白天的光照情況下，自然光中的紅外線能大量反射進(jìn)入傳感器。直到我們在調(diào)試過程中陷入僵局時(shí)，我們才意識(shí)到無障礙物時(shí)可能屬于黑線狀態(tài)。而事實(shí)證明，無障礙物時(shí)，并沒有大量的紅外光反射進(jìn)入傳感器。所以，只存在兩種情況，黑線和白線狀態(tài)。不存在第三種情況，無障礙物狀態(tài)屬于黑線狀態(tài)。</p><p><b>　　六．硬件實(shí)現(xiàn)：<

12、/b></p><p>　　以上為我們焊接好的電路板，此次實(shí)驗(yàn)需要改進(jìn)的地方很多，最簡單的實(shí)現(xiàn)方法是利用單片機(jī)控制，由于不同的顏色對紅外線的反射程度不同，導(dǎo)致三極管的輸出電壓值不同，可通過調(diào)節(jié)使黑線和非黑線的輸出電壓值分別為單片機(jī)的低電平和高電平，從而用單片機(jī)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。由于時(shí)間有限，單片機(jī)的知識(shí)也不足夠，沒有在實(shí)踐中嘗試自己的新想法，敬請老師予以諒解。</p><p><

13、b>　　七.設(shè)計(jì)心得：</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)我們做的是黑線檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要是通過ST光電紅外傳感器使光線照射到板上并反射，由于黑線和白紙的反系數(shù)不同，根據(jù)接收到的反射光強(qiáng)弱判斷是否黑線，如果是黑線，繼電器不導(dǎo)通，電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果不是黑線，繼電器導(dǎo)通，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)中我們互相配合，分工完成了實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，仿真，面包板模擬電路及焊接電路的環(huán)節(jié)。</p><p

14、>　　其中我主要負(fù)責(zé)的是電路的仿真，學(xué)習(xí)了ISIS 7 professional軟件仿真和protel軟件仿真，成功實(shí)現(xiàn)了電路的仿真。此次仿真過程中我遇到很多問題，剛開始的時(shí)候沒有發(fā)器件，我們仿真主要用的是紅外傳感器和LM324實(shí)現(xiàn)，可等到發(fā)了器件之后才發(fā)現(xiàn)并沒有給比較器，而是給了兩個(gè)三極管，沒辦法，我們只得重新設(shè)計(jì)，最終在我們幾個(gè)的共同努力之下找到了解決方案。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)中，我們從一開始的一

15、籌莫展，到討論電路圖，查找資料，焊接電路，反復(fù)調(diào)試，最后實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，我感受到了合作和自學(xué)的重要性，四個(gè)人一起討論研究電路，出現(xiàn)問題一起檢查解決，不僅可以交流經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)知識(shí)，還增進(jìn)了同學(xué)間的情誼，進(jìn)一步鍛煉了自己的交際說話能力。同時(shí)，我們自己查找資料，研究問題，提高了自己獨(dú)立思考和解決問題的能力。實(shí)驗(yàn)的不足之處是我們對元器件都不是很熟悉，設(shè)計(jì)和仿真也不太熟練，動(dòng)手能力太弱，使實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度有所影響，以后應(yīng)該多查資料，盡快熟悉電路，多動(dòng)手，努力

16、使實(shí)驗(yàn)做到最好。</p><p><b>　　八，參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　1、《傳感器與傳感器技術(shù)》 科學(xué)出版社 何道清 2006年</p><p>　　2、《電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分》 高等教育出版社 康華光 2004年</p><p>　　3、《傳感器及傳感器技術(shù)應(yīng)