不用单片机的智能往返小车的设计与制作

  　读者通过此电路的制作，能更好地掌握基本模＼数器件的应用及电路设计。同时，给低年级电子专业学生以启示，基本模数电路也能完成较复杂的控制。功能要求

　　小车在如图 1 所示的跑道上自动往返行驶，跑道表面贴有白纸，在 1 ， 2 ， 3 ，4处贴有黑胶带。车子从起跑线出发到达终点线停车 10 秒，然后返回到起点，停车。限速区行驶时间要求大于 15 秒，快速区行驶时间小于8秒，终点线停车要求车子中心与黑线的距离尽量小。车子能记录显示黑线条数，去时显示“ 0 — 1 — 2 — 3 — 4”返回时数字依次递减。

　　电路原理

　　整个系统以芯片 CD4017 为核心其中还包括线条检测、数码显示、电机正反转驱动、十秒延时、高低速变换等电路。电路原理如图2。

       主控电路：主控芯片 CD4017 是十进制计数分配器，对输入的脉冲信号进行计数分配， Q0 —Q9十个输出端总有且只有一个维持高电平，直到下一个脉冲信号到来，高电平转移到下一个输出端， Q0 — Q9 循环往复。

　　黑线探测电路：利用黑白面反射程度不同，考虑使用光敏电阻。配以白色高亮发光二极管辅助照亮以抵抗外界光线干扰，增强探测灵敏度。光敏电阻下端电压变化经LM358比较放大后送给核心元件 CD4017 。

　　路段显示电路：使用 CD4511 译码驱动数码管，作为线条显示．分别指示“ 0 — 1 — 2 — 3 — 4”小车返回时数字递减指示，最后停车显示“ 0 ”

　　电机正反转驱动电路：前行时 CD4017 输出端 Q0 、 Q1 、 Q2 、 Q3 分别有高电平输出，后退时 Q5 、 Q6、Q7 分别为高电平。将 Q0 、 Q1 、 Q2 、 Q3 信号引出，经两级非门 (U9 ， U8) 整理后控制电机H桥驱动电路。当 a 点高电平时， VT2 ， VT5 饱和导通，电机正转，小车前进；当 a 点低电平 b 点高电平时， VT3，VT4 饱和导通，电机反转，小车后退。同时“绿”“红”两发光二极管分别作“前进”“后退”指示。

　　十秒延时电路：小车检测到终点线要停 10 秒，将 CD4017 输出端 Q4 高电平引出，经 R14 ， C8 以及非门U10将高电平转换成一低脉冲信号，用此信号触发 555 构成的单稳态延时电路，再推动继电器使之断开电机电源。10秒后，继电器复位，电机得电工作。

　　高低速变换电路：为使电路简化。使用串联电阻的方式改变电机转速。分析小车行程知， Q2 ，Q6高电平时小车进入减速区，引出两路信号经非门 U7 电平转换后控制 VT6 的饱和导通和截止。当 Q2 。 Q6 为低电平时。VT6饱和导通，限速电阻 R19 被短路。电机高速运转，小车快速行驶； Q2 ， Q6 高电平时， VT6 截止限速电阻R19起作用。电机慢速运转。小车慢速行驶。

　　最终停车电路：小车返回起跑线后 Q8 高电平，推动继电器工作，电机断电，小车停止。

　　制作与调试

　　所用元件型号电路图中已标出，元件焊接在 10* 15cm 的万能板上，电源由 9V 电池提供。

　　线条检测电路是整个系统的眼睛，其稳定工作十分重要。光敏电阻固定在小车底部它到地面的距离要控制在 0 ． 5 —1cm之间。通电后使小车停在白色跑道上，记录 LM358 同相端电压 V1 ，然后在小车底部垫上一张黑色的纸 (模拟光敏电阻检测黑色线条) 记录同相端 3 脚电压 V2 ，在此过程中，先调节 RP2 ，尽量使 V1+V2=9v ，再调节 RP1，使 LM358反相输入端 2 脚电压 V=(V1+V2) ／ 2 。经上述调试后，可保证线条检测电路工作的稳定性。

　　路段显示电路也很重要。因为小车的运行状态 ( 前进。后退，快速，慢速)和其所处路段是一一对应的，刚做出的扳子可能不稳定，出错就会造成小车乱跑，有了数码管显示就能很清楚的知道出错在哪个路段，然后再做针对性分析、修改，使小车运行稳定。

　　小结

　　通过此制作，可掌握传感器、运放、时基、4017计数器、显示驱动、电机驱动等电路的设计，它将模、数电路有机结合，适合低年级电子专业学生掌握模＼数电路的运用。为今后更复杂的控制设计打下坚实的基础。

 

本文来源：《电子制作》     作者：

隐藏原文↑