工程实践与科技创新（1）——自动控制小车组装教程

工程实践与科技创新（1）——自动控制小车组装教程上海交通大学电子信息与电气工程学院电工电子实验教学中心2010年4月目录一、概述..........................................................................................................11.1部件清单....................................................................................................................31.2接线图........................................................................................................................4二、电路板焊接..............................................................................................42.1元器件规范................................................................................................................42.2部分封装说明............................................................................................................52.3注意事项....................................................................................................................52.4电路板原理与元器件清单........................................................................................62.4.1车头触碰检测板.................................................................................................................62.4.2车尾触碰检测板.................................................................................................................72.4.3充电板.................................................................................................................................92.4.4行进控制板.......................................................................................................................122.4.5电机驱动板.......................................................................................................................15三、自动控制小车组装................................................................................18四、电路板的调试........................................................................................274.1充电板的调试...........................................................................................................274.1.1焊接关键点.......................................................................................................................274.1.2调试...................................................................................................................................274.2车头、车尾触碰检测板的调试..............................................................................284.2.1焊接关键点.......................................................................................................................284.2.2调试步骤...........................................................................................................................294.3行进控制板的调试..................................................................................................294.3.1焊接关键点.......................................................................................................................294.3.2调试...................................................................................................................................294.4电机驱动板的焊接与调试......................................................................................304.4.1焊接关键点.......................................................................................................................304.4.2调试...................................................................................................................................301一、概述自动控制小车由金属车身、塑料车轮、带塑料变速箱的直流电机和控制电路板等构成，自动控制小车为前驱动，有两个直流驱动电机。两个电机分别由控制电路中的左、右部分独立控制。车头和车尾安装有触碰检测板，每个板上分别有左、右检测开关；当自动控制小车在前行过程中如果碰到障碍物，车头与障碍物相碰后触碰信号传递至行进控制电路，行进控制电路收到信号后控制电机反转（倒退），即使自动控制小车倒退或拐弯，倒退或拐弯一段时间后电机恢复正转（即前行）；电机反转（倒退）时间通过行进控制电路板上的电位器VR500和VR501设定，VR500和VR501分别控制自动控制小车的左右电机。车尾触碰检测开关电路用于防止自动控制小车倒退过程中遇到障碍物而使电机堵转；当自动控制小车倒退触碰障碍物时，车尾触碰开关电路给出信号至行进控制电路，行进控制电路收到信号后使电机停转，直到设定的倒退延时时间，电机恢复正转（即前行）。自动控制小车的电路由车头触碰检测电路、车尾触碰检测电路、充电器电路、电机驱动电路和行进控制电路共5个电路模块组成（如下图所示）。各部分电路功能和原理简述如下：电路结构示意图车头触碰检测电路：用于检测前进方向的障碍物；车尾触碰检测电路：用于检测倒退方向的障碍物；充电器电路：给4节1.2V可充电池充电；充电器电路的输入电压为直流12VDC，充电电流约为120mA；电机驱动电路：驱动电机正转（前进）、反转（倒退）或停止；行进控制电路：获取车头/车尾触碰检测信号，发控制指令给电机驱动电路，让电机正转（前进）、反转（倒退）或停止。自动控制小车由左右两个电机驱动，两个电机分别受控于车头触碰检测开关（SW100和SW101）、车尾触碰检测开关（SW200和SW201）、行进控制板上的电位器（VR500和VR501）。具体为：SW100、SW200和VR500控制左边的电机，SW101、SW201和VR501控制右边的电机。自动控制小车在前进过程中，如果车头左侧遭遇障碍物时，左侧电机由前进改为后退；由VR500构成的延时电路开始计时，直至该延时电路计时时间到，左侧电机才由倒退恢复到前进状态；在倒退过程中，如果车尾左侧遭遇障碍物，左侧电机将停转，等待倒退延时电路计时时间到，左侧电机改为前进。右边电机的控制状态过程类似。自动控制小车在打开电源开关后会倒退一段时间，倒退时间的长短由板上的VR500、VR501分别所构成的延时电路延时时间决定。充电器充电电池5.0V电机驱动右车头触碰检测左行进控制右车尾触碰检测左玩具电机（1）玩具电机（2）2自动控制小车模型图自动控制小车实物图透明PC板后车轮前车轮车体（金属）触碰开关31.1部件清单序号部件名称数量备注1车体1（套）包括：车架1个、电机固定件4个、透明PC板1个；2电机23车轮1（套）2个前轮，2个后轮；4EH连接线1（套）54节AA电池盒16AA镍氢可充电池47AC/DC转换器150Hz变压器型，输出12VDC、500mA；8螺柱、螺杆、螺丝、垫片1（套）9车头触碰检测电路板1空电路板10车尾触碰检测电路板1空电路板11充电器电路板1空电路板12行进控制电路板（直插版）1空电路板13行进控制电路板（贴片版）1空电路板14电机驱动电路板1空电路板15电子元器件1（套）41.2接线图自动控制小车系统接线图二、电路板焊接2.1元器件规范序号标号器件类型备注1R***电阻2C***非电解电容3E***电解电容包括钽电解和铝电解；4L***电感或磁珠5U***集成电路6J***连接器7JT***晶体58FU***保险丝9D***二极管10Q***开关管包括三极管、场效应管等11T***变压器或测试点12FM***光学点电路板机器焊接用的基准光学点13MH***机械定位孔2.2部分封装说明AXIAL-350R：通用1/4W直插电阻；AXIAL-400R：通用1/4W直插电阻；AXIAL-400DS：通用二极管，如1N4001；TO-92B：通用直插三极管，如C9013；