循迹竞速小车

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y

课程设计说明书（论文）

课程名称：电子技术基础课程设计

设计题目：循迹竞速电动车设计

院系：电气学院

班级：1306152

设计者：

学号：

指导教师：**

设计时间：2015.12.18

哈尔滨工业大学

哈尔滨工业大学课程设计任务书

循迹竞速电动车设计

一、设计目的

1.熟练掌握数字电路课程中常用芯片的使用方法；

2.掌握控制逻辑电路的设计和电路调试技能；

3.了解并掌握直流小电机的PWM控制思想。

二、设计要求

1.小车从出发点开始，必须预定沿轨迹运动。到达终点线时小车自行后退。完成

时间按小车从出发点到到达终点线所用时间计。每个小组的小车要按上述要求

跑完全程，小车跑动期间不能人为干预小车运动，直至小车到达终点线并一直

后退。

2.三人一组，协同工作。

三、设计方案

图1 设计方案模块组成部分图

1、轨道监测模块

轨道监测模块主要由两个一路循迹传感器组成，它们分别用来监测左右的白线和黑线，当检测到黑线时，输出为低电平，检测到白线时，输出为高电平，

当车向左偏离轨道时，右传感器监测到黑线，输出为低电平；当车向右偏离轨

道时，左传感器监测到黑线，输出为低电平；

图2一路循迹传感器

图3 一路循迹传感器功能图

图4 一路循迹传感器电路图

2、电机驱动模块

电机驱动采用PWM控制电机转速，输入信号控制正反转；用到的芯片为L293B。此驱动模块可同时驱动两个电机，其中2,7,10,15管脚为输入端，3,6,11,14管脚为输出端。当2管脚输入高电平时，7管脚输入低电平。此时3管脚输出高电平，6管脚输出低电平，3,6管脚所连接的电机正转，电机反转同理可得。

图5 电机驱动模块引脚图

3、电源模块

该模块是由两节锂电池（8V）和LM7805三端集成稳压电路构成。其中稳压电路实现的功能是输出稳定的五伏电压，为整个数字电路提供5V的数字电路电压，电机驱动则直接接两节锂电池的8V电压。

图6 LM7805实物图

图7 7805三端集成稳压电路图

4、控制模块

控制策略：

控制模块输入为两个红外循迹传感器，输出端则可根据小车控制策略不同有两种方案：

1.通过车轮速度差实现方向控制：输出端接比较器的输入，输出到比

较器的值可以改变比较器的输出脉宽，进而调节左右轮电机的速度。

2.通过电机正反转实现方向控制：输出的Ldir与Rdir可以作为电机

驱动芯片的输入。

我们采用第二种方案，即控制正反转来控制电机的转向从而控制小车的转向；

控制模块组成：

由NE555定时器连成的多谐振荡器和74LS14施密特触发器构成的控制板时钟，时钟的周期和占空比可通过改变多谐振荡器上的滑动变阻器的电阻来实现；

图8 控制板时钟电路图

在74LS14的后面接一个74LS163计数器，并将74LS163计数器的输出与74LS85比较器相连，通过调节74LS85的输入端1，9，11，14的电平可改变输出方波的占空比，这样就构成一个PWM发生电路；比较器是74LS85，由于本次设计实验选择的方案是通过电机正反转实现方向的控制，电机左右轮的转速始终相同，所以选择相同的PWM信号，因此只需要一个74LS85芯片。芯片的A0~A3输入口分别接计数器Q0~Q3输出口，而B0~B3输入口分别接高电平或低电平。本次设计实验设定的初值为B3B2B1B0=0111，可调节以改变转速。

而芯片的P(A

图9 PWM电路图

图10 控制模块总电路图

注：上图中，由于我们才用的是控制正反转方式控制转向，所以用同一个PWM 端，所以只用到了一个74LS85，与上图有些不同。

5、逻辑控制模块

使用车轮正反转控制小车方向，转速设为恒定值，在小车到达终点时检测到长黑线时一直后退，即到达终点后不再循迹。可使用D触发器作为小车目前状态的寄存器。相当于控制板输入多了一个输入变量，即触发器的输出状态值。根据所要实现的

__ __ 功能列出真值表，画出卡诺图，由卡诺图化简出逻辑式。得到逻辑式为 Rdir=Q+SR , Ldir=Q+SL 然后，根据逻辑式设计出逻辑电路图。此逻辑电路包

含D 触发器和或门与门非门组成，有两个输入端和两个输出端，还有一个时

钟，此时钟可接控制板时钟。其中两个输入端为传感器的输出端，两个输出

端接电机驱动的输入端，实现对电机转速的控制；

首先要对D 触发器进行清零处理，通过将CLR 接低电平；然后将CLR

置高电平；由逻辑图可知当SL 和RL 同时为0（到达终点）后，Q 为1，输

出Ldir 和Rdir 一直为1，不再随SL 和SR 变化，满足设计要求；

图11 逻辑电路的真值表

图12 D 触发器的内部结构图

图13 D触发器的功能图

D c SL Ldir CLK Q

A

74HC74

CLR

SR Rdir

PR

图14 逻辑电路图

四、调试与验收

图15 电路搭建实物图