创新教育|工训案例：升级版智能循迹小车（二）避障模块

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发布时间：2020-04-18
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【概要描述】　　上期小梦主要分享了升级版智能循迹小车的系统设计方案，本期我们将完成主要功能模块之一——避障模块的电路设计、制作。
　　一、光电避障模块的电路设计

　　01光电避障的实现原理
　　智能循迹小车采用两轮驱动，左右两边各用一个红外线光电开关，调制两个前面两个轮子的转速从而达到控制转向的目的，后轮是万向轮，起支撑的作用。在车体左右分别加装一个红外线光电开关，左边的光电开关检测到障碍物时，主控芯片控制右轮电机减速，车向右修正;右边传感器检测到障碍物时，主控芯片控制左轮电机减速，车向左修正，从而避开障碍物。知识点

　　红外线光电开关工作原理

　　红外线光电开关主要利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可检测。

　　根据检测方式的不同，红外线光电开关可分为四种：漫反射式光电开关、镜反射式光电开关、对射式光电开关、槽式光电开关。

　　

　　漫反射式光电开关工作原理图

　　

　　镜反射式开关工作原理图

　　

　　对射式光电开关工作原理图

　　槽式开关工作原理图

　　本次设计所使用的光电开关E3F-DS30C4(如下图)为常开型红外线漫反射式光电开关。

　　

　　E3F-DS30C4红外线漫反射式光电开关

　　02光电避障的电路设计

　　E3F-DS30C4光电开关包含三个引脚：1引脚为红色，接电源;2引脚为黑色，接地;3引脚为黄色，接输出端。输出端接单片机时加一个1K上拉电阻，使电路更加稳定。下图所示为E3F-DS30C4电路连接图。

　　　光电开关电路连接图

　　由于单片机I/O口驱动能力弱，不能直接连接直流电机，故需要驱动芯片进行驱动。该设计采用的是基于L298N的电路连接方式，L298N内部包含4通道逻辑驱动电路。L298N是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含两个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。

　　

　光电开关避障电机驱动电路原理图

　　L298N的逻辑功能如下表所示：

　　光电开关避障L298N逻辑功能表

　　

　　二、光电避障模块的电路制作

　　电路设计完成后，下面就进入实际制作过程啦~

　　

　　(一) 液态金属电子电路打印

　　我们使用梦之墨DREAM S1液态金属电子电路打印机完成电路打印：打开软件连接软件与设备通信、载入图纸并进行调试、调试完成后放入打印基材，按下开始键，线路板立等可取✌。

　　

　　(二) 液态金属电子电路板工艺处理

　　1热处理为使导电材料在基材上具备更佳的附着力，首先要对打印完成的线路板进行热处理，热烘箱达到指定温度后将电路板水平放入即可。

　　

热处理前后示意图

　　2贴合

　　此次小车使用电路板为硬性板，因此需要将打印出来的基础电路贴合在硬板之上。

　　3打孔避障模块电路采用背面安装元器件模式，使用打孔机，调整转速转速至40000r/min。依据电路原理图进行打孔。

　　(三) 电子电路板贴片焊接

　　贴片元件焊接流程依次为，加高焊盘→元件预处理→贴片→补焊，焊接时低温烙铁温度均设置为72℃。

　　三、光电避障模块电路的测试

　　1、目检电子电路线路是否短路。

　　2、使用万用表检测电子电路长线路是否断路。

　　3、使用万用表检测芯片相邻引脚是否短路。

　　4、检验电路功能性。

　　5、直插件插接到底，且元件本体不可移动。

　　功能测试完成后，避障模块就完成了~铛铛铛铛

　　

　　未完待续~

　　还有更多精彩内容等着你!

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创新教育|工训案例：升级版智能循迹小车（二）避障模块

【概要描述】　　上期小梦主要分享了升级版智能循迹小车的系统设计方案，本期我们将完成主要功能模块之一——避障模块的电路设计、制作。
　　一、光电避障模块的电路设计

　　01光电避障的实现原理
　　智能循迹小车采用两轮驱动，左右两边各用一个红外线光电开关，调制两个前面两个轮子的转速从而达到控制转向的目的，后轮是万向轮，起支撑的作用。在车体左右分别加装一个红外线光电开关，左边的光电开关检测到障碍物时，主控芯片控制右轮电机减速，车向右修正;右边传感器检测到障碍物时，主控芯片控制左轮电机减速，车向左修正，从而避开障碍物。知识点

　　红外线光电开关工作原理

　　红外线光电开关主要利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可检测。

　　根据检测方式的不同，红外线光电开关可分为四种：漫反射式光电开关、镜反射式光电开关、对射式光电开关、槽式光电开关。

　　

　　漫反射式光电开关工作原理图

　　

　　镜反射式开关工作原理图

　　

　　对射式光电开关工作原理图

　　槽式开关工作原理图

　　本次设计所使用的光电开关E3F-DS30C4(如下图)为常开型红外线漫反射式光电开关。

　　

　　E3F-DS30C4红外线漫反射式光电开关

　　02光电避障的电路设计

　　E3F-DS30C4光电开关包含三个引脚：1引脚为红色，接电源;2引脚为黑色，接地;3引脚为黄色，接输出端。输出端接单片机时加一个1K上拉电阻，使电路更加稳定。下图所示为E3F-DS30C4电路连接图。

　　　光电开关电路连接图

　　由于单片机I/O口驱动能力弱，不能直接连接直流电机，故需要驱动芯片进行驱动。该设计采用的是基于L298N的电路连接方式，L298N内部包含4通道逻辑驱动电路。L298N是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含两个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。

　　

　光电开关避障电机驱动电路原理图

　　L298N的逻辑功能如下表所示：

　　光电开关避障L298N逻辑功能表

　　

　　二、光电避障模块的电路制作

　　电路设计完成后，下面就进入实际制作过程啦~

　　

　　(一) 液态金属电子电路打印

　　我们使用梦之墨DREAM S1液态金属电子电路打印机完成电路打印：打开软件连接软件与设备通信、载入图纸并进行调试、调试完成后放入打印基材，按下开始键，线路板立等可取✌。

　　

　　(二) 液态金属电子电路板工艺处理

　　1热处理为使导电材料在基材上具备更佳的附着力，首先要对打印完成的线路板进行热处理，热烘箱达到指定温度后将电路板水平放入即可。

　　

热处理前后示意图

　　2贴合

　　此次小车使用电路板为硬性板，因此需要将打印出来的基础电路贴合在硬板之上。

　　3打孔避障模块电路采用背面安装元器件模式，使用打孔机，调整转速转速至40000r/min。依据电路原理图进行打孔。

　　(三) 电子电路板贴片焊接

　　贴片元件焊接流程依次为，加高焊盘→元件预处理→贴片→补焊，焊接时低温烙铁温度均设置为72℃。

　　三、光电避障模块电路的测试

　　1、目检电子电路线路是否短路。

　　2、使用万用表检测电子电路长线路是否断路。

　　3、使用万用表检测芯片相邻引脚是否短路。

　　4、检验电路功能性。

　　5、直插件插接到底，且元件本体不可移动。

　　功能测试完成后，避障模块就完成了~铛铛铛铛

　　

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发布时间：2020-04-18

　　上期小梦主要分享了升级版智能循迹小车的系统设计方案，本期我们将完成主要功能模块之一——避障模块的电路设计、制作。

　　一、光电避障模块的电路设计

　　01光电避障的实现原理

　　智能循迹小车采用两轮驱动，左右两边各用一个红外线光电开关，调制两个前面两个轮子的转速从而达到控制转向的目的，后轮是万向轮，起支撑的作用。在车体左右分别加装一个红外线光电开关，左边的光电开关检测到障碍物时，主控芯片控制右轮电机减速，车向右修正;右边传感器检测到障碍物时，主控芯片控制左轮电机减速，车向左修正，从而避开障碍物。知识点

　　红外线光电开关工作原理

　　红外线光电开关主要利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可检测。

　　根据检测方式的不同，红外线光电开关可分为四种：漫反射式光电开关、镜反射式光电开关、对射式光电开关、槽式光电开关。

　　漫反射式光电开关工作原理图

　　镜反射式开关工作原理图

　　对射式光电开关工作原理图

　　槽式开关工作原理图

　　本次设计所使用的光电开关E3F-DS30C4(如下图)为常开型红外线漫反射式光电开关。

　　E3F-DS30C4红外线漫反射式光电开关

　　02光电避障的电路设计

　　E3F-DS30C4光电开关包含三个引脚：1引脚为红色，接电源;2引脚为黑色，接地;3引脚为黄色，接输出端。输出端接单片机时加一个1K上拉电阻，使电路更加稳定。下图所示为E3F-DS30C4电路连接图。

　　　光电开关电路连接图

　　由于单片机I/O口驱动能力弱，不能直接连接直流电机，故需要驱动芯片进行驱动。该设计采用的是基于L298N的电路连接方式，L298N内部包含4通道逻辑驱动电路。L298N是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含两个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。