课程设计---黑线检测系统设计

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1、题目:黑线检测系统设计一．功能要求：如果光电传感器碰到黑线，电机正转，其他情况电机不转。可以调节黑线色度触发点。二．器件选择：电烙铁一把，万用表一块，稳压电源一个，ST188，继电器一个，可变电阻一个，电阻若干，导线若干，面包板一个，电机一个。三．方案论证:1系统设计原理：要实现系统的功能要求，就必须使用三极管将传感器发出的光电流放大再通过三极管的电压放大，当电压值超过继电器的跳转电压，继电器跳转。通过用两个三极管交替导通来控制继电器的开关跳转从而实现该功能要求。当碰到黑线时，电机正转；其他情况电机不转。然后设计一个放大电路来控制继电器的开关跳转

2、，从而控制电机的工作状态。2主要元器件原理及其选择：（1）红外传感器ST188简介含一个反射模块（发光二极管）和接收模块（光敏三极管），通过发射红外信号看接收信号变化判断检测物体状态的变化A,K之间接发光二极管，CE之间接光敏三极管（二者在电路中均正接，但要串联一定的电阻值）（2）光电特性：（3）继电器（relay）的工作原理和特性：　　电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点

3、（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。四．系统的软件仿真：仿真电路：仿真方法：1.打开PROTEUS软件，在元件库中搜索所需的元器件。2.将所搜索到的元器件添加到元器件板中，再选定元件添加到电路板上，绘制成电路图。3.单击窗口左下方的运行键，观测电路运行结果

4、。仿真结果：上图是在PROTEUS环境下绘制的图。所绘制的电路图在刚开始运行时电机不转，当不断增加电位器的阻值时，也不能实现继电器开关的跳转。在调试过程中，我们发现是由于元件的参数不合要求，在修改了元件参数后，电路实现了继电器的跳转。但是在调节电位器的过程中继电器两次跳转，终于在第二次修改元件参数后实现了一次跳转。使电路的仿真结果符合了实验要求。五．系统测试与性能分析：在仿真成功之后进行了在面包板上的调试。领取到元器件后开始连接电路，连接完电路后，运行后发现电路无法工作。仔细检查电路后，发现问题的关键在于我们所使用的光电式反射传感器的自身阻值与在

5、仿真时所使用的电位器的阻值上有很大的偏差。会出现这末大的问题，都是由于对ST188的不了解。我们不得不停下手头的工作，去查阅有关于ST188的资料。在仔细了解了该元器件的主要特性之后，我们修改了一些元件的参数，在之后，我们一步一步的调试，终于实现了功能。我们了解到ST188在遇到黑线时，发光二极管发出的红外光大部分都被黑线吸收，传感器阻值很大，在遇到白线时，发光二极管发出的红外光大部分反射回去，而我们要使用的继电器的跳转电压为3V左右，所以我们必须要控制发光二极管的发光强度，从而控制传感器输出端的光电流，以达到使通过三极管放大的电压能达到继电器的

6、跳转电压。不断地调节电位器，发现电路在100—200欧姆之间效果最明显。能够非常灵敏的控制电机的工作状态，实现实验要求。在调试过程中，我们一直在为无障碍物这种状态定性，刚开始时，我们认为该状态归属于白线状态，以为在白天的光照情况下，自然光中的红外线能大量反射进入传感器。直到我们在调试过程中陷入僵局时，我们才意识到无障碍物时可能属于黑线状态。而事实证明，无障碍物时，并没有大量的红外光反射进入传感器。所以，只存在两种情况，黑线和白线状态。不存在第三种情况，无障碍物状态属于黑线状态。六．硬件实现：以上为我们焊接好的电路板，此次实验需要改进的地方很多，最

7、简单的实现方法是利用单片机控制，由于不同的颜色对红外线的反射程度不同，导致三极管的输出电压值不同，可通过调节使黑线和非黑线的输出电压值分别为单片机的低电平和高电平，从而用单片机控制电机的转动。由于时间有限，单片机的知识也不足够，没有在实践中尝试自己的新想法，敬请老师予以谅解。七.设计心得：本次课程设计我们做的是黑线检测系统设计，主要是通过ST光电红外传感器使光线照射到板上并反射，由于黑线和白纸的反系数不同，根据接收到的反射光强弱判断是否黑线，如果是黑线，继电器不导通，电机正转，如果不是黑线，继电器导通，电机停止转动。实验中我们互相配合，分工完成了

8、实验的设计，仿真，面包板模拟电路及焊接电路的环节。其中我主要负责的是电路的仿真，学习了ISIS7professional软件仿真和pro