黑线检测系统.doc

题目: 黑线检测系统设计

班级
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学生姓名
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实习时间
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2010年11月22日至12月3日

课程设计报告
————黑线检测系统
一、设计目的：
（1）练习自拟的光电传感系统。
（2）熟练掌握和运用反射式光电传感器、继电器及放大等基本电路。
二、设计内容：
设计一个利用光电传感器实现黑线检测系统。
三、设计要求：
（1）如果光电传感器碰到黑线正转。
（2）其他情况电机不转。
（3）可调节黑线色度触发点。
四、器件选择：

五、设计原理：
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。
（1）单光束反射式光电传感器ST188工作原理
反射式光电传感器主要由两部分组成：发光二极管和具有光电特性的三极管。发光二极管通电后发出的红外光经过障碍物（黑线）的反射，部分进入三极管的基极，再将红外光转化为光电流。所以，当黑线的色度越深时，即反射回来的光线越少时，产生的光电流越小，传感器的电阻就越大；反之，当黑线的色度越浅时，即反射回来的光线越多时，产生的光电流越大，传感器的电阻就越小。
特点：ST188由高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成，检测距离可调整范围大，4~10mm可用，采用非接触检测方式。

底 视 图 内 部 电 路
光电特性 Ta=25℃

（2）继电器工作原理
继电器是一种双刀开关装置，当继电器输入端的电压超过其跳转电压时，开关跳转。其具有控制元件的工作状态的作用。

    上图为直流无极继电器，当电流通过线圈时，铁芯吸动衔铁，使推杆向上移动，带动中簧片断开后接点，而与前接点闭合；当电源切断后，铁芯失磁，衔铁自行释放，使推杆下降，中簧片断开前接点，而与后接点闭合。
六、设计方案：
我们设计一个放大电路来控制继电器的开关跳转，来控制电机的工作状态。
当传感器遇到黑线时，黑线将红外线全部吸收，无光反射，左侧三极管处于截止状态，导致左侧整个电路不能正常工作，继电器打在右侧开关处，电机处于转动状态；
当传感器遇到非黑线时，非黑线将部分红外线反射到三极管B端，当B端的电压达到0.7v时，左侧三极管导通，右侧三极管也处于导通状态，右侧三极管主要是放大电流的作用，当右侧电阻分压达到3v时，继电器打到左侧开关，电机停止转动。
最左侧的滑动变阻器有两个作用，一是保护传感器的发光二极管，二是可以通过调节电阻值来调整通过发光二极管的电流值，进而可以调节三极管接收到的电流值的大小，实现本实验要求的第三项。

设计电路如下：

七、实验步骤：
根据实验要求以及元器件设计合理的原理图，并在计算机上进行仿真，期间通过实验调试各个元件的型号以及大小；
在面包板上严格按照仿真图进行实物连接并实验，完成理论到实践的转换；然后在电路板上进行最后的焊接工作，此时，应注意以下问题：
（1）反射式光电传感器由一个二极管和三极管组成,应该会区分各自的管脚与极性，二极管脚长的一端为正极,另一端为负极,正极对应的三极管管脚为E极,另一端为C极。
（2）本次实验所用的三极管为NPN型，正对圆弧的一面，管脚向下依次是C，B，E极。
（3）分清继电器的输入端和输出端：继电器为二端输入三端输出器件，两端输入对应实物三只管脚一边的外面两只，中间的一只为输出端，两只管脚的一面分别为输出的常闭段和常开端。
电路焊接好以后，通过控制滑动变阻器的大小，调节黑线色度触发点。
八、课程设计总结

这次课程设计我们组做的是黑线检测系统，在做课程设计之前，我们几乎不知道黑线是什么概念，所以首先要做的是查阅资料，了解反射式光电传感器ST188的原理和使用方法，以及继电器的工作原理，学习了ISIS 7 professional软件仿真和protel软件仿真，成功实现了电路的仿真，仿真成功之后先在面包板上调试，调试成功再焊接电路。
对于黑线系统，现在有了一些了解。该系统是智能系统很重要的环节。例如机器人小车的移动，就是利用到该系统才能实现。当然，我们现在所知道的只是很肤浅的东西，要学习的还很多。通过这次课程设计，让我们对这方面的知识有了概念上的认识。也能发现我们自身的不足，就是在实际操作中经常出现失误，不能很好的将理论与实践相联系。刚开始时，不太会使用仿真软件，不知道如何找元器件。通过上网查阅相关资料，逐步学会了使用该软件的一些基本方法。对于ST188 这个元件，我们通过上网找资料，和同学互相交流，了解更多有关传感器的信息。在讨论中，要学习如何与队友合作，要学会分工。这样才能更好的完成任务。在刚开始时，由于分工不明确，进行的很混乱，分工明确之后，队员知道自己该干什么，效率也就提高了。
实验结束了，其中遇到了不少问题，电路的实现从设计到建模再到实际连接都遇到了不少问题，经过小队的齐心协力，最终迎刃而解。本次实验也让我们看到了传感器对于我们专业自身的重要性以及其发展前景，对我们来说有重要意义。
通过这次的课程设计，我们真正的体会到团队精神的力量以及团队精神的可贵，再者就是实验要自己动手动脑，理论与实际相结合，不断的反复寻找我们自身的不足，才能巩固所学的专业知识，使我们这次课程设计顺利完成。

九、个人心得：
本次实验我们做的是黑线检测，它的主要原理是通过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，电阻发生变化。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ISIS 7 professional软件仿真和protel软件仿真，成功实现了电路的仿真。
实验中，我们从一开始的一筹莫展，到讨论电路图，查找资料，焊接电路，反复调试，最后实现系统功能，刚开始在面包板上弄了很久也没有实现，最后经过不断检查电路调节滑动变阻器才实现的。我感受到了合作和自学的重要性，四个人一起讨论研究电路，出现问题一起检查解决，不仅可以交流经验学习知识，还增进了同学间的情谊，进一步锻炼了自己的交际说话能力。同时，我们自己查找资料，研究问题，提高了自己独立思考和解决问题的能力。
这次黑线检测实验中，我们分工明确，刚开始先是查阅相关资料，查阅我们实验中需要的相关器件用法及原理，然后设计出电路，后来我主要负责电路板的焊接工作。通过此次的实验，让我对焊接有了进一步的掌握。我们先在在面包板上实现后，然后在电板上合理布置，再用导线连接。再此，我从中得到一些教训，焊接前若担心电路布置有问题，可先将导线与器件管脚进行缠绕式连接，然后对电路进行实验，若成功即可进行焊接工作，否则应对应面包板检查电路的布置以及器件正常等问题。焊接成功后，用万用表对电路中各个器件进行测量，分析，作为本次实验小组的组长，我深刻体会到团队合作的重要，我对大家辛勤劳作默契配合的合作精神深感欣慰，希望继续保持和发扬。
这次的课程设计我们做的是黑线检测系统，实验前听说这个题目曾今是全国电子设计大赛的题目，让我感觉到有些困难，但是实际上这只是其中的一部分，并没有想像的那么困难。
刚开始的几天，大家分头行动，有的去图书馆查资料，有的在实验室利用网络了解，初步了解了ST188、LM324、继电器等的工作原理，并且开始尝试在PROTEUS上仿真电路。第一周周三的早晨，我们完成了电路的设计，并去领取了器件，但是听老师说设计不用到比较器也可以完成，这可急坏了我们，看着其他几个题目的小组有的开始在面包板上连接电路，有的开始在万能板上连接电路，而我们的电路还没有设计好，这个时候组长协调我们不要着急，继续查阅资料，设计电路，并且和其他小组讨论，最后在星期五的早晨完成电路设计并在面包板上连接好了电路。
第二周周一的早晨，我们成功的在面包板上实现了电路，那个时候大家都很开心，但是这其中让我了解到，我们需要细心，仅仅因为一个电阻接错了，使得整个电路不能完成其功能。不过有了前面的经验，使得我们焊接过程中非常小心，非常顺利，一次就成功了。
总的来说这次课程设计非常顺利，我认为团队协作非常重要，而且有一个好的组长指挥领导也非常重要，虽然说刚开始困难很多，但是大家都很认真的对待这次的实习，合作也非常愉快。这次实习也让我对传感器的应用和一些元器件有了进一步了解，并且初步学习了一个硬件电路的总体设计、实现过程。

十、参考文献：
（1）《传感器与传感器技术》 科学出版社 何道清 2006年
（2）《电子技术基础 模拟部分》 高等教育出版社 康华光 2004年