传感器课程设计实验报告.doc

河北科技大学课程设计报告姓名： 学号： 专业班级： 课程名称： 指导教师： 学年学期： 年 月课程设计成绩评定表学生姓名学 号成绩专业班级起止时间2011.11.252011.12.6设计题目追逐光源的小车指导教师评语指导教师： 年 月 日目录一、 设计目的1二、 摘要1三、 正文11. 设计题目12. 电路原理图13. 电路原理说明24. 电路组成说明25. 元器件明细表46. 制作加工元器件57. 焊接电路68. 调整与测试79. 实物图7四、 心得体会8五、 参考资料13一、课程设计目的1.通过解决相关实际问题，以巩固、加深对常用传感器的认识和相关知识的理解，提高综合运用课程知识的能力。2.熟悉相关电子元器件和电路特性，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图等，提高自主创新能力。3.通过实际电路方案的分析比较，设计计算，元件选择，焊接安装，调试等环节，初步掌握简单传感器电路的分析方法和工程设计方法。4.掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会简单传感器控制电路的实验调试和整机指标测试方法，提高独立动手能力。能在教师指导下，完成课题任务。5.培养严肃认真的工作作风和严谨科学态度。通过课程设计实践，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下的基础。6.培养根据课题需要选学参考书籍、查阅手册图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题。7.了解与课程有关的电子电路以及元器件技术规范，按课程设计任务书的要求编写设计说明书。提高自己的动手能力，培养严肃、认真的工作作风和科学态度。二、 概述本实验在电路中使用了2个光敏元器件来做小车的视觉传感器。根据光敏二极管见光导通的特性，它们用来感受光的强弱变化。同时用晶体三极管来对光敏传感器的输出信号做出反应，利用晶体三极管的输出电流来驱动电动机，使小车转向有光源的方向。关键字：视觉传感器 光敏传感器 追光电路可调电阻器 光敏元件 光敏二极管三、正文1.设计题目：追逐光源的小车2.电路原理图如图1所示，追光小车是利用两个光敏传感器（光敏二极管）受光照射时，使其电阻变小，电路导通，让反方向电机转动。+3V左边右边PT-L左边R2100LED1VT2 8050R1 100VT1 8050RP1 10kVT38050RP2 10kPT-R右边R4100LED2VT4 8050R3 100M-LM-R图1 实验设计电路图3.电路原理说明小车电路原理很简单，它使用分别位于小车左右两边的2个光电二极管PT-L和PT-R作为视觉传感器来感受外界光线。同时利用晶体三极管的开关功能对视觉传感器的感受做出反应，接通或者断开相对侧的电动机以使小车产生相应动作向光源转动或停止。4. 电路组成说明1) .视觉传感器它有左右两套相同的电路，PT-L是安装在左边的光电管，他的信号通过VT1去驱动安装在右侧的电动机M-R。可以把光电二极管看作是随光照强弱而改变电阻的可变电阻器。当光电二极管没有受到光照时，它的阻值很大，所以后续电路不能正常工作；相反，当光电二极管受到足够强度的光照时，它的阻值变小，使晶体三极管导通，产生电流，从而使电动机转动，改变小车方向。2) .电动机驱动电路小车左右两边分别装有一个电动机与晶体三极管的集电极相连，作为小车的驱动装置。位于左边的光电二极管PT-L受到光照，它的阻值变小，故有电流流过光电二极管PT-L和电阻R1，注入左边晶体管驱动电路，使晶体管驱动电路导通，电流流过右边电动机M-R，使其转动，所以小车会向左边转弯，转向它左边光源；同样，如果光源在小车右边，则光电二极管PT-R导通，电流注入右边晶体管驱动电路，是电流流过左边电动机M-L，使其转动，所以小车向右转，朝向位于右边的光源。无论小车往那边转，当它转为正对光源时，左、右两边的光电二极管都感受到光线，使2个晶体三极管驱动电路全都导通，从而使左右两边的电动机一起转动，是小车对光源前进。3) .发光指示电路发光二极管LED1、LED2只是作为指示作用，它们分别与电阻器R2、R4相串联，再分别并联到2个电动机的接线两端。当那一侧的电动机转动时，与这一侧电动机并联的发光二极管就会发光，从而指示出那一侧的光电二极管受到了光照。4) .复合晶体管驱动电路VT1VT1BEC图2 “达林顿”复合三极管如果每一侧只用一个晶体三极管作为放大电路，小车可能要有相当强的光照才会有反应。这是因为在光线较弱时，晶体管的基极没有足够的电流流过，因此晶体管不能饱和导通，所以集电极与发射极没有足够大的电流流过，因此连接在集电极回路中的电动机不能转动。所以本实验中用2个晶体三极管按照图2所示方式连接起来，将两个晶体三极管VT1和VT2“复合”为1个晶体三极管，即达林顿连接。在用达林顿方式连接的复合三极管的放大系数比单个晶体管的放大系数大了很多，是两个晶体管放大系数的乘积。如果光线没有照射到光敏二极管PT-L或者PT-R，晶体管VT1和VT3因为无基极偏压而截止，所以晶体管VT2和VT4也都截止电动机M-L和M-R中无电流通过，因此左右两个电动机都不转动，小车停止转动。如果光线照射到光敏管，使它阻值变小，故有电流流过它注入晶体管VT1的基极，即使光线比较弱，致使电流流过晶体管VT1基极的电流较小，经过VT1放大后，就有比较大的电流注入VT2的基极，使VT2可以充分导通，所以电流流过晶体管VT2和电动机，使电动机转动，从而带动小车转动。5).其他电路组成说明可调电阻器RP1和RP2分别用来调整左、右两边电路的灵敏度。它是复合晶体三极管基极下偏置电阻器，将它的阻值调高，可以使灵敏度增加，若调低阻值，则降低灵敏度。与光电二极管串联的电阻器是限制电流用的，当外界光线非常强烈时，光电二极管的阻值可能变得非常小，这支串联的电阻器可以避免太大的电流注入晶体三极管的基极。5. 元器件明细表名称型号规格数量备注光电管PT52082光电二极管（光敏二极管）发光二极管直径3mm或5mm2红、绿、黄均可电阻器100（棕黑黑黑棕）2四色环电阻器为棕黑棕金可调电阻器10k（103）2也可用50k（503）晶体三极管8050(NPN型)4非灵敏可用2个电池盒1可容纳两节5号电池电池#52电动机131型2可用其他类型电动机通用电路板61mm*71mm123孔*27孔导线少量（可省略）可省略回形针2可用粗铁丝代替热收缩管直径约5mm14mm可用黑塑料胶带或黑纸代替塑料管内径约1mm20mm可用电线外皮代替螺丝钉M3*8mm2螺丝钉直径3mm，长度8mm；两者可省略螺丝帽M32其他适量黏合剂等表1 元器件和零配件列表6. 制作加工元器件1) .制作遮光套因为光电二极管的感光灵敏度较高，容易受到外界环境的光线影响，所以要给它加上一个遮光套，使其只能收到前方的光源，从而既提高了抗干扰力，有增强了它的方向性。遮光套可以用热收缩管来将其套住，再用电烙铁加热使其固定。或者如图3所示，用黑塑料胶带缠在光电管上。将发光二极管及光电二极管的引脚弯折成如图4所示形状备用。图3图4图42) .制作电路板底盘取表1中要求电路板，按图5所示制作小车底盘。在电路板左右两边锯出4条直线，然后将锯出的2小块电路板掰掉，形成用来嵌装电动机的两个缺口。将用于固定电池盒的两只安装空的直径扩大到3mm左右，一边穿过螺丝钉来固定电池盒。或者可以不用螺丝钉固定电池盒，改用黏合剂，将电池盒粘在电路板上。图3 塑料胶带制作遮光套3) .制作电动机固定支架电动机支架可用回形针制作。将回形针掰开后，弯曲成如图6所示形状，再把它焊接在电动机外壳上。图5图64) .制作驱动轮电动机是利用电动机的轴作为前轮直接驱动的。因此，应在两个电动机的轴上分别套上一段内径1毫米左右的电线外皮，来作为防滑轮。或者可以用水笔芯上的橡胶帽套在电动机的轴上。7. 焊接电路1) .按图7所示，将各元器件插入电路板，焊好。注意光电二极管要反接，其中较短的一条引脚在电路板上的位置要靠近发光二极管。2) .注意不要把元器件的引脚剪掉，将引脚按图8所示，弯折，焊接，由于焊点较密集，应注意不能焊连。这样做可以省去用导线的麻烦，电路也不会显得太乱。图7图83) .在固定电动机时，要注意不要大力，应为回形针的焊接不太牢固，需要注意不要掰掉。4) .将电池盒用螺丝钉或黏合剂固定在电路板上。5) .为了简单，可以不要电源开关。小车是受光照才开始工作的。只要把它放在黑暗的地方，就可以使它停止追光动作。所以可以把它放到抽屉里，或者制作一个小盒子，将其放入里面。总之，只要它不见光，电动机和发光二极管就不会工作，也就不会耗电了。8. 调整与测试1) .静态调整用尖嘴钳弯曲光电二极管的引脚，使它们的受光面朝向前方，且两者之间的夹角约成90度。将小车放在桌上，调整电动机与底盘的夹角，时左右两边夹角相同，约成45度，左右两边高度应一致。2) .通电调试通电调试主要调试小车灵敏度。首先装入两节五号电池，调整可调电阻器，使左右两边电动机在相同强度光照的条件下转速相同。9. 实物图正面图片：反面图片：四、 心得体会传感器作为我们的主要课程之一，我在这次课程设计中发现自己在一点一滴的努力中对电路设计产生了浓厚的学习兴趣。课程设计是以自己动手动脑，亲手设计、制作、组装与调试的。它将基本技能训练、基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践和创新能力。课程设计的意义，不仅仅是让我们把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。作为信息时代的大学生，基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。这次传感器电路课程设计我消耗了两个星期左右的时间。我在设计过程中，虽然过程中遇到了一些小困难，但解决这些问题的过程也是对自身专业素质的一种提高与肯定。在这两个星期中，我不仅制作出了自己较为满意的作品，更重要的是将那些在课本上学到的东西运用到了实践当中，使我对电路设计方面又有了更深一层次的了解。在制作过程中，使我受益非浅。不但锻炼了我的动手能力，还提高了自己解决问题的能力。通过本次实习培养了我理论联系实际的能力，提高了我分析问题和解决问题的能力，增强了独立工作的能力。此次课程设计，还学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变等。我感觉到在做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识的理论性太强，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，并且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我了解到了很多元件的功能特性，并且对于其在电路中的作用和使用方法有了更多的认识。平时看课本时，有的问题无论如何都弄不懂，但在做完课程设计后，那些问题就基本上迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如光敏电阻二极管的特性，晶体三极管的放大特性，平时看书，这次看完后，下次就又忘了，通过动手实践使我对各个元件印象深刻。在整个过程中，查资料、确定方案、焊接制作等等，曾出现各种问题，例如元器件是到电子商城买的，去了很多次才买齐全；实验电路焊接时，由于焊点密集，曾几次将元器件焊联；更不能用导线，只能用元器件的引脚来连接等等。所以当焊接完成时，自己真是高兴的有点“得意忘形”了！一个星期的课程设计即将圆满的画上句号，回头看看，不禁感慨众多，凡事必须经过努力才能够换来成功。通过本次的课程设计，我深刻体会到了自己知识的匮乏、肤浅，自己原来所学的东西只是一个表面性的，甚至有时是理想化的，理论性的。设计一个很简单的电路，所要考虑的问题要比考试要考虑的还要多的多，它在现实中还存在的很多问题，如要考虑到它的前因后果，某些功能需要用到哪些电有要考虑它的可行性，实用性等等。设计电路提高了我们的分析问题的能力，而调试电路则使我们对所学过的知识有了一个新的认识，同时在实践中也加深了我们对理论知识的理解，更将这种理解上升到了实践的层次，锻炼了我们解决问题的能力。学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。因此，学习中应多与实际应用相联系。在今后的学习中，我们要以学习理论知识为基础，尽量多学实际应用知识。更需要特别提高动手操作、分析问题、解决问题等的能力。我们要多参加实践活动，以培养自己的综合能力，做一名合格的电子专业学生。五、 参考资料【1】传感器与检测技术 宋文旭著 高等教育出版社出版【2】模拟电子技术基础 童诗白编 高等教育出版社出版【3】电子技术基础实验及课程设计 机械工业出版社出版【4】电子设计大赛相关题目