學(xué)生科研基金項(xiàng)目中期檢查報(bào)告書

1、 學(xué)生科研基金項(xiàng)目中期檢查報(bào)告書項(xiàng) 目 類 別： 理工醫(yī)（含體育）一般項(xiàng)目 項(xiàng) 目 名 稱： 智能巡線車運(yùn)動控制系統(tǒng)的研究與制作 項(xiàng) 目 編 號： 批 準(zhǔn) 日 期： 負(fù)責(zé)人姓名： 分院 、班級： 理工分院、機(jī)械 報(bào) 告 日 期： 2019年5月6日 階 段 成 果論文或研究報(bào)告（篇）等：著作（部）：階段性成果(成果形式為研究報(bào)告者填使用單位)序號成果名稱成果形式作 者刊物、年期（出版社和出版日期或使用單位）研究工作進(jìn)展情況（研究計(jì)劃實(shí)施情況，存在的問題，能否按時(shí)完成等）一、計(jì)劃實(shí)施情況實(shí)驗(yàn)時(shí)間：1月11日17日本周目標(biāo)：認(rèn)識各個(gè)型號Arduino主控板并選擇適合此次實(shí)驗(yàn)的主控板具體內(nèi)容：通過百

2、度與淘寶賣家的溝通，初步認(rèn)識各個(gè)型號的主控板優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)如下，最后選擇了Arduino MEGA2560作為我們的主控板，因?yàn)楦鱾€(gè)工作區(qū)的外接插口較多擁有54路輸出接口，可插入許多傳感器，其次儲存顆粒（EEPROM）較大，可以儲存上萬條語句，最重要的一點(diǎn)是支持的函數(shù)庫數(shù)據(jù)是最多的，并且晶振規(guī)格較高，可精確計(jì)時(shí)，在Arduino系列里算是高配置的主控板，也會對于未來省去不少的麻煩。以下是MEGA2560板（右）與Duemilanove板（左）的對比：實(shí)驗(yàn)時(shí)間：1月1719日本周目標(biāo)：認(rèn)識了解小車動力系統(tǒng)的構(gòu)造并搭建。具體內(nèi)容：我們這周從百度上了解到許多小車動力系統(tǒng)的方案，最后決定將電機(jī)電源與主控

3、板電源分開供電（也可以采用主控板前加入降壓裝置，但是為了防止電池輸出電流過大而引起發(fā)熱且需要一定的接線技巧否則接線處容易斷開所以摒棄這一想法），原因是電機(jī)的額定電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于主控板電壓，為防止燒壞主控板而設(shè)計(jì)；主控板采用松下的9V電池，電機(jī)用的是12V航模電池初步搭建小車圖片如下：實(shí)驗(yàn)時(shí)間：1月192月28日實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：學(xué)習(xí)Arduino的編程語言，認(rèn)識了解Arduino主控板各個(gè)工作區(qū)的工作原理，并寫出一個(gè)延時(shí)閃燈程序在Arduino板中運(yùn)行，了解學(xué)習(xí)各種驅(qū)動模塊如何工作以及工作范圍并選擇適合我們的一個(gè)驅(qū)動模塊，認(rèn)識了解常用的傳感器。具體內(nèi)容：我們通過購買Arduino編程從零開始等書籍及從百度

4、文庫上收集Arduino編程資料并進(jìn)行學(xué)習(xí)，并初步了解各種市面上的驅(qū)動模塊芯片，最后選擇了搭載L298芯片的L298N驅(qū)動模塊，由于L298N模塊體積較??；可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和調(diào)速；啟動性能好，啟動轉(zhuǎn)矩大，輸出電流穩(wěn)定；擁有專門的H橋散熱構(gòu)件；可同時(shí)驅(qū)動兩臺電機(jī)等優(yōu)點(diǎn)最后決定采用L298N模塊來用做小車的動力系統(tǒng)中。以下是L298N模塊原理圖：實(shí)驗(yàn)時(shí)間：3月29日實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：讓小車動起來。具體內(nèi)容：我們將購買好的L298N模塊安裝于小車上并與Arduino主控板接線燒錄好程序進(jìn)行第一次測試，程序原理是使用2560主控板33、34、35、36、2、3模擬輸入引腳接入L298N模塊的IN1、IN2、

5、IN3、IN4、ENA、ENB針腳口，數(shù)字接口負(fù)責(zé)輸出高低電平再經(jīng)L298N放大后再控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，去掉EN上的跳帽（接上跳帽，驅(qū)動板輸出全速；去掉跳帽，可實(shí)現(xiàn)精確控制速度）主控板的PWM接口接入通道A使能（ENA）引腳將9400波特率的PWM信號輸入至L298N模塊來進(jìn)行控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，將所有準(zhǔn)備工作做好后，燒錄程序成功后小車動不了，隨后我們排除了程序與接線的問題，小車依舊運(yùn)作不了。實(shí)驗(yàn)時(shí)間：3月9日23日實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：查出問題所在，讓小車動起來。我們通過兩周的時(shí)間查詢資料，排除原因最后發(fā)現(xiàn)是因?yàn)橹骺匕搴蚅298N模塊的電池不同，電勢的零勢能面選取不一，只需要將主控板的GND接口與電池負(fù)極相

6、連即可解決問題。本次實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，由于每個(gè)電機(jī)的電刷不同，轉(zhuǎn)子繞銅線匝數(shù)不同，所獲得的磁場能量不同會產(chǎn)生一定的速度差，導(dǎo)致小車行走不穩(wěn)定，走不成一條直線；速度越快越不穩(wěn)定且行駛越是弧線。實(shí)驗(yàn)時(shí)間：3月23日30日實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：解決四個(gè)電機(jī)所產(chǎn)生的的速度差，制作一個(gè)獨(dú)立四輪驅(qū)動小車以解決行駛不穩(wěn)。具體內(nèi)容：我們將兩個(gè)L298N模塊并聯(lián)一起，由同一個(gè)電源進(jìn)行供電，這樣就可以做出獨(dú)立四驅(qū)的效果，來解決小車快速行走不穩(wěn)定的問題。實(shí)物圖如下：實(shí)驗(yàn)時(shí)間：4月1日9日實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：學(xué)習(xí)巡線所需的傳感器并分析各類的優(yōu)缺點(diǎn)。具體內(nèi)容：我們決定先運(yùn)行圓角軌道再運(yùn)行120度角的軌道，所以用了近兩周的時(shí)間，了解了各種型號的灰度

7、傳感器和紅外傳感器，總結(jié)了各種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)：1、灰度傳感器利用光敏電阻對不同顏色的檢測面對光的反射程度不同引起阻值變化，但容易受到外界光的干擾并且價(jià)格較高(影響較大，控制要求高)。2、激光傳感器利用激光對目標(biāo)的距離進(jìn)行準(zhǔn)確測定，精度比較好，但價(jià)格十分昂貴，而且體積過大巡線一般用不到那么精密。3、紅外傳感器，是最常見的一種，價(jià)格較為低廉，容易受到日光或者其他相近波長光源的干擾（抗干擾能力遠(yuǎn)優(yōu)于灰度傳感器）。 紅外傳感器 灰度傳感器 激光傳感器 所以綜上所述我們決定采用紅外穿感器，并設(shè)計(jì)給小車先用于三個(gè)傳感頭進(jìn)行巡線測試，分別檢測小車的左中右三個(gè)區(qū)域。實(shí)驗(yàn)時(shí)間：4月10日25日實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：先以圓滑

8、的弧形軌道巡線。具體內(nèi)容：本周我們將三個(gè)尋跡頭安裝在小車上并寫好相應(yīng)的程序進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)的主要問題有：1、 三個(gè)尋跡頭間距較大時(shí)，當(dāng)小車速度較快時(shí)轉(zhuǎn)彎容易跑出軌道，小車速度較慢時(shí)，轉(zhuǎn)彎效果還是容易跑出軌道。2、 三個(gè)尋跡頭間距適中及較小時(shí)，小車無論速度快慢，過彎總是一走一停的，整體十分不穩(wěn)定。 圖一 圖二實(shí)驗(yàn)時(shí)間：4月26日5月5日實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：減少過彎處的卡殼現(xiàn)象。具體內(nèi)容：我們?yōu)榱烁倪M(jìn)上周出現(xiàn)的問題，通過采用增加紅外巡線傳感器、改進(jìn)算法、增大每個(gè)紅外巡線傳感器之間距離的方法，用6個(gè)紅外巡線傳感器相互協(xié)作的方式來檢測小車軌道。使得小車無論速度大小，過彎都十分連貫，雖然有時(shí)還會出現(xiàn)卡殼現(xiàn)象但比上周

9、總體效果好很多。實(shí)物圖如圖二：二、存在問題匯總1、主控板額定電壓與電機(jī)額定電壓不同無法選擇同一個(gè)供電源。（已解決）2、程序合適，接線合適，電源合適但是L298N電機(jī)驅(qū)動模塊不工作。（已解決）3、四個(gè)電機(jī)，各個(gè)轉(zhuǎn)速不同，行駛不出一條直線。（已解決）4、車輛行駛過程中出現(xiàn)抖動。（已解決）5、小車過圓角不夠順滑，總是停停走走的。（已解決，待優(yōu)化）6、小車慣性太大，無法及時(shí)停止，進(jìn)入急轉(zhuǎn)彎容易出彎。（未解決）7、小車對于表面稍微粗糙的黑線反應(yīng)不是很靈敏。（未解決）三、科研計(jì)劃安排原計(jì)劃： 2019年1月2019年2月，查找并搜集有關(guān)該課程設(shè)計(jì)的資料，完成開題報(bào)告。 2019年2月2019年3月，通過查

10、找到的資料，對單片機(jī)進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究，掌握其工作原理 2019年3月2019年5月，學(xué)習(xí)并掌握單片機(jī)編程，在模擬器上進(jìn)行調(diào)試及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。 2019年5月2019年7月，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行組裝并焊接電路板小車主體框架，然后運(yùn)行編寫完的語言，進(jìn)行實(shí)物調(diào)試。 2019年7月2019年8月，研究并討論相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 2019年8月2019年9月，撰寫論文并做好結(jié)尾工作?，F(xiàn)計(jì)劃：2019年5月2019年6月，研究新的減速程序算法，并完成未解決的問題。2019年6月2019年6月25日，完成原計(jì)劃巡線圖。2019年暑假（6月9月），如果完成巡線圖，進(jìn)行BTN7971b芯片的數(shù)據(jù)收集以及研究使用，此芯片使用占空比的方法來調(diào)節(jié)速度，對于L298芯片擁有精度高散熱小的壓倒性優(yōu)勢。 如果未完成巡線圖則繼續(xù)完成。2019年9月2019年10月，使用載有BTN7971b的驅(qū)動模塊，并深入探究麥克納姆輪行駛原理，行駛算法，最后安裝在小車上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2019年10月，做好科研結(jié)尾工作。項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)支出情況：項(xiàng)目*數(shù)量費(fèi)用（元）電機(jī)*4200電機(jī)支架*411.2鐵質(zhì)聯(lián)軸器*411.2Ardunio MEGA2560控制板*17016mm橡膠輪*424金屬底盤*280L298N*222杜邦線若干20螺絲螺母銅柱若干206mm、3mm十字螺絲刀*193mm一