一種智能模型車的電機測速裝置的製作方法

2023-12-11 21:24:52

專利名稱：一種智能模型車的電機測速裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及智能模型車監測領域，特別涉及一種智能模型車的電機 測速裝置。
背景技術：
全國大學生智能汽車比賽是經全國高等教育司研究，委託高等學校自動 化專業教學指導分委會主辦的，旨在培養創新精神、協作精神，提高工程實 踐能力的科技活動。
比賽要求在組委會提供統一智能車競賽車模、單片機HCS12開發板、開 發軟體Code Warrior和在線調試工具的基礎上製作一個能夠自主識別路線的 智能車，它將在專門設計的跑道上自動識別道路行駛。中心目標是不違反大 賽規則的情況下以最短時間完成單圈賽道。
為了在比賽中取得優異的成績，對智能車的速度進行檢測和控制就顯得 尤為重要。速度檢測是速度控制的基礎，因此測速不僅要求精確，而且要求 測速電路簡單，所使用的元器件較少，成本低下。
發明內容
本實用新型的目的在於提供一種智能模型車的電機測速裝置，它測速精 確，電路簡單，使用元器件少，成本低。
為了達到上述目的，本實用新型採用以下技術方案予以實現 一種智能 模型車的電機測速裝置，包括信號採集單元和信號處理單元，其特徵在於，所述信號處理單元包含設置在智能模型車底盤上的電路板，設置在電路板 上的單片機和施密特觸發器；所述信號採集單元包含安裝在智能模型車電 機輸出軸上的齒輪盤和槽形光電傳感器，所述槽形光電傳感器設置在電路板 上；所述齒輪盤的輪齒非接觸嵌入槽形光電傳感器的凹槽內，所述槽形光電 傳感器的輸出信號經施密特觸發器整形為脈衝信號後輸入單片機計數，並計 算智能模型車車速。
本使用新型的進一步特點在於
所述槽形光電傳感器為歐姆龍光電傳感器EE-SX1101。 所述施密特觸發器由555定時器構成。 所述單片機為HCS12系列單片機。
本實用新型智能模型車的電機測速裝置採用槽型光電傳感器和齒輪盤來 採集車速信息，將齒輪盤隨電機的轉動信號轉化為近似的正弦波信號，具有 測量準確，精度高的優點；同時使用施密特觸發器電路將正弦波信號整形為 脈衝信號供給單片機的輸入捕捉引腳，電路簡單，轉換效率高。因此，它測 速精確，電路簡單，使用元器件少，成本低。


圖1為槽形光電傳感器的示意圖； 圖2為齒輪盤示意圖3為測速裝置安裝示意圖； 圖4為測速裝置的電路原理圖5為測速裝置的波形檢測圖。
具體實施方式

參照圖1，槽型光電傳感器是一種中間帶有凹槽的傳感器，中間槽的寬度
為2mm，槽深3mm，紅外光由傳感器的發射端發往接收端。引腳1為傳感器發 射端的電源輸入端，引腳2為發射端的地信號端，引腳3為接收端的電源信 號端，引腳4為接收端的輸出端0UT。
參照圖2，齒輪盤是具有均勻分布齒槽的圓盤，採用PCB制板製成。根據 測速精度的需要，選擇合適的齒輪個數，用AutoCAD繪製，然後將繪製的圖 在Protel中轉化為.PCB的格式，直接制板即可。在制板時根據槽型光電傳感 器中間槽的寬度及深度，選擇較薄的材料，且不用覆銅，這樣既可以滿足精 度的需要，又可以降低成本。
參照圖3，在模型車的底盤①上設有驅動用電機⑤和連接兩個後輪④的後 軸(D，後軸③的右側固定有差速器的大齒輪②；電機⑤的輸出軸Q上固定有 電機的小齒輪⑥，大、小齒輪②、⑥相互嚙合，當電機⑤轉動時帶動車輪轉 動。齒輪盤⑧安裝在電機⑤的輸出軸⑦上，它會跟隨電機⑤的轉動而轉動。 測速裝置的電路板⑩也固定在模型車的底盤①上，槽形光電傳感器⑨安裝在 電路板⑩上的位置使其恰好處於齒輪盤⑧的正上方，同時使齒輪盤⑧的輪齒 不接觸嵌入光電傳感器⑨的凹槽內。槽形光電傳感器⑨的發射端發射的紅外 光，通過齒輪盤⑧的輪齒間隙到達接收端。當電機轉動時，接收端就以間隔 接收到紅外光線。
參照圖4，測速裝置信號採集單元中所使用的槽形光電傳感器為 EE-SX1101，它的結構及引腳參照圖l。槽形光電傳感器引腳1為傳感器發射 端的電源輸入端，它通過第一電阻R1接+5V電源；引腳2為發射端的地信號，直接接GND ;引腳3為接收端的電源信號，直接接+5V電源，引腳4為接收 端的輸出0UT，通過第二電阻R2接地，這樣傳感器的輸出OUT就反映在第二 電阻R2兩端的電壓上。信號處理單元由NE555定時器構成的施密特觸發器構 成。傳感器的輸出OUT接555定時器的第2個埠。施密特觸發器的閾值電 壓為VCC/3和VCC*2/3，取第一電阻Rl為1KQ和第二電阻R2為10KQ可使 槽型光電傳感器接收端的輸出OUT的低電平電壓調到VCC/3以下，高電平電 壓調到VC02/3以上，能夠滿足施密特觸發器的工作要求。
參照圖5，當電機⑤轉動時，會在555定時器的第2個埠產生一定頻率 的大致為正弦波信號(V。ut)，該正弦波信號的頻率與電機⑤的轉速有關。經過 施密特觸發器的整形，555定時器的第3個埠 0UT1端會產生同頻率的矩形 波信號(V。UT1)，將0UT1直接接單片機的輸入捕捉引腳，單片機接收計數脈衝， 即可計算出模型車速度。
假設通過單片機的輸入捕捉功能測取矩形波信號上升沿和下一個上升沿 之間的時間為T (對應於碼盤轉過一個間隙需要的時間)。已知電機⑤傳動比 為18: 76 (小齒輪的齒數為18個、大齒輪的齒數為76個)，測得後輪轉動一
周對應的行駛距離為0. 17m，設碼盤的孔數為N，則速度可由以下公式求得formula see original document page 6
本實用新型成本低廉，所用元器件都是通用性器件，電路簡單，檢測數 據準確，可靠性好，且在模型車上安裝十分方便，控制程序簡單，能滿足模 型賽車測速時檢測精度的要求。
權利要求1、一種智能模型車的電機測速裝置，包括信號採集單元和信號處理單元，其特徵在於，所述信號處理單元包含設置在智能模型車底盤上的電路板，設置在電路板上的單片機和施密特觸發器；所述信號採集單元包含安裝在智能模型車電機輸出軸上的齒輪盤和槽形光電傳感器，所述槽形光電傳感器設置在電路板上；所述齒輪盤的輪齒非接觸嵌入槽形光電傳感器的凹槽內，所述槽形光電傳感器的輸出信號經施密特觸發器整形為脈衝信號後輸入單片機計數，並計算智能模型車車速。
2、 根據權利要求1所述的一種智能模型車的電機測速裝置，其特徵在於， 所述槽形光電傳感器為歐姆龍光電傳感器EE-SX1101。
3、 根據權利要求1所述的一種智能模型車的電機測速裝置，其特徵在於， 所述施密特觸發器由555定時器構成。
4、 根據權利要求1所述的一種智能模型車的電機測速裝置，其特徵在於， 所述單片機為HCS12系列單片機。
專利摘要本實用新型涉及智能模型車監測領域，公開了一種智能模型車的電機測速裝置。它包括信號採集單元和信號處理單元，其特徵在於，所述信號處理單元包含設置在智能模型車底盤上的電路板，設置在電路板上的單片機和施密特觸發器；所述信號採集單元包含安裝在智能模型車電機輸出軸上的齒輪盤和槽形光電傳感器，所述槽形光電傳感器設置在電路板上；所述齒輪盤的輪齒非接觸嵌入槽形光電傳感器的凹槽內，所述槽形光電傳感器的輸出信號經施密特觸發器整形為脈衝信號後輸入單片機計數，並計算智能模型車車速。
文檔編號G01P3/66GK201302578SQ20082022277
公開日2009年9月2日 申請日期2008年12月5日 優先權日2008年12月5日
發明者佘磊磊, 歐意文, 汪貴平, 王換換, 羅青東, 鑫 賀, 毅 韓, 盼 魯 申請人:長安大學