课程设计任务及评分标准

  1. 课程设计按实验小组进行，为时三周，开始时间 2017 年 12 月 10日，结束时间 12 月 29日。考核时间为 2018 年 1 月 6 日（星期六）上午八点半，考核顺序抽签决定，抽签时间为 2018 年 1 月 5 日（星期五） 晚 7：30。
  2. 课程设计总分为 100 分，小车按要求完成指定各项功能的，可得满分为 95 分； 另外5 分作为小车速度加分。
  3. 小车依次经过 Figure1 标注 1 号点得 15 分、 2 号点再得 10 分， 3 号点再得 10分、 4 号点再得 10分、 5 号点再得 10 分、 6 号点再得 10 分、 7 号标注点再得 10 分、 8 号标注点得 10 分、 9 号标注点得 10 分， 一共95分；还有5分为时间上的加分，即小车能在50秒内完成路线的话，可得5分。
  4. 若为完成指定循迹，需在轨道上面做特殊标记的，可向核心教师团队申请，批准后可以在轨道上面做出特殊标记（每个小组仅允许作出一处特殊标记，标记不得使用总长度超过 250mm 的黑胶布）。对于在指定轨迹上做出标记的小组， 小车成绩扣 10 分。
  5. 每组在课程设计考核时，均有两次测试机会，以最好的一次成绩作为考核成绩。每次考核的用时为 70 秒，若超出 70 秒小车还没走完路线，则强制停止，以该停止点作为小车的终点并算分。
  6. 若在正式考核时两次测试均失败的小组，可提供课程设计期间调试循迹小车 完成情况最好的视频（该视频需值班老师或 TA 认证）给核心教师团队，核心教师团队根据认证视频给予评分， 小车总成绩扣除 25 分作为小车稳定性成绩失分。
  7. 小车在循迹过程中应跟随轨道，若脱离轨道，必须在 5 秒内返回到脱离轨道前的位置，否则判定此次测试结束；并以小车脱离轨道点为最终得分点计算得分。
  8. 若小车在循迹过程中进入岔道， 则此次测试成绩扣 5 分。每进入一个岔道扣5 分，直到此次考试结束。
  9. 小车须以轨道标记顺序依次经过各得分点，否则判定此次测试结束；只计算 按顺序经过的得分点分数。
  10. 考试时所用循迹小车必须为实验室提供的器件所搭建（部分特殊情况请联系TA 解决），否则不得参加考试。
  11. 循迹小车为机器人入门项目设计课程的期末考试，请各位认真对待。考试期间严禁使用通讯工具，发现违规者当场取消考试资格！
  12. 考试时间为上午 8： 30 到中午 12:00，考核期间没有监考 TA 允许不得私自离开考场。考核结束的同学请耐心等候通知。
  13. 本次考核结束后请在下周（2018.1.10号）晚上八点前上交循迹小车报告（文件名以“第×组+姓名” 发到班长邮箱，并由班长打包整理好后发给 TA 教师团队。）
  14. 考核前可提出擦拭赛道的要求（避免有灰尘影响传感器灵敏度），但是不得破坏赛道。若发现违规者， 视赛道破坏情况扣除 5~25 分， 严重者直接取消考试资格！

附图

课程设计轨道如figure 1所示 ：
image.png

课程设计任务解决方案

任务分析

循迹路线主要包括以下关卡:（岔道、平滑曲线、Y字型分岔、垂直岔道、断口、直角拐弯）

岔道 平滑曲线
Y字型分岔 垂直岔道
断口 直角拐弯

总体方案

本设计提出通过 用三个红外灰度传感器对路线进行识别，通过逻辑电路处理信号控制调整电机正反转以完成前进及转向功能，使小车能够按照规定的轨迹（黑线）完成直线、直角、弯道和岔道的转向运动并最终到达终点。

核心逻辑

  1. 将三个红外灰度传感器呈三角形排布：
    image.png

  2. 方法：分析关卡，探究在各关卡时三个红外灰度传感器分别的状态。依照各状态列出真值表以设计逻辑电路。

  3. 真值表：（列出所有状况，1为检测到白色，0为检测到黑色）

    传感器A传感器B传感器C左轮右轮左轮状态右轮状态小车状态
    11011快速正转快速正转快速前进
    10011快速正转快速正转快速前进
    01011快速正转快速正转快速前进
    00011快速正转快速正转快速前进
    11111快速正转快速正转快速前进
    10110快速正转快速反转右转
    01101快速反转快速正转左转
    00101快速反转快速正转左转

  4. 卡诺图
    左：

    c\ab00011110
    01111
    10011
    右：
    c\ab00011110
    01111
    11110

  5. 通过卡诺图化简后的逻辑：
    左轮信号逻辑：$ L=\bar{C}+A $
    右轮信号逻辑：$ R=\bar{C}+B+\bar{A} $

  6. 逻辑电路：
    逻辑电路.png

  7. 通过逻辑电路对关卡的解决情况：
    [1]在此点位时红外灰度传感器ABC将是001的状态，小车左转，避免进入右侧岔道。
    image.png
    [2] 在此点位时红外灰度传感器ABC将是010的状态，小车保持直线行走，避免进入左侧岔道。
    image.png
    [3] 在此点位时红外灰度传感器ABC将是011的状态，小车左转，通过左直角弯。（同理101时可转右直角弯）
    image.png
    [4] 在此点位时红外灰度传感器ABC将是111的状态，小车保持直走，一直到通过终点结束。
    image.png

  8. 确认所需逻辑门元件：非门74ls041、或门74ls321。

小车各部分电路

  1. 芯片电源供电电路
    通过lm1117稳压芯片将电压降到5v
    lm1117稳压芯片.png
  2. PWM 信号产生电路
    PWM 信号产生电路.png
  3. 逻辑电路
    逻辑电路.png
  4. 电机驱动电路
    image.png

搭建测试中遇到的问题及解决方案

[1] 两电机转速不一，无法正常直行，走线时摇摆剧烈，而且在关键关卡节点有较大几率出问题卡死或乱走。
解决方法：

  1. 购买马达对电机内芯进行更换。
  2. 加上电阻使转速较快一侧的轮子慢下来。（但由于实验室中可变电阻的调节精度太差难以调整到最佳状态，而且也浪费了电能）

[2] 过直角弯时会冲出赛道，原因是小车速度太快，传感器不够灵敏，逻辑反应不过来。红外灰度传感器C还在黑线内，两侧的传感器A和B不能输出有效信号，且车轮反转速度不够快，导致小车冲出赛道。
解决方法：

  1. 将传感器C往前移动，提前感知弯道。（距两侧传感器连线约2.5cm）
  2. 调整方波占空比，使车轮反转速度与正转基本一致，使小车转向速度加快。
  3. 输入更低供电电压，使小车整体行进速度降低。

[3] 电压高于9v时，部分逻辑电路失效，无法完成逻辑运算。
解决方法：

  1. 部分逻辑门芯片的输入电压高于5v后无法辨别高低电平，由稳压芯片LM1117输出稳定5v电压供给所有逻辑电路芯片。

视频


参考文献

[1]张宝荣.数字电子技术基础（第二版）[M].北京：电子工业出版社，2015：1-38.
[2]初永丽，王雪琪，范丽杰. 模拟电子技术基础 [M].西安: 西安电子科技大学出版社, 2016: