用一块免费的PCB，就能做一个入门级【循迹+避障】小车！

还能深入巩固数电模电知识！

这也太棒啦！(๑•̀ㅂ•́)و✧

PS：这也是许多高校老师青睐的入门级案例哦！

一、小车功能展示

这是一个循迹避障小车，仅花20元就能DIY一个。

它的实力，无需赘述，看图可知！

小车的循迹功能

小车的避障功能

二、设计方案

如何实现循迹和避障功能呢？初步构思方案如下。

1.循迹功能实现方案

使用74HC00N与非门搭配红外对射管。

通过判断是否检测到红外光线从而实现接收管是否导通，并将信号输入与非门，实现数字电路循迹。

2.避障功能实现方案

使用LM393比较器搭配红外对射管。

通过判断前方是否检测到红外光线从而实现接收管是否导通，将两组信号输入比较器进行比较实现模拟电路避障功能。

那么，如何通过电路设计，实现上述方案呢？

下一章节就解析一下——小车电路的组成与设计原理！

三、电路组成

电路由这4部分组成，包括——电源电路、电机驱动电路、数字信号循迹电路、模拟信号避障电路。

1.电源电路

图1 电源电路

采用两节5号干电池进行供电，每节干电池1.5V，两节串联则是3V，满足芯片最小供电需求。

通过三档滑动开关实现循迹、避障功能的切换。

C1、C3电容为滤波储能电容，当电机开始工作时，瞬态电流较大，100uF电容能够协助电池进行放电。

2.电机驱动电路

图2 电机驱动电路

电池的正极接入电机的正极，负极通过三极管进行控制导通，当数字循迹或模拟避障信号产生时，通过控制三极管的基极，从而实现控制左右轮胎的工作，实现循迹和避障功能。

3.数字信号循迹

图3 数字信号循迹电路

U2、U3为红外发射管，LED3、LED4为对应的红外接收管，安装在车前轮的两侧。原理分析如下：

①当车开始运动碰到白纸时，红外光发生反射，被接收管接收，接收管导通，碰到黑线时红外光被吸收，接收管截止；

②74HC00N是与非门，当碰到黑线时，接收管截止，CNT1输出高电平，对应OUT1输出低电平，OUT3输出高电平；

③此时，OUT3输出的高电平会流经电机三极管，控制三级导通，电机旋转；

车辆在地图路线上不断的碰到黑线和白线，从而不断的导通和截止三极管，实现绕黑线轨道巡线功能。

4.模拟信号避障

图4 模拟信号循迹电路

IR1、IR2为红外发射管，CGQ1、CGQ2为对应的红外接收管，安装在车前两侧。原理图分析如下：

①当车运行时，前方没有障碍物，红外发射信号不会被接收，接收管截止，393比较器同向输入端为电池电压，电压大于反相输入端，此时，393比较器输出高电平，控制车辆向前运行。

②当车前方有障碍物时，红外发射信号被接收管接收，接收管导通，393比较强同向输入端为低电平，电压小于反相输入端，此时，393比较器输出 低电平，对应车轮停止运行，从而实现转向。

四、PCB设计

完成原理图设计之后，就该到PCB设计了。

本章主要说明关于——PCB外形设计、布局设计、布线设计的小技巧。

开始PCB设计前！请先注意检查：

• 原理图电路是否连接对
• 网络是否有缺失没有接上的情况

全部检查无误后：

点击原理图顶部菜单栏中的【设计-原理图转PCB】。

开始PCB的设计。

1.外形设计

图6 巡线小车外形图

该项目在设计外形时，需要思考电机以及轮胎的位置，确保轮胎和PCB板不会相互干涉。

2.元器件布局

图7 巡线小车布局图

使用嘉立创EDA自带的布局传递功能，就可以很快地将各个电路模块进行统一的提取分类。并高效的完成元器件布局。

注意！红外对射管应放置在板子边缘，减少不必要的干扰。

3.PCB走线

图8 巡线小车顶层走线图

图10 巡线小车底层走线图

走线也就是在电路板中连接铜线，选择层与元素中的层，然后将两个一样网络的焊盘连接起来就可以了。

在设计双层电路板时，走线还分为顶层走线和底层走线。其中：

• 顶层走线默认是红色
• 底层是蓝色

看似简单的连接，也是需要不断调整优化布局的。

在走线时，我提供以下几点参考提议：

①电源线设置为40mil，信号线设置为10mil；

②走线优先思考顶层走线，顶层不能顺畅连接时再思考底层走线；

③GND不用走线，直接底层覆铜即可；

④走线过程中优先走直线，需要拐弯的地方以钝角或圆弧拐弯为主；

⑤完成走线后添加合适的丝印标记说明该PCB板的用途以及接口功能。

完成了电路设计后，就是焊接与调试了！

值得一提的是，调试过程中，有这4点，必定要注意！

五、调试注意

①在焊接完成后，先不要插入电池，先使用万用表通断档测试是否短路；

②当发现车辆运行不能实现目的时，通过调节可调电阻的值，从而改变灵敏度；

③可以通过万用表测试每一个输入电压值，从而更加清晰的知道对应的电压变化；

④在购买芯片时，需要注意！3V电池是否满足芯片最小工作电压，如果不满足，可以尝试使用三节电池进行串联。

六、结语

如果你觉得本文讲的，你有点懂了。

但是真要做小车了，还是感觉没把握。

那你可以去我主页看详细的教程视频，几乎是手把手教你设计这个小车，一共三集。

参考资料：

[1]https://oshwhub.com/course-examples/shu-mo-dian-xiao-che

— 完 —

嘉立创EDA·头条号

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