用于电子教学的智能车教学装置的制作方法

本实用新型属于教学装置技术领域，具体涉及一种用于电子教学的智能车教学装置。

背景技术：

目前，针对电子教学设备的各类试验箱已经普及且非常普遍了，各类试验箱具有丰富的功能，一般都设置有外接设备模块，配合简单说明的使用说明及操作步骤，给电子教学带来了便利，但是其也存在一定的缺点，由于接线方式固定，从而使得各个模块的功能演示较为单一，无法让学生触类旁通，只是单一的重复使用，无法灵活使用多种模块组成复杂的功能，缺少自身对问题的思考，不但降低了学生的学习兴趣，而且也会影响教学效果，故而适用性和实用性受到限制。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种结构设置合理且适用性强的用于电子教学的智能车教学装置。

实现本实用新型目的的技术方案是：一种用于电子教学的智能车教学装置，包括主控处理器、与所述主控处理器相连接的循迹传感器、姿态传感器、无线控制模块、测速模块、供电电源电路、电机驱动电路和OLED显示屏，所述循迹传感器包括双运算放大器、与所述双运算放大器的正反馈引脚相连接的正反馈电路、与所述双运算放大器的负反馈引脚相连接的负反馈电路和所述双运算放大器的输出端经过整流滤波电路后连接在主控处理器上，所述负反馈电路包括由第一电感与第五电容组成的LC振荡电路、第三电阻与第三电容串联电路，所述LC振荡电路的一端接地，另一端通过第三电阻与第三电容串联电路后连接在双运算放大器的负反馈引脚上，所述正反馈电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容，所述第一电阻与第一电容并联后一端连接在双运算放大器的正反馈引脚上、另一端接地，所述第二电阻连接在双运算放大器的正反馈引脚上与电源之间，所述供电电源电路包括LM1048稳压芯片和ASM1117稳压芯片，所述ASM1117稳压芯片的电源输入端与所述LM1048稳压芯片的电源输出端相连接。

所述主控处理器包括主控芯片、与所述主控芯片相连接的时钟电路、与所述主控芯片相连接的复位电路和与所述主控芯片相连接的下载电路及电源滤波电路，

所述复位电路包括与门芯片SN74LVC2G08DCUR和CAT818S芯片，所述门芯片SN74LVC2G08DCUR的输出端与CAT818S芯片的输入端相连接。

所述测速模块包括旋转编码器、与所述旋转编码器相连接的运算放大器，所述运算放大器的输出端与主控处理器相连接。

所述姿态传感器包括MMA7260加速度芯片、ENC03陀螺仪和运放芯片，所述MMA7260加速度芯片与主控芯片的AD1－AD3信号输入引脚相连接，所述ENC03陀螺仪与所述运放芯片相连接且运放芯片与主控芯片的AD4信号输入引脚相连接。

所述主控芯片的型号为MK60DN512VLQ10。

本实用新型具有积极的效果：本实用新型的结构设置合理，其采用LC 振荡电路用于采集20HZ交流电产生的电磁场强度，使用TCL2272运算放大器对采集的电压信号进行放大，并通过后期整流和滤波电路，得到稳定的电压信号，具有检测效果良好的优点，同时实现了检测20HZ交流电磁场循迹的直立双轮车，小车能稳定的直立行驶，灵活的组使用多种模块组成复杂的功能，也有利于提高学生的学习兴趣，有利于提高教学的效果，使用稳定性好且实用性强。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中：

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型中循迹传感器的具体电路图；

图3为本实用新型中主控处理器的具体电路图；

图4为本实用新型中姿态传感器的具体电路图；

图5为本实用新型中测速模块的具体电路图；

图6为本实用新型中供电电源电路的具体电路图；

图7为本实用新型中电机驱动电路。

具体实施方式

(实施例1)

图1至图7显示了本实用新型的一种具体实施方式，其中图1为本实用新型的结构框图；图2为本实用新型中循迹传感器的具体电路图；图3 为本实用新型中主控处理器的具体电路图；图4为本实用新型中姿态传感器的具体电路图；图5为本实用新型中测速模块的具体电路图；图6为本实用新型中供电电源电路的具体电路图；图7为本实用新型中电机驱动电路。

见图1至图7，一种用于电子教学的智能车教学装置，包括主控处理器 1、与所述主控处理器1相连接的循迹传感器2、姿态传感器3、无线控制模块4、测速模块5、供电电源电路6、电机驱动电路7和OLED显示屏8，所述循迹传感器包括双运算放大器、与所述双运算放大器的正反馈引脚相连接的正反馈电路、与所述双运算放大器的负反馈引脚相连接的负反馈电路和所述双运算放大器的输出端经过整流滤波电路后连接在主控处理器上，所述负反馈电路包括由第一电感与第五电容组成的LC振荡电路、第三电阻与第三电容串联电路，所述LC振荡电路的一端接地，另一端通过第三电阻与第三电容串联电路后连接在双运算放大器的负反馈引脚上，所述正反馈电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容，所述第一电阻与第一电容并联后一端连接在双运算放大器的正反馈引脚上、另一端接地，所述第二电阻连接在双运算放大器的正反馈引脚上与电源之间，

循迹传感器具体见图2所示，TLC2272是用德州仪器公司先进的LinCMOS 工艺制造的满电源输出幅度双运算放大器，提供相当好的AC性能，且有较现存CMOS运放更好的噪声、输入失调电压和功耗性能。运算放大器U1正反馈端管脚3连接电阻R2，R2电阻另一端连接电源。正反馈连接电阻R1，电阻R1另一端连接到地。正反馈连接电容C1，电容C1另一端连接到地。电容C2连接3.3V电源，电容C2另一端连接地，用于3.3V电源滤波，消除电源纹波。运算放大器U1负反馈端管脚2连接电阻R3，电阻R3另一端连接电容C3，电容C3连接电容C5和电感L1组成的振荡电路，电容C5和电感L1另一端连接到地。运算放大器U1输出管脚1连接电容C4，C4另一端连接二极管D1和D2整流，二极管D1另一端连接电容C5和电阻R4，二极管D2另一端连接到地，电容C5另一端连接到地，电阻R4连接到地。U1 运算放大器8脚连接电源输出。U1运算放大器4脚连接地。连接端子P1的 1脚连接U1运算放大器输出处理后的信号，2脚悬空，3脚用于连接电源输出，4脚用于连接地。连接端子P1的管脚1用于连接主控芯片的AD采集口 AD5。

所述供电电源电路包括LM1048稳压芯片和ASM1117稳压芯片，所述 ASM1117稳压芯片的电源输入端与所述LM1048稳压芯片的电源输出端相连接。

如图6所示，在供给系统的其他模块中使用了两组LM1084电源，舵机驱动模块单独占有一组，这是由于舵机在反应的瞬间有很大的电流波动，其他模块共用一组电源，做到电源各自隔离，避免带来相互之间的耦合干扰。LM1084稳压芯片能提供最大5A的电流，强大的负载能力减小了由于电流影响带来的干扰。系统通过电池提供7.2V电压，电池输入连接到电源芯片LM1084输入管脚3，电源芯片LM1084输入管脚3连接电容C3，电容C3 另一端连接到地，电源芯片LM1084输入管脚3连接到电容C1，电容C1另一端连接到地，电源芯片LM1084管脚1连接到地，电源芯片LM1084管脚2 连接到电容C4，电容C4另一端连接到地，电源芯片LM1084管脚2连接到电容C2，电容C2连接到地。电源芯片LM1084管脚2经过电容C2和电容 C4滤波后，输出稳定电压5V。5V电源同时提供给ASM1117芯片U2，ASM1117 芯片U2的管脚3连接电容C7和5V电源输入，电容C7的另一端连接到地，电容C5的正极连接芯片U2的管脚3，电容C5的负极连接到地，芯片U2的管脚1连接到地，芯片U2的管脚2连接到电容C8，电容C8的另一端连接到地，芯片U2的管脚2连接到电容C6，电容C6的另一端连接到地。5V电源和3.3V电源提供给系统其它部分使用。

所述主控处理器包括主控芯片、与所述主控芯片相连接的时钟电路、与所述主控芯片相连接的复位电路和与所述主控芯片相连接的下载电路及电源滤波电路，

所述复位电路包括与门芯片SN74LVC2G08DCUR和CAT818S芯片，所述门芯片SN74LVC2G08DCUR的输出端与CAT818S芯片的输入端相连接。

见图3，主控芯片采用飞思卡尔公司生产的 MK60DN512VLQ10,MK60DN512VLQ10在一块独立的拔插式的核心板上，核心板上集成了一个单片机的最小系统，包括了主控芯片的时钟电路，复位电路，下载电路，电源滤波电路。

主控芯片的时钟电路分为两个，一个是主控芯片运行需要的系统时钟，一个主控芯片内部RTC需要的时钟，有源晶振Y1的管脚1连接主控芯片U1 的管脚73，有源晶振Y1的管脚2连接地，有源晶振Y1的管脚3连接主控芯片U1的管脚72，有源晶振Y1的管脚4连接3.3V电源。主控芯片U1的管脚73连接电阻R1和电容C9，电阻R1的另一端连接到电容C10，电容C9 另一端连接到地，主控芯片U1的管脚72连接到电容C10，电容C10另一端连接到地。

主控芯片的复位电路由一个与门芯片SN74LVC2G08DCUR和CAT818S芯片组成，与门芯片U3A的管脚1连接电阻R6，电阻R6另一端连接到地，，与门芯片U3A的管脚2连接到电阻R4，电阻R4另一端连接到3.3V电源,与门芯片U3A的管脚4连接到地，与门芯片U3A的管脚的管脚7连接到芯片U2 的管脚2。复位芯片U2的管脚1连接到地，管脚2连接到电阻R5，电阻R5 的另一端连接到地，管脚3连接到电容C12，电容C12的另一端连接到3.3V 电源，管脚3连接到电阻R3，电阻R3的另一端连接到3.3V电源，管脚3 连接到按键S1，按键S1另一端连接到地，管脚3连接到3.3V电源。主控芯片的管脚54连接到U3A的管脚1。主控芯片的下载电路，主控芯片采用 JTAG接口下载程序，接线端子P3的管脚1连接3.3V电源，管脚2连接主控芯片的管脚53，管脚3连接到地，管脚4连接到主控芯片的管脚50，管脚5连接到地，管脚6连接到主控芯片的管脚52，管脚8连接到主控芯片的管脚51，管脚9连接到主控芯片的管脚54，管脚10连接到主控芯片的管脚74。

主控芯片的电源滤波电路，电容C6的正极连接到二极管D1的正极和 3.3V电源，二极管D1的另一端连接到主控芯片的管脚42，电容C6的负极连接到地，电容C7连接3.3V电源，电容C7的另一端连接到地，电感L1 连接3.3V电源，电感L1的另一端连接电容C5，电感L3连接地，电感L3 的另一端连接到电容C5，主控芯片U1的管脚31连接到电感L2和电容C5，电感L2连接到电容C4，主控芯片U1的管脚34连接到电感L4和电容C5，电感L4另一端连接到电容C4。主控芯片U1的管脚32连接电容C4上，电容C4的另一端连接到主控芯片U1的管脚33。

所述测速模块包括旋转编码器、与所述旋转编码器相连接的运算放大器，所述运算放大器的输出端与主控处理器相连接。

见图5本系统使用的编码器是增量式旋转编码器。旋转编码器是测量速度的一种装置，旋转编码器每旋转一周，就会输出特定数目的脉冲。在单位时间内记录读取到旋转编码器输出的脉冲数，即可知道旋转编码器转动的圈数，即轮胎的转动速度。因为轮胎周长一定，所有可以求得在单位时间内小车行驶的路程，再通过计算即可得到小车的速度，如果单位时间足够小，则可以近似认为该速度位瞬时速度。速度检测的方式使用脉冲计数，通过脉冲累加器进行脉冲输入捕捉，模数计数器设定为单位时间中断，在模数计数器中断程序中读取脉冲累加器的计数数值。脉冲计数从P1接口输入，P1连接端子的管脚1连接电阻R4，电阻R4另一端连接地，P1连接端子的管脚2连接5V电源，P1连接端子的管脚3连接到地和电容C2，电容C2另一端连接到5V电源，P1连接端子的管脚4连接到电阻R5，电阻R5 另一端连接到5V电源。运算放大器芯片U1AB的管脚1连接电阻R3，电阻 R3另一端连接5V电源，管脚1连接电阻R5，电阻R5另一端连接到运算放大器芯片U1AB的管脚3，运算放大器芯片U1AB的管脚1连接到J1接线端子的管脚2，运算放大器芯片U1AB的管脚2连接到P1接线端子的管脚1，运算放大器U1AB的管脚3连接到可调电阻R1的3脚，运算放大器U1AB的管脚4连接到地，运算放大器的管脚8连接到5V电源。测速的功能使得小车形成一个速度闭环的控制，可以提高小车双轮直立的稳定性。

所述姿态传感器包括MMA7260加速度芯片、ENC03陀螺仪和运放芯片，所述MMA7260加速度芯片与主控芯片的AD1－AD3信号输入引脚相连接，所述ENC03陀螺仪与所述运放芯片相连接且运放芯片与主控芯片的AD4信号输入引脚相连接。

见图4加速度传感器电路中MMA7260芯片的管脚1和管脚2用于选型芯片量程，U1加速度传感器芯片MMA7260管脚1连接地，管脚2连接电阻R1，电阻R1另一端连接3.3V电源，管脚3连接3.3V电源，管脚4连接地，管脚13连接电阻R5，电阻R5另一端连接主控芯片的AD采集脚3，管脚14 连接电阻R4，电阻R4另一端连接主控芯片的AD采集脚2，管脚15连接电阻R3，电阻R4另一端连接主控芯片的AD采集脚1，电容C1连接电阻R5 和主控芯片的AD采集脚3，电容C1另一端连接地，电容C2连接电阻R4和主控芯片的AD采集脚2，电容C2另一端连接地，电容C3连接电阻R3和主控芯片的AD采集脚1，电容C3另一端连接地。陀螺仪电路由陀螺仪加上运算放大器组成个，陀螺仪U2的管脚1连接电容C4，电容C4另一端连接地，管脚1连接电阻R6，电阻R6另一端连接电阻R7，电阻R6另一端了解电容 C5，电阻R6另一端连接运算放大器芯片U3的管脚2，电阻R7的另一端连接到电容C5，电阻R7的另一端连接到运算放大器芯片U3的管脚6和主控芯片的AD采集脚4，陀螺仪U2的管脚2连接地，陀螺仪U2的管脚3连接 3.3V电源，陀螺仪U2的管脚4连接到运算放大器芯片U3的管脚3。运算放大器芯片U3的管脚4连接地，运算放大器芯片U3的管脚7连接3.3V电源，运算放大器芯片U3的管脚8连接电阻R8，电阻R8另一端连接到地。

所述主控芯片的型号为MK60DN512VLQ10。

见图7、BTS7960是infineon半导体公司生产的一种大电流的高集成半桥驱动芯片，其能提供的电流达68A且内阻很小并具有逻辑电平输入、电流诊断、斜率调节、死区时间生产和过温、过压、欠压及短路保护的功能。驱动芯片1A的管脚1连接电容C9和地，管脚2连接电阻R2，管脚3连接到电阻R4，管脚4连接到接线端子P3的管脚1，管脚5连接到电阻R9，电阻R9另一端连接地，管脚5连接到电容C11，电容另一端连接到地，管脚 6连接到电阻R5，电阻R5另一端连接到地，管脚7连接到电容C9的正极，管脚7连接到电容C10，管脚7连接到芯片2A的管脚7，管脚8连接到接线端子P3的管脚1。驱动芯片2A的管脚1连接到电容C10和地，管脚2连接到电阻R3，管脚3连接电阻R7，管脚4连接接线端子P3的管脚2，管脚 5连接电阻R10，电阻R10另一端连接到地，管脚5连接电容C12，电容C12 另一端连接到地，管脚6连接到电阻R6，电阻R6另一端连接到地，管脚7 连接到电容C10，管脚7连接电容C9的正极，管脚7连接到芯片1A的管脚 7，管脚8连接到接线端子P3的管脚2。驱动芯片3A的管脚1连接到电容 C13和地，管脚2连接到R13，管脚3连接到R15，管脚4连接到接线端子 P4的管脚1，管脚5连接到电阻R18，电阻R18另一端连接到地，管脚5连接到电容C15，电容C15另一端连接到地，管脚6连接到电阻R16，电阻R16 另一端连接到地，管脚7连接到电容C13的正极，管脚7连接到电容C14，管脚7连接到驱动芯片4A的管脚7，管脚8连接到接线端子P4的管脚1。驱动芯片4A的管脚1连接到电容C14和地，管脚2连接到电阻R14，管脚 3连接到电阻R20，管脚4连接到接线端子P4的管脚2，管脚5连接到电阻 R19，电阻R19另一端连接到地，管脚5连接到电容C16，电容C16另一端连接到地，管脚6连接到电阻R17，电阻R17另一端连接到地，管脚7连接到电容C13的正极，管脚7连接到电容C14，管脚7连接到芯片3A的管脚 7，管脚8连接到接线端子P4的管脚2。

P3接线端子的管脚1连接电阻R1，电阻R1另一端连接到LED指示灯D1 的正极，LED指示灯D1的负极连接到接线端子P2的管脚2，接线端子P2 的管脚2连接电阻R8，电阻R8另一端连接LED指示灯D2的正极，LED指示灯D2的负极连接到接线端子P3的管脚1上。P4接线端子的管脚1连接到电阻R11，电阻R11的另一端连接到LED指示灯D3的正极，LED指示灯 D3的负极连接到P4接线端子的管脚2，P4接线端子的管脚2连接到电阻 R12，电阻R12连接到LED指示灯D4的正极，LED指示灯D4的负极连接到接线端子P4的管脚2上。

U3芯片74L245用于电路的电平转换和隔离保护作用，芯片U3的管脚1 连接到电阻R21上，电阻R21另一端连接5V电源，管脚8连接到电阻R22，电阻R22的另一端连接到5V电源，管脚10连接到地，管脚11连接到电阻 R3，管脚12连接到电阻R4、电阻R7，电阻R15，电阻R20，管脚14连接到电阻R2，管脚17连接到电阻R14，管脚18连接到电阻R13，管脚19连接到地，管脚20连接到电容C17，电容C17的另一端连接到地。

主控芯片通过PWM1、PWM2、PWM3、PWM4这4个管脚可以分别控制两个小车的两个电机正反转，可用于小车的直立平衡。74LS245芯片的管脚9连接到主控芯片的管脚83，74LS245芯片的管脚6连接到主控芯片的管脚84， 74LS245芯片的管脚2连接到主控芯片的管脚85，74LS245芯片的管脚3连接到主控芯片的管脚86。

本实用新型的结构设置合理，其采用LC振荡电路用于采集20HZ交流电产生的电磁场强度，使用TCL2272运算放大器对采集的电压信号进行放大，并通过后期整流和滤波电路，得到稳定的电压信号，具有检测效果良好的优点，同时实现了检测20HZ交流电磁场循迹的直立双轮车，小车能稳定的直立行驶，灵活的组使用多种模块组成复杂的功能，也有利于提高学生的学习兴趣，有利于提高教学的效果，使用稳定性好且实用性强。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本实用新型的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本实用新型的保护范围。