遥控玩具坦克机械控制与电路设计.doc-资料库

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南华大学机械工程学院毕业设计 1、市场分析及设计方案的提出 1.1、市场分析随着生活水平日益提高，人们在充分满足了食宿住行各方面的需求后，对平时的娱乐方面也有了更高的需求。当然玩具是人们在娱乐中必不可少的一种工具，而作为遥控玩具坦克，面向的市场为青少年。但是，根据我们的调查研究，发现目前市场上的玩具坦克质量参次不齐。尤其外观不够新颖，电器控制部分不灵敏或工作一段时间后就失去其性能。现针对以上所述的局限，为满足使用者要求，我设想设计一种传动构件较精密，外观设计较精致的玩具坦克。，其设计要求如下： 1、提供遥控坦克的基本功能，包括：直行，后退，左转弯，右转弯等。 2、控制功能好。采用无线遥控方式频率在 27MHZ 左右控制距离在 50 米内。 3、控制电路设计采用 protell99 设计 4、传动机构的设计采用 pro/E 三维造型设计，利用其参数化的齿轮设计，设计出精确的传动系统。 5、外形采用 ATOCAD 和 CAXAD 常用图纸设计软件绘制平面工程图纸。 1.2、设计方案分析确定遥控玩具坦克主要参数先设如下：驱动源：2 个驱动电机坦克总长：245mm 坦克总宽：126mm 坦克总高：162mm 额定电压：DC6V 1.2.1、遥控方案的设计分析电动遥控玩具也就是在电动玩具里增加了遥控电路。常见的遥控电路一般有如下几种类型：声控、光控、无线电遥控等等。第 1 页共 50 页

南华大学机械工程学院毕业设计 1．声控就是用声音去控制对象动作，一般采用驻极体话筒或压电陶瓷片作为传感元件来拾取声音，通过电路放大驱动后级电子开关动作。为防止外界音频干扰，可以采用超声波控制，但也有故意选用声频来进行控制的，比如用小孩发出的声音频率去控制声控玩具娃娃的哭笑动作等。 2．简单的单通道光控电路是利用光敏管受光以后内阻发生变化使电子开关的状态发生变化，传感器有光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻、光敏电池等等。光源既可以是可见光，也可以是红外线等不可见光源，不同的光敏元件有着不同的光谱。复杂一些的光控电路则能够完成多通道开关或模拟量变化控制，带遥控的电视机、功放音响、VCD 录像机等家用电器的遥控器都是利用红外线光源进行遥控的典例。 3．无线电遥控电路比起声控或光控电路复杂多了，但控制距离也更远是它的主要特点，光控、声控电路一般仅有几米到十几米的作用距离，而无线电遥控视不同的应用场合近可以是零点几米，远则可以超越地球到达太空！它由发射电路和接收电路 2 部分组成，当接收机收到发射机发出的无线电波以后驱动电子开关电路工作。所以它的发射频率与接收频率必须是完全相同的。根据其发射的高频波形有等幅、调幅、调频、数字脉冲发射机，根据其控制的开关数目有单通道遥控和多通道遥控等。 4．为了防止同频干扰，遥控设备的使用频率是有一定的，这就好象广播电台，每个电台都有自己的发射频率，不然大家都一样就会出问题了。根据国家信息产业部 2003（53）号文〈关于无线电模型遥控器使用频率的通知〉的规定，我国模型遥控器的使用频点为： 26MHz—27MHz 频段，海/车模为：（括号里是 FUTABA、JR 设备所配的飘带颜色） 26.975 MHz 27.125 MHz 26.995 MHz （茶色） 27.145 MHz （黄色） 27.025 MHz 27.175 MHz 27.045 MHz （红色） 27.195 MHz （绿色） 27.075 MHz 27.225 MHz 第 2 页共 50 页

南华大学机械工程学院毕业设计 27.095 MHz （橙色） 27.255 MHz （兰色）共 12 个频点。综合考虑确定采用无线电遥控方案，频率为 27HZ。 1.2.2、电机传动机构方案分析本设计是由 2 个传动系统组合而成的。将其传动方案分解可得图如图 1.1，驱动部分由两组相同的电机—减速箱系统对称分布而成，每组系统可以进行单独控制，通过控制电机的正反转可以实现转向、转弯，同时也可以同向同速运转，前进、后退。电机电机减速机构减速机构传动轮传动轮图 1.1 电机传动机构 1.2.3、遥控玩具坦克传动方案与分析：遥控玩具坦克由下图 1.2 的传动机构的组合传动方案的确定：满足同一工作机的工作要求，往往可以采用不同的传动机构，不同的组合和布局，从而得出不同的传动方案。拟定传动方案时，应该充分了解各种传动机构的性能及其使用条件，结合工作机所传递的载荷性质和大小、运动方式和速度以第 3 页共 50 页

南华大学机械工程学院毕业设计及工作条件等，对各种传动方案进行比较分析，合理选择。通常原动机的转速与工作机的输出转速相差较大，在他们之间常采用多级传动机构来减速。齿轮传动具有承载能力大、效率高、允许速度高，尺寸紧凑，使用寿命长等特点，因此在本次设计中采用了齿轮传动。因为遥控电动玩具坦克的结构力求简单，在满足要求的条件下，力求结构紧凑和可靠性高，以便减少成本，因此在齿轮传动中都采用直齿圆柱齿轮。本次设计传动机构为三级直齿圆柱齿轮传动，为合理利用空间，节省材料，传动方案的选择如图 1.2 所示：图 1.2 电机齿轮传动第 4 页共 50 页

南华大学机械工程学院毕业设计 1.2.4、电源的选择根据具坦克与市面上大多数遥控玩具均采用 6 充电电池作为其驱动电源，本设计亦选用 6 充电电池。目前市场上 6 的电池种类繁多，但总体上说主要有锂离子电池、镍氢电池、镍镉电池、铅酸电池等 4 种。价格的顺序为：锂离子电池》镍氢电池》镍镉电池》铅酸电池；环保电池有镍氢电池和锂离子电池；对于特种的电动玩具来说,如航模用电池，对电池的电流性能 000、电池的重量和体积有严格要求，就是说要求电池有高要求，满足航模用电池只有镍氢电池和锂离子电池，相对锂离子具有更高的比功率和比容量性能，但锂离子的安全性和价格制约航模用电池的普及。建议：（1）、考虑价格，请选择镍镉电池和铅酸电池；（2）、考虑速度（瞬间大电流放电）、使用时间等要求，请选择镍氢电池和锂离子电池；（3）、考虑安全性、环保性能(不含镉)，选择镍氢电池；综合考虑采用 6 伏镍氢电池作为遥控玩具坦克的驱动电源。镍氢充电电池的优点 : 1.体积小 2.容量高 3.重量轻 4.循环寿命长 5.放电平台好 6.环保、无污染 7.无记忆效应电流为 900mA，电压为 6V。镍氢（NIMH）用先进工艺制造，内阻低，可快速充电，耐过充过放，抗滥用性极佳小型密封镉氢电池的结构紧凑，坚固，耐冲击，震动，成品电池自放电小，在使用上适合大电流放电，适用温度范围广,零下 40 度到零上 60 度。它的特点是循环寿命长，理论上有 1000-2000 次的循环寿命；容量高、性能稳定，绿色环保。第 5 页共 50 页

南华大学机械工程学院毕业设计 2、遥控电动玩具坦克的控制电路的分析设计控制设计要求：通过遥控器对两个电机的控制、搭配，可以实现：直行，后退，左转弯，右转弯。（1）、前进——左右电机同时正转。（2）、后退——左右电机同时反转。（3）、左转弯——因为坦克与汽车不同坦克是履带式的，转向时要靠改变左右电机的速度来实现。所以左转弯时左电机停转，右电机正转。（4）、右转弯——同左转弯，右电机停转左电机正转。 2.1、整机电路结构图 2.1 为无线遥控坦克控制的电路图，接受控制电路全部采用集成电路，电路集成度高、外围电路简洁、制作简便、工作稳定可靠。第 6 页共 50 页

南华大学机械工程学院毕业设计 S 0 L 1 遥控器指示灯 1 . 5 V ABCD + I C 0 0ACCD +I I C 1 T W H 9 2 3 6 T W H 9 2 3 8 G N D N O T U ? 后退灯 C 2 89 D 3 C D 4 0 8 1 1 0 1 2 1 1 D 4 C D 4 0 8 1 1 3 89 1 3 1 2 12 C D 4 0 1 1 D 6 A C D 4 0 1 1 D 5 C D 4 0 8 1 D 1 N O T C 1 1 0 1 1 3 45 C D 4 0 8 1 D 2 6 前进灯 L 1 2 1 U 1 Q 1 Q 1 6 5 4 3 R E S E T 1 C L O C K 1 S E T 1 D A T A 1 C L O C K 2 G N D 7 C D 4 0 1 3 V S S D A T A 2 R E S E T 2 S E T 2 8 9 1 0 1 1 Q 2 Q 2 V D D 1 2 1 3 1 4 G N D G N D G N D 2 6 1 5 3 4 8 I C 4 A C 3 0 . 0 1 U N E 5 5 5 G N D 2 6 1 5 3 4 8 I C 2 A C 1 0 . 0 1 U N E 5 5 5 M 2 M 1 C 4 0 . 0 1 U G N D 3 8 42 6 5 1 N E 5 5 5 I C 5 A 1 0 C 6 0 0 U C 2 0 . 0 1 U 3 8 42 6 5 1 N E 5 5 5 I C 3 A G N D 6 V - + S L 2 L E D 电源指示灯图 2.1.电路控制图第 7 页共 50 页 C 5 0 . 0 1 U

南华大学机械工程学院毕业设计接受控制电路由以下五个部分组成：（1）无线电接受模块 IC1 构成的无线电接受和解码电路，接受发射机发出的无线电遥控指令并将其解码为 A、B、C、D 控制信号。（2）门电路 D1、D3、D5、D6 构成脉冲电路，将解码电路输出的控制信号转换为前进 A、左转弯 B、右转弯 C、倒退 D 等控制脉冲。（3）门电路 D2、D4 构成的逻辑互锁控制电路，保证电路不会处于同时执行“前进”和“后退”指令的错误状态。（4） D 型触发器 D7、D8 构成正转反转控制电路，控制驱动电路四个集成块的工作状态。（5） 555 时基电路 IC2~IC5 构成的左、右直流电机驱动电路，使直流电机按照指令正转、反转和停转，以实现坦克的遥控运动。 2.2、无线遥控电路的设计无线电发射和接受采用微型无线电遥控发射/接收组件 TWH9236/9238。对于发射组件 TWH9236，其工作电压采用一节电池，电压为 1.5V，工作电流小于 6mA。而 TWH9238 接收组件工作电压为 6V，静态电流仅 l.5mA。其数据输出端的输出电压为 5V，最大输出电流为 l.8mA，可直接驱动晶体管工作。该组件采用数字编码，保密性和抗干扰性都很强，遥控距离可达 100 米。 2.2.1、TWH9236 无线发射电路无线电遥控器和接受电路模块采用微型无线电遥控组件，遥控器为四位微型遥控器，TWH9236 包括控制部分（具有 A，B，C，D 四个按键）、编码电路、调制电路、高频振荡与发射电路以及内藏式天线其原理方框图如下：第 8 页共 50 页

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