科技创新项目Word文件下载.docx

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1.2.2经过稳压芯片MIC29302稳压成5V给L298和电机供电（MIC29302是低电压将高电流驱动的稳压芯片最大峰值电流达3A）1.2.3备用电池部分以供调试之需1.3主控制器设计该部分是逻辑电路的核心，也是最小系统部分。

其中包括晶振电路，采用了12M的外部晶振频率；

复位电路部分，在系统上电时能够自动复位，当程序跑飞时能将系统复位到初始状态。

.4步进电机的工作原理及技术参数1.4.1工作原理步进电机的运行原理如图2所示，当A相绕组通电时，转子的稳定平衡位置如图4（a）所示。

若使转子偏离这一位置，如转子向右偏离了一个角度，则定转子齿的相对位置及作用转矩的方向1.4.2技术参数1.4.2.1小车行程近似计算公式：

步进电机转轴旋转的转数=counts*小车轮子的直径*3.141.4.2.2小车速度近似计算公式：

速度=行程/时间1.4.2.3步进电机步矩角：

Ø

=360°

/（2mZ）（m为相数，Z为转子齿数）1.4.2.4矩频特性步进电机作单步运行时的最大负载转矩为，但当控制脉冲的频率逐渐增加，步进电机的转速逐渐升高时，步进电机所能带的负载转矩值将逐步下降。

1.4.2.5步进电机电气技术参数如表一所示：

表一步进电机电气技术参数产品型号驱动系统驱动电压步矩角每相电阻每相电感转子齿数相数SST420D1070达林顿驱动5.0（VDC）1.8°

7.6Ω6.8（mH）5021.4.2.6步进电机机械技术参数如表二所示：

表二步进电机机械技术参数电机身长电机身宽螺丝口径轴径轴长质量保持转矩转动惯量31mm31mm0.5mm0.6mm55mm180（g）186（mn-m）27（g-cm³

）1.5步进电机驱动模块的设计电机驱动采用了L298作为驱动芯片，其供电范围可从3—24供电，最大驱动电流可达3A，因此可以满足设计要求。

STC89C52通过P1口产生的八路PWM信号通过L298引脚L0—L3和R0—R3输入，以调节步进电机对应相的电流。

当单片机P1口对应的位输出低电平时，步进电机对应相VS及地导通，电机旋转一个步进角。

只要P1口按照单双八扒的触发方式触发，步进电机便能旋转起来，将触发方式翻转过来就能实现步进电机的反转。

P1口全给高电平就能实现步进电机的制动。

MCU通过改变对应IO口PWM的占空比就可以调节步进电机的调速。

1.6传感器电路设计我们选择光电传感器作为循迹传感器。

其工作原理如图6所示一个发光二极管作为发送管，一个光敏三极管作为接收管，分别有一个精调电阻，来调节距离和灵敏度。

循迹模块是用来识别黑白线的，黑线输出高电平，白线输出高电平。

循迹模块一般识别距离为0-3cm。

P-RE0,P-RE1,P-RE2为E18-D80NK红外避障传感器，该传感器是一种集发射及接收于一体的光电传感器，主要用于障碍物的检测。

P_GD0，和P_GD1为TK黑白线检测传感器。

这五个传感器通过分别通过各自的输出信号线及单片机端口相连接，实现对障碍物的判别和对黑白线的检测。

1.7串行通信接口电路的设计串行通信接口电路的作用是使STC89C52可以和PC机的RS—232串行接口连接并进行通信二.、系统软件设计2.1避障部分软件的设计系统上电后，先对STC89C52单片机端口、相关寄存器等进行初始化，避障传感器正常工作，液晶显示屏准备接收数据，主控制芯片将小车行驶路程、时间和速度数字化处理后，以字符形式显示在1602液晶显示屏上。

随后MCU对P3.2、P3.3、P3.4口进行循环扫描，以判断外部传感器的工作状况，实时反映路面状况。

其工作原理如下所叙。

左边红外传感器及单片机的P3.2口相连，中间红外传感器及P3.3口连，右边红外传感器及P3.4口相连。

当前面无障碍物时，P3.3口返回高电平时，小车往前走。

当小车前面及左边有障碍物时，单片机P3.3和P3.4端口返回低电平，小车向右转90度；

当小车前方和右方有障碍物时，单片机P3.3和P3.2端口返回低电平，小车向左转90度；

当小车前方、左方和右方有障碍物时，单片机P3.2、P3.3、P3.4端口返回低电平，小车向反转180度。

2．2循迹部分软件的设计系统上电后，先对STC89C52单片机端口、相关寄存器等进行初始化，循迹传感器正常工作，液晶显示屏准备接收数据，主控制芯片将小车行驶路程、时间和速度数字化处理后，以字符形式显示在1602液晶显示屏上。

随后MCU对P3.5、P3.6口进行循环扫描，以判断外部传感器的工作状况，右边光电传感器及P3.5口相连，左边传感器及P3.6相连，工作原理如下所叙。

系统初始化设定小车的寻线范围，当在设定寻线范围内未找到黑线时，系统自动扩大寻线范围，直到找到黑线为止。

找到黑线后寻找离出发点最近的点，然后自动寻线。

进入寻线模式后，当小车没有检测到黑线时，P3.5和P3.6端口保持低电平，小车往前走；

当小车左侧黑白寻线传感器检测到黑线时，P3.6返回高电平，小车向左偏转7.2度；

当小车右侧黑白寻线传感器检测到黑线时，P3.6返回高电平，小车向右偏转7.2度。

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

本项目最大的创新点是电源模块的设计：

由于步进电机型号为SST42D1070重量大，耗电量大。

同时电机是感性负载且工作在单双八拍的模式下，会造成供电部分电压的波动，影响单片机和传感器的正常工作。

在此情形下，我们有意地将强电和弱电部分分离开来，用7.2V镍镉电池经LM7805稳压后给单片机、传感器和1602液晶供电；

7.2V镍镉电池经MIC29302稳压后给L298和步进电机供电，提高系统运行的稳定性。

创新点之二是我们在以往硬件设计的基础上加上了异步串行通信模块（MAX232），提高了程序调试的灵活性，缩短了开发周期。

科学性、先进性

创新点之二是我们在以往硬件设计的基础上加上了异步串行通信模块（MAX232），提高了程序调试的灵活性，缩短了开。

项目31

基于51单片机的语音智能导游小车

智能小车可直接运用于博物馆展览解说之需要，基于展馆展厅或展柜位置短期不变性，可直接在馆内设置路线及站点，让智能小车沿路线逐点介绍各展厅及展柜，代替传统的人工介绍，可使馆内工作人员告别低效率的重复工作。

智能小车可运用于博物馆展览解说之需要，利用定点检测技术给单片机传递地点信息。

单片机并为此做出相关的处理：

液晶显示器显示出展点名称（若需要也可显示解说词），同时语音模块按指令播出相关的录音资料。

播音完毕后（期间可以留适当的时间供游客观览展点）。

基于展馆展厅或展柜位置短期不变性，可直接在馆内设置路线及站点，小车全程按照设定的路线行进。

让智能小车沿路线逐点介绍各展厅及展柜，代替传统的人工介绍，可使馆内工作人员告别低效率的重复工作。

从而解放出人手，使效率更高。

利用传感技术自动识别，程序驱动控制，最终实现自动显示和语音播报，方便、迅速而高效。

技术关键：

充分开发利用单片机这一高集成、功能完善的微型计算机，将其作为该系统中央处理模块的主要元件，控制实现所需各个功能。

实现导游的智能控制有多种方式，例如基于ARM9处理器的智能导游仪设计，基于RFID和互联网的智能导游系统设计等，但都趋于针对个人自助游。

目前市场上的智能导游设备已发展到较为高端的阶段，准确定位、自动语音播报、高效导航等功能在产品中已经实现。

但是因为产品较为高端，暂时并不能普及。

大多游客仍愿意报团旅游，导游讲解。

由景点提供此种导游设备，较为经济，方便旅客，达到旅游的高效进行，这正是该系统针对并适合的。

我们这儿设计的系统实现较为方便，由程序控制，并且很便于功能扩展，同时也是进一步大型系统的设计初步模型。

项目32

光电自动开断装置

此作品运用计数器、比较器、光电传感器等元件和门电路等辅助电路，经过逻辑分析，确定功能所需逻辑关系，再利用各种元件的特性进行电路创作，通过实际元器件和电路的连接实现应有功能。

该作品制作成本低廉结构简单，便于批量生产。

易于应用于只此单一控制的自动控制系统中。

有较好的经济性，成本和低运行费用低，使用寿命长，当内部某器件损坏，更换即可方便有效。

节能环保，易于推广。

作品名称:

光电自动开断装置。

主要功能：

真正的实现人来灯开人走灯灭（即：

当房间内有人时无人数多少房间内的灯始终保持打开状态，当房间内的人数为零时灯自动熄灭，无需人为控制）。

本作品运用光电传感器和电子集成芯片以及辅助电路构成。

首先，将光电传感器至于一前一后（设两个光电传感器分别为A和B，先A后B为进，先B后A为出），把两个光电传感器分别及各自计数器相接，并将计数器计数结果输入数值比较器，又因人经过门时对两光电传感器触发的先后顺序不同而产生第一级比较器的比较和输出，比较结果不同然后再将计数结果输入二级数值比较器进行比较（即：

先A后B则连A的计数器数值大于连B的计数器数值，经比较器比较A＞B的输出端给对应进门次数的计数器一脉冲，使其计进次数计数器计进一次，反之则为出），当进次数和出次数两计数器计数相等时则证明人进入某房间的次数等于出该房间的次数，此时输出高电平信号，再通过及固态继电器配合使用，从而实现用直流高电平控制实际电路的效果，实现功能，满足了设计要求。

（见主图）再利用光感电路，实现当光线暗达到一定程度时核心主电路起作用的效果。

（见图2）电路中还利用光电传感器的常开常闭触电及实际防抖动电路相结合，克服了机械装置触点吸合断开的颤动的影响，为电子电路提供精确电平。

（见图1）此电路科学有效，逻辑严谨，易于推广。

此作品的主要创新点有:

①利用触发两光电传感器的先后顺序不同进行瞬时比较，区别进和出方向的不同，从而分别记录进和出的次数；

②利用进出门时对光电传感器的触发，实现智能记忆，确定屋内人数（即：

屋内无需安装任何检测装置，解决了检测盲区的问题）；

③巧妙的运用了光电传感器的常开常闭触电，结合电路做成防抖动电路；

④此作品实现了自动化、智能化，成本低廉，易于投入市场，满足设计要求。

本作品还具有很大的推广性，我们所介绍的模型是为了更好的来证明作品的实效性，其核心电路可以广泛的应用于多种进出方向区别或进出次数区别而动作的自动化设备的控制上。

并由于电子电路成本低廉，由于同类控制装置，所以更易于推广。

目的：

积极响应国家节能号召，运用及自动控制技术，减少对电能等能源的浪费，提高能源利用率，实现智能化，作品本身成本低廉，能耗低，更加符合节能要求。

设计思路：

运用计数器、比较器、光电传感器等元件和门电路等辅助电路，经过逻辑分析，确定功能所需逻辑关系，再利用各种元件的特性进行电路创作，成功后再利用具体元器件连接电路，进行调试及验证，从而达到功能效果，满足技术设计要求。

创新点：

②利用进及出的次数相等时作出动作实现弱电对强电自动控制；

③巧妙的运用了光电传感器的常开常闭触点，结合电路做成防抖动电路；

④作品本身成本低廉，优于其他控制装置，更易于推广。

科学性：

首先，在电路创作时我们拥有严谨的科学态度，较为准确的遵循了科技创作的一般步骤，根据功能技术要求分析所需逻辑关系，再利用各种元件的特性进行电路创作，创作成功后再利用具体元器件连接电路，进行调试及验证，从而达到功能效果，满足技术设计要求。

其次，逻辑关系科学合理。

最后，经查证此装置寿命长（芯片24小时持续工作可连续运行5—10年，光电传感器只做开关用可运行5000万次），可以满足实际生产生活要求。

进步性：

①利用进出某封闭空间时对此电路的触发，而实现对该空间内部所含物件数量进行智能记忆，空间内部无需安装其他检测装置，此优于其他同类产品；

②只通过两个光电传感器和集成电路成功区分了进和出方向的不同，从而做出不同动作；

③通过集成元件的级联可以达到巨大数目的控制，又因为电子集成芯片成本极其低廉（每芯片0.1元左右）寿命较长，故其可长时间低能耗低成本运行，优于其他控制系统（如：

单片机控制）。

项目33

基于wifi网络的警用太阳能探测小车

本项目成果可为公安、部队在探险、探测危险物品及其他探索活动中更安全、快捷地提供更多有价值的信息。

操作带有wifi连接功能的手机、笔记本等终端，通过wifi无线网络或远程网页连接到小车内置的无线路由器IP地址，向路由器发送指令，无线路由器将指令接收并传输到内置的AVR单片机控制电路，单片机便会执行前进、后退、左转、右转、停车等相关指令，同时，安装在小车上的摄像头可以通过终端—无线路由器—单片机控制舵机上下、左右调整探测范围，通过单片机——无线路由器将探测到的数据反向传递给操作终端，实现交互式操作。

供电系统采用单晶硅5W钢化太阳能电池板将太阳能转化为电能储存到12V8AH锂电池中，供小车使用。

操作wifi终端，通过wifi网络或远程网页连接到小车内置的无线路由器，向路由器发送指令，路由器将指令接收并传输到内置的AVR单片机电路，单片机便会执行相关指令，同时，安装在小车上的摄像头可以通过终端—无线路由器—单片机控制舵机调整探测范围，通过单片机—无线路由器将数据反向传递给终端，实现交互式操作。

将目前国内视频小车采用普通遥控器控制的方式改为更进为更强大的wifi网络；

将安装在遥控车上的捆绑式手机摄像头改进为舵机控制红外摄像头，改变原来摄像头通过蓝牙方式传输视频缓慢的缺点，扩大操作范围，增强传输信号，为探测小车进入空间狭小、深度大的危险地带（如矿洞、深沟等）提供有利条件。

为公安、部队在探险、探测危险物品及其他探索活动中更安全、快捷地提供更多有价值的信息。

项目34

基于红外和DHMM的节能可声控模拟电梯门控系统

本系统可以实现如下功能：

第一、防止电梯的无效停靠动作，有效节约电能和人们的时间；

第二、动态显示电梯负载和预停靠状况，有效实现电梯的分流，提高电梯利用率；

第三、可语音控制电梯，方便残疾人士的使用；

第四、具有故障自动报警功能，方便工作人员及时排除电梯故障

电梯已成为高层建筑物必不可少的交通工具，而电梯又是有名的“电老虎”，目前电梯普遍存在如下现象：

首先，电梯无效停靠动作过多，耗电费时。

当乘客按下某一楼层电梯按钮后，由于种种原因离开了，电梯仍会在该楼层停下——即无效停靠。

这种无效停靠不仅浪费人们的时间，而且严重浪费电能。

根据调查统计，电梯用电量占高层建筑物总用电量的17％～25％，高于照明、供水等的用电。

电梯电机功率为15KW—80KW，每部电梯每天耗电量约为30—120度，其中，80%的电能被电机消耗，剩下20%的电能用于电机散热和轿厢照明。

以1栋15层的电梯为例，高峰期时，电梯每小时停靠约180次，其中，无效停靠动作约10次，如果能有效去除该无效停靠动作，减少电梯启停次数，则能显著减少电梯的耗电量。

按每部电梯每天耗电80度计算，去除无效停靠动作后，每天节约电能约10度，即节约10%的电能。

2010年底全国140万台电梯每年可节电约50亿千瓦时。

其次，电梯的按钮系统不方便特殊人群的使用，对盲人、手臂伤残和双手拎满东西的乘客来说，电梯按钮系统不方便使用，开发一种语音电梯控制系统则能使残疾人士无障碍通行，保障他们的权益，使得这部分弱势群体也能充分享受高科技带来的便利，体现人文关怀。

第三，当前的电梯无法显示轿厢负载和电梯预停靠情况，对拥有多部分散电梯的高楼来说，容易出现部分电梯满载而部分电梯空载的状况。

因此，设计一种能实时显示电梯负载和电梯预停靠状况的装置能有效的分流，提高电梯的利用率，节约人们的时间。

第四，目前大部分的电梯的故障报警由乘客手动拨打电话完成，当电梯发生故障造成乘客惊慌失措时，乘客有时无法及时准确地报告电梯的故障。

对电梯一些小故障，部分乘客甚至疏忽不报，这些都给电梯带来安全隐患。

开发电梯故障自动报警装置则能有效避免上述问题。

当电梯发生故障时，系统能自动在第一时间通知工作人员，方便其判断和检修，提高电梯的安全性和可靠性。

在综合考虑了上述各项因素后，我们开发出一种基于红外和DHMM的节能可声控模拟电梯门控系统，该系统能实现如下功能：

1、有效去除电梯的无效停靠动作，节约人们的时间和电能。

即当轿厢外的乘客呼叫完电梯却有事离开后，电梯将不会在该层停靠；

2、可语音呼叫电梯，其非特定人语音孤立词汇识别率超过90%，满足电梯控制的需求；

3、能动态显示轿厢负载和电梯预停靠状况，有效实现电梯的分流；

4、具有故障自动报警功能，即在电梯发生故障时，通过GSM模块第一时间向工作人员发送报警信息。

系统在罗克韦尔实验室的电梯模型上调试成功，上述功能均能实现。

基本思路：

电梯已成为高层建筑必不可少的交通工具，对大部分电梯而言，仍存在许多可以改进的地方：

一、电梯无效停靠动作过多，耗电费时。

当乘客按下某一楼层电梯按钮后，由于种种原因离开了，电梯仍会在该楼层停靠——即无效停靠。

电梯的无效停靠不仅浪费人们的时间，还严重浪费电能。

二、电梯分流不均，降低电梯利用率。

普通电梯无法显示轿厢负载和预停靠状况，容易导致电梯分流不均，降低了电梯利用率。

三、电梯按钮系统不方便特殊人群的使用。

对盲人、手掌手臂伤残以及双手拎满东西的乘客来说，电梯的按钮系统不够人性化。

四、电梯的故障报警大多由乘客手动拨号完成，容易出现错报、误报、漏报的情况，给电梯带来安全隐患。

基于此，我们发明出一种基于红外和DHMM的节能可声控模拟电梯门控系统，能够有效解决上述问题。

本发明的创新点：

第一，能有效去除电梯的无效停靠动作，节约电能和人们的时间。

第二，可以动态显示电梯负载和预停靠状况，有效实现电梯的分流。

第三，可语音呼叫电梯，方便残疾人士的使用。

第四，具有故障自动报警功能，方便工作人员实时掌握电梯运行状况，及时排除电梯故障。

主要技术指标：

一、当轿厢外乘客呼梯却有事离开后，只需两秒钟时间，就可以将信号传达给PLC。

二、系统非特定人孤立词汇语音识别率可达90%，满足电梯声控需求。

三、当电梯出现故障时，能在五秒钟内将故障信息发送到电梯公司的总服务台上，响应快速。

四、系统工作在最大能耗状态时，功率小于3W。

基于红外和DHMM的节能可声控模拟电梯门控系统”能实现如下功能：

本系统在罗克韦尔实验室的电梯模型上调试成功，上述功能均能实现。

通过查阅期刊和文献，我们没有发现有同类课题研究，市面上也没有同类产品出现，在给PLC拓展单片机以提高电梯智能化、人性化和节能水平上，我们走在了前列。

项目35

暖心鼠标

我们对一般鼠标做了改进，比一般鼠标多了一个开关、一根发热电阻丝。

发热电阻丝直接由接入鼠标的USB电源线提供，不需安装电池或另设电源。

选择优质电阻丝，额定电压低，额定功率小，安全系数高。

打开开关，3至4分钟鼠标的温度就会恒定在40℃以上。

为了保重鼠标外壳受热均匀，发热电阻丝通过加热空气，空气再把热量传给外壳。

发热电阻丝不影响鼠标正常工作。

总成本比一般鼠标增加1元左右，但性价比提升了。

鼠标是计算机的重要输入设备。

操作者要长时间把手放在鼠标上。

寒冷的冬天，会给人们操作鼠标带来很大的不便。

我们对一般鼠标做了一些改进，比一般鼠标多了一个开关、一根发热电阻丝和支撑发热电阻丝的支架。

在天冷的时候打开开关，鼠标接通后1分钟，就明显感觉到温度，3至4分钟鼠标的温度就会恒定在40℃以上。

为了保重鼠标外壳受热均匀，在鼠标内部发热电阻丝不直接及外壳接触。

而是通过加热空气，空气再把热量传给外壳。

总成本比一般鼠标增加1元左右。

虽然成本略有增加，但鼠标的性能增加，性价比提升了。

在普通鼠标中添加一个电阻丝、和开关，在天冷的时候打开开关，鼠标的温度就会恒定在40℃以上，给使用者在冬天带来很大的方便。

虽然在鼠标中添加一根电阻丝，只是一个简单的想法，但却解决了很大的问题，在外观上和普通鼠标一样，在使用上采用USB接口供电，也不用另设电源。

加上开关后，不在冬天也可以使用。