项目说明

本项目主控采用梁山派，实现2021年全国大学生电子设计竞赛I题具有发电功能的小车，本项目由队长雷超林，队员周印，赵晓林共同完成

 

开源协议

GPL3.0

 

项目相关功能

使用立创梁山派开发板为核心实现2021年全国大学生电子设计大赛I题：具有发电功能的储能小车。该小车具有液晶显示功能，采用超级电容（法拉电容）作为储能元件。手动推动小车在图 1 所示的手动发电区内，从 A 点单向直线运动至 B 点，重复该过程 5 次，完成一次完整充电过程，为超级电容充电。充电完成后的小车，按要求完成规定动作

 

项目属性

本项目为首次公开，为本人原创项目。项目未曾在别的比赛中获奖。

 

项目进度

5月16日确定方案

5月17日原理图绘制

5月23日收到PCB

5月24日焊接好

5月24日程序调试

6月3日调试完毕

设计原理

1.1题目分析

 

 

1.2题目重点考察发电的一个利用效率，怎么发更多的电，用的更少，所以我

发电部分设计采用有刷电机，由实验得，发电机额定发电电压为10V，

经查阅资料超级电容充电电压不得超出额定电压的5%（电容限制最低电压：10.5V），

因此我们选择将4枚2.7V超级电容串联为10.8V超级电容作为本设计的储能元件。

由于单片机控制系统工作电压为5V，超级电容输出选择高效率的DC-DC降压模块给单片机和行走电机进行降压。

驱动部分设计采用有刷减速电机，额定功率1W，额定转速100RPM。

 

1.3本次设计将发电和驱动分为两部分分别进行，功能独立。这样我们电源的利用效率就非常高，能走更远的距离，实测行走可以走十米。

 

1.4检测电路采用在同等精度下功耗更低的电容式接近传感器，及红外对射循迹模块，

同时因为在测试过程中，部分传感器仅在短时间需要工作，在本项目中，针对性设计了检测完成后完全断电的电路系统，避免了传感器在不工作的状态下继续耗电的情况

 

上图为整个系统的框架图

主要分为6个部分，首先由发电电机发电给法拉电容，再由电容升降压给主控和传感器以及电机，这里为什么用升降压呢，因为当电容电压低于5V时，就会自动开启升压模式，把电容榨干到1V，这样我们可以把能量完全利用起来,由于金属探测器比较耗电

所以我们采用了控制三极管，在基本部分的时候断开供电，发挥部分开始供电。

 

2.1 主控电路

上图为本项目采用的开发板，为梁山派，在立创商城可以购买到

梁山派的主控有一个非常好的优点，自带DAP下载器，同时下载器上集成串口功能，可以更加方便的下载和调试程序，更快定位程序所存在的问题。

2022年12月05号后立创·梁山派开发板主控从GD32F450ZGT6升级到了GD32F470ZGT6
两款芯片兼容主要差别GD32F450ZGT6主频200、SDRAM 256K，GD32F470ZGT6主频240、SDRAM 512K

 

2.2 法拉电容组电路

上图为小车法拉电容电路，为4个电容串联，在接电机端带有指示灯，为基本部分第一问的要求，当电机发电时，指示灯会点亮。二极管的作用为单向导通，防止发出来的电又放回去，SS54的电流最大为5安，耐压为40v，完全符合我们放电电机的参数。接的100nf电容为去耦电容，有刷电机发电时会有高频噪声灌入整个系统，所以接100nf可以降低噪声。

上图为小车的储能电容

上图为小车的发电电机

 

2.3 电机驱动电路

 

上图为电机驱动电路，采用NPN加PNP驱动电路，因为题目只需要我们电机前进，所以我们电机只需要一个方向旋转，二极管的作用是续流，因为电机停止转动的时候会有反向电动势，防止烧毁单片机。当MOTO脚为高电平时，Q7导通，Q6导通，电机运行，当MOTO为低电平的时候，Q7截止，Q6截止，电机停止运行。

上图为行走的电机，功耗极低

 

2.4 金属传感器接口电路

上图为金属传感器，当检测到金属时，Q4导通，JC1的电平为3.3V，当没有金属时，Q4截止，JC1为低电平。POWER2为控制传感器的电源，防止在基本部分时浪费电源。

上图为小车所用的金属传感器，供电为5V

2.5 电源电路

上图为电源电路，由一个MT3608升压芯片和MT2492降压芯片组成，输出二极管的作用为防止灌流，在高于5V的输入电压时，降压电路工作，输出5V电源给单片机，当电压低于5V时，MT3608工作，升压到5V给给整个系统。这两个芯片的效率都是在95%以上，非常的省电，适合我们发电小车的项目。我们在插入梁山派之前必须检测辅助电源输出的电压是否正常，不然可能烧坏单片机。梁山派上有保险丝，保护工作还是到位的。

实测整个系统的待机能耗为5v 25mA，在基本部分的过程中，能耗为5V 87mA ，发挥部分为5V 124mA，发电电压最高到9V 电流约0.5A

 

2.6 外接电路

上图为外接电路，接入循迹传感器以及OLED显示屏

寻迹传感器为感应到黑线输出高电平，感应到白色背景输出低电平，使用之前必须调好灵敏度。Q1三极管负责打开寻迹，由于第一问用不到寻迹，所以不需要开，节约电源。

 

软件说明

程序已经上传，程序部分较为简单，就是一个简单的寻迹，但是做了好久的优化

以上为程序中主要的寻迹程序，对电源电压要求较高，在不同的电压下，需要自行调节速度范围

程序都在mian函数中

实物展示

上图为发电小车的整体结构，上面是发电电机，下面是行走电机，由于PCB的高度还有小车整体的高度，寻迹无法设计到PCB上（太高感应不到），所以我们采用了小的寻迹模块，价格便宜，方便更换。

上图为梁山派主控，插入时请认清方向

上图为发电电机，发电能力强，推的时候要下大力

上图为发电小车的整体结构，采用航空铝板，方便自己钻孔，同时线束布在下方，做了一定的绝缘处理。

设计注意事项

大家一定要小心电容放电，由于电流较大，镊子都可以烧红，放电的过程中务必注意安全！

 

其他

演示视频：演示视频上传附件即可，附件最大只能长传50M的文件，大于50M的文件可放置在其他网盘或视频网站上，只需把地址链接放入这里即可

工程附件：参加活动的作品必须把工程相关的程序附件上传至开源平台或个人的代码存储云端，附件最大支持50M上传（请勿在立创工作区上传，有限制）