投稿類別 : 工程技術類 篇名 : 作者 : 徐正奕 台南高工 電機三乙 指導老師 : 張簡民崇老師
壹 前言 一 研究動機 水陸兩用車結合了車與船的雙重性能 一方面可以像汽車一樣的在陸地 上行駛穿梭, 另一方面又可像船一樣的在水上行動 大多運用於軍事 救災 救難 探測等專業領域, 後來甚至也應用於旅遊觀光和公共運輸的交通上 水陸兩用車的發展已有上百年的歷史, 雖然市面上已有相關產品, 但是 我想要自己創作出來 於是專題就決定以這個主題去挑戰, 希望能製作出可 以救助災難的水陸兩用車 至於為何要用遙控的方式呢? 因為我還不會開車, 所以就用遙控模擬 開車時的情況 二 研究目的 因為每一次看到颱風過後, 新聞頻道都會播報有關泡水車的報導 每一 次看到, 我都會覺得陷入困境中的人很可憐! 若是車子泡水了, 除了勞民傷 財之外, 最重要的是生命也會受到威脅 因此希望能製作出, 淹水時仍可以在水上行走的救災用水陸兩用車, 以便保護人民的生命安全 三 研究方法 發想題目研究原理材料蒐集 電路程式配合 寫出程式 製作電路 測試成品 完成專題 1
貳 正文 一 水路遙控車功能動作圖解 動作圖 遙控器 傳送訊號 HT-12E 編碼 RF 發射 RF 接收 般馬達 伺服馬達 89S51 解碼 HT- 12D 左右風扇 陸上或水上 浮球開關 動作流程 : ( 一 ) 遙控器傳送訊號給編碼 IC HT-12E ( 二 ) 編碼 IC HT-12E 編碼後傳送到 RF 發射模組後, 發射訊號 ( 三 ) RF 接收模組接收訊號, 並經由解碼 IC HT-12D 解碼, 解碼後將訊 號傳送給單晶片 89S51 ( 四 ) 同時浮球開關判斷水上或陸上行駛後, 再將訊號傳送至 89S51 ( 五 ) 89S51 再經內部程式動作馬達 ( 六 ) 若是陸上, 啟動一般馬達或伺服馬達, 水上則是啟動左右風扇 2
二 元件介紹 ( 一 )89S51 晶片 這次的專題是利用 89S51 晶片燒錄程式, 用來執行整台車的動作 圖一 :89S51 IC 接腳圖 ( 註一 ) ( 二 ) HT-12E 編碼器與 HT-12D 解碼器 1 HT-12E 特性 : (1) 工作電壓在 2V~12V (2) HT-12E 編碼 IC 有 28=256 組密碼設定, 腳位為 A0~A7 可傳 送四位元資料 (3) D0~D3 是資料輸入位元 ;DATA OUT 是資料發送端 ( 作者 : 蔡宗成 黃凱 鄧嘉峰 胡正鈺 陳明周,2001 )( 註二 ) 圖二 :HT-12E 編碼 IC 接腳圖 ( 註二 ) 3
2 HT-12D 特性 : 當 HT-12D 接收到密碼配對相同的 HT-12E 所發出的資料時, 將 使輸出腳位 D0~D3 輸出傳送的數值 圖三 :HT-12D 解碼 IC 接腳圖 ( 註二 ) ( 三 )RF 無線收發模組 透過無線收發模組能將編碼過的數值傳送至接收端, 連接於接收端的 解碼 IC HT-12D 將其解碼後輸入至 89S51 讀取, 讓 89S51 動作 發射 接收 圖四 :RF 無線收發模組 ( 註三 ) ( 四 )TA7257P 晶片 (1) 於 IC 輸入腳位中加入 0 或 1 的邏輯位準信號, 作為輸入信號的組合 (2) IC 工作電壓與馬達的驅動電壓可獨立輸入, 可作伺服控制 ( 作者 : 蔡宗成,2001-09-10) ( 註四 ) 4
( 五 ) 繼電器 圖五 :TA7257P 橋式 IC ( 註四 ) 用較低的電電壓去控制較高電壓的一種接點控制, 具有有保護 轉換電路的功能 利用 9013 NPN 電晶體電路 ( 額定電壓 :DC 5V) 來推動繼電器激磁線圈並切換換其內部的接點, 以達到強制切離馬達主線線路之電源 ( 額定電壓 :AC 110V), 防止馬達燒毀 三 程式設計 圖六 : 繼電器 利用 Keil uvision4 設計 C 語言程式 圖七 :Keil uvision4 四 製作過程 C 語言程式 圖八 :Keil uvision4 C 語言程式 5
( 一 ) 車體 因為在水中怕潮濕, 所以車底部分是以壓克力板作為車架 1 以鋸子鋸出車體底板 2 以烙鐵挖出所需零件固定孔, 因電鑽易使壓克力破裂 圖九 : 壓克力車體 ( 二 ) 組裝 1 線路板電子零件焊接 2 各種元件定位, 以螺絲固定 3 配線 圖十 : 電路板焊接 圖十一 : 電子零件定位 6
圖十二 : 遙控器底部 圖十三 : 遙控器 ( 三 ) 浮球開關 浮球開關是用來辨別水上和陸上的用具 可是我的浮球開關必須和繼電器一起使用, 因為當初買浮球開關的時候, 只有賣 NC 接點的浮球開關, 而我需要的是 NO 接點的浮球開關 所以我就利用繼電器修改線路, 使浮球上升的時候, 變成 NC 接點, 啟動水上風扇 陸上 水上 浮球開關接點接通接點斷開 繼電器動作不動作 89S51 水上無輸入訊號水上訊號輸入 圖十四 : 浮球開關 7
( 四 ) 成品 圖十五 : ( 五 ) 測試中故障現象及排排除方法 : 1 接收器收不到訊訊號 檢查出 : 天線須調整長度和角度 2 89S51 無輸出, 檢查程式後, 修改錯誤語法 3 89S51 D0 腳位輸輸出電壓正常, 但無法推動馬達 請教老師師後, 了解到電流太小, 因此再再增加 TA7257P 達靈頓電晶體組件 4 因為原來測試時時的供應電源是 AC/DC Power Supply(DC 5V),, 但遙控車的 Power Supply 須裝裝於車上 本來用三號電池供應, 測試不久久就電源耗盡 最後請教老師, 改用行動電源後完成作品 圖十六 : 電池改為行動電源 8
參 結論 此專題製作帶給我很大的啟示 : 在達成目標的過程中, 當遇到困難時, 決不放棄, 一定要堅持到最後一刻才能勝利 雖然在此專題的製作過程中遇到很多困難, 但是透過指導老師的指點後, 我趕快改進 並再去找資料 材料後, 應用所學過的專業知識整合, 進行焊接 軟體設計 故障檢修, 最後終於達成目標 在每一次困難出現時, 我絞盡腦汁做各方面的修改和試驗, 當困難解 決的那一瞬間是我最大的快樂 例如 : 程式問題或是焊接錯誤, 都要先了 解動作原理再細心檢修, 結果每一次故障問題都能迎刃而解 此次的專題讓我學習到理論與實際的差距 在製作專題過程中, 學習 到無線發射與接收電路 浮球開關和 Relay 的應用 單晶片的功能等等 當全部功能都做出來後, 心中充滿成就感, 也更加肯定自己 雖然專題完成了, 但是我覺得還可以再進步, 因為還有一些問題點 : 1 在水中浮力的問題 以後經濟許可, 我要設計 : 在水中時, 讓四個輪子收起來 再尋找耐刮而堅硬的充氣材料, 以便浮在水面上的時間能維持得 更久 並且利用功率足夠可正逆轉的風扇在水中自由行駛 2 電源供應無法持續太久 我想把電池設計成如同行駛中的汽車般, 行駛中即可充電 最後我覺得這一次專題製作帶給我很大的成就感, 所以我會繼續在這個 領域上努力鑽研, 期許將來我能創造出獨一無二的相關作品! 9
肆 引註資料 註一 ALL ABOUT ELECTRONICS 擷取日期 :2015 年 4 月 5 日 取自 : http://4u-electronics.blogspot.tw/2011/05/microcontroller-at89s5152.html 註二 作者 : 蔡宗成 黃凱 鄧嘉峰 胡正鈺 陳明周 (2001-08-29) 修改: 蔡宗成 (2002-05-23) 推薦 : 徐業良 (2001-08-30) 無線電收發模組電路製作介紹 擷取日期 :2015 年 4 月 17 日 取自 : http://designer.mech.yzu.edu.tw/articlesystem/article/compressedfile/(2001-08-30)%20%e 7%84%A1%E7%B7%9A%E9%9B%BB%E6%94%B6%E7%99%BC%E6%A8%A1%E7 %B5%84%E9%9B%BB%E8%B7%AF%E8%A3%BD%E4%BD%9C%E4%BB%8B%E7 %B4%B9.aspx?ArchID=322 註三 益眾科技 擷取日期 :2015 年 5 月 16 日 取自 : http://www.icci.com.tw/ch60/ch2/2307/md/md565249.html 註四 作者 : 蔡宗成 (2001-09-10) 推薦: 徐業良 (2001-09-11) 小型馬達驅動 IC 簡介與應用 擷取日期 :2015 年 5 月 24 日 取自 : http://designer.mech.yzu.edu.tw/articlesystem/article/compressedfile/(2001-09-11)%20%e 5%B0%8F%E5%9E%8B%E9%A6%AC%E9%81%94%E9%A9%85%E5%8B%95IC%E7 %B0%A1%E4%BB%8B%E8%88%87%E6%87%89%E7%94%A8.aspx?ArchID=323 註五 張義和 王敏男 許宏昌 余春長 例說 89S51-C 語言 新文京 註六 吳一農 8051 單晶片 C 語言入門與實作 台科大 10