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正修科技大學

104 年度教師製作教具成果報告

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「電路學」課程

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團體 個人

單 位：電子工程系

單位主管： （簽章）

職 稱：副教授

姓 名：王志浩

執行期間： 104 年 2 月 1 日 至 104 年 7 月 31 日

教評會審查期間： 學年度第 次（ 年 月 日）

目 錄

一、 ------------------------------------------------------------- 教具內容

二、 ------------------------------------------------------------- 附件

（一）其他相關佐證資料(申請書)

（二）其他相關佐證教具照片

一、 教具內容

清潔機器人 RV13：

課程教具：2. 多功能自走車：

清潔機器人 RV13--系統功能

1. 碰撞感應

條件及功能:

當機器人行徑中前保險桿受到碰撞，碰撞訊息回傳至ＣＰＵ判定

後，後退 0.3 秒後右轉約 150 度。

系統功能方塊圖:

圖 2-1

2. 懸空感應

條件及功能：

當機器人行徑中，左、中、右三端紅外線感測器感測

到懸空，訊息回傳至ＣＰＵ 判定後，後退 0.５秒後右轉

約 50 度。

懸空感應 系統功能方塊圖：

圖 2-2

1. 螺旋式路徑

條件及功能：

設定不斷右轉然後前進，每次右轉固定角度約２０度，但直走

指令將隨時間變化逐漸增加前近時間，可做到螺旋式的路徑。

系統功能方塊圖：

圖 2-3

1. 方形路徑

條件及功能：

直線行徑當遇到牆面，訊息回傳至ＣＰＵ 判定後，

後退 0.3 秒後右轉約９０度。

系統功能方塊圖：

圖 2-4

3. 鋸齒路徑

條件及功能：

直走 0.2 秒然後右轉 0.2 秒，再直走 0.2 秒然後左轉 0.2 秒，

重複循環

系統功能方塊圖：

圖 2-5

4. 之字路徑

條件及功能：

直走 2 秒然後右轉 0.2 秒，再直走 2 秒然後左轉 0.2 秒，重複

循環

系統功能方塊圖：

圖 2-6

5. 找尋充電站

條件及功能：

當控制器按下尋找充電站時，會尋找充電站所發出的紅

外線訊號，在充電站範圍內會自動回到充電站進行充電系統功能方

塊圖：

圖 2-7

清潔機器人方法及進行步驟

1. 採用之方法：

使用清潔機器人ＲＶ－１３做為研究機台，使用ＫｅｉｌＣ做為編譯

程式，利用程式設定路徑與功能使其在使用上更符合生活上的需求，我們

的主軸偏重於使用遙控器操作，使其能因應更多不同的家庭擺設。

2. 原因：

ＲＶ－１３算是一台比較初階的清潔機器人，而且常用於教學上使

用，可以說是日常生活中不算陌生的機台，但一般學校教學上偏重於比賽

項目，所以通常都是一個程式跑到底，而我們使用遙控器做為操作，可以

同時輸入多個程式路徑，在使用上也更加便利。

3. 特色：

我們的研究著重於遙控器的使用，使機器人的功能性更多樣化，可以依

照家裡環境需求用，使用不一樣的的路徑，可以更有效率的達到清潔的目的，

而且遙控器在生活上是一種非常普遍的東西，家家戶戶多多少少都有，所以大

家對於遙控器的使用也非常的不陌生，只要依照遙控器上的簡易圖示，一個按

鈕就能做操控。

4. 解析過程及可應用的範例：

編譯程式路徑例如：

1. 正方形路徑：

在一個方型的空間中，可沿著牆邊做清潔的動作。

2. 螺旋路徑：

依螺旋的方式由圓心做掃描事的螺狀畫圓，在較大空間中可做完整的清理。

3. 波浪狀路徑：

此路徑對於小空間房間的清理有較好的效果，例如床邊書桌下等等。

清潔機器人之硬體電路分析

5.1 清潔機器人之馬達電路

圖5-1

1、當FF=1 及WR=0

∵ Q5 的BE 順偏， ∴ Q5 導通

∵ Q5 的iE5 等於Q4 的iB4， ∴ Q4 導通

∵ Q5 的iC5 等於Q1 的iB1， ∴ Q1 導通

∵ Q6 的VB6 ＝0， ∴ Q6、Q2 截止

2、若FF=1 及WR=1

∵ Q7 導通，VB6≒0.2， ∴ Q6、Q2 截止

∵ Q6 截止，Q3 的 iB3＝0， ∴ Q3 截止

5.2 清潔機器人之電源電路

圖5-2

1、電源中︰UTC MC34063 提供馬達用 8.3V、系統用 8.3V、充電用 18.6V；

7805 提供 5V。

5.3 踩空感測的電路圖

圖5-3

硬體電路說明 :

1. 直流馬達控制

(1).馬達應用說明

馬達是在生活上、工業上常用的一種電能轉動能裝置，舉凡電風扇、吹風機、電動機車、錄放音機、光碟機等產品上常見其蹤跡。馬達可分為交流馬達以及直流馬達，以

小電力、小動能的應用上來說，直流馬達最適合，因此本章便以直流馬達的控制為主。

(1-2).直流馬達控制原理 一般直流馬達有兩個線端，一為正端，一為負端，只要在兩線端輸入額定的直流電壓，

便可使馬達轉動，若輸入電壓極性反接，則可使馬達逆轉。

(1-2-1)啟動／停止控制電路 要控制直流馬達的啟動以及停止，如圖 1.1 所示 ENA(B)為制能腳，長 HIGH 時，

MOTOR 啟動；LOW 時，MOTOR 停止。

(1-2-2)正／反轉控制電路

感測元件

(1).原理說明

設計有三個紅外線光反射器型的光感測器，其編號分別為 R、C、L。本實習希望做到將編號為 R 的光感測器用手遮蓋住時，七段顯示器 SEG1 的顯示值減 1，放開再蓋住時又

再減 1；而將編號為 C 的光感測器用手遮蓋住時，七段顯示器的顯示值清除為 0；另外將編

號為 L 的光感測器用手遮蓋住時，七段顯示器上的顯示值加 1，放開再蓋住時又再加 1。 本實習的七段顯示器使用已編碼的控制埠 P2，而光感測器的資料讀入埠為 P0.0～P0.2，各

別對應為 R、C、L。

CNY70 的內部結構，其中包含紅外線發光二極體、光電晶體，以及光濾波器，其功能分別

是：

(1)紅外線發光二極體：類似發光二極體(LED)的功能，當 PN 二端加上順向偏壓

時可發出波長為 800 nm 的紅外線不可見光。

(2)光電晶體：為一個對紅外線波長具敏感反應的光偵測元件，當光電晶體受

紅外線光照射時為低阻抗，而未受光時呈現高阻抗。

(3)光濾波器：為一僅讓波長為紅外線附近光譜通過的濾光透鏡，可用來加強

光電晶體的抗雜訊能力（紅外線以外不可見與可見光的干擾）。

↑(腳位圖由參考書中得知: 藍色濾鏡.為 A.K 黑色濾鏡為 E.C)

CNY70 是以反射發射與接收的原理來進行工作:

(A. K 腳位是相通的,CE 腳位也是)

有反射物↑ 無反射物↑

.設計對策

感測器的放置位置與導引線間的關係是非常重要的，若三個光感測器 L、C、R 的

位置排列如圖所示，則因兩個兩個間相距太大，使得自走車行進間偏離導引線很大時

才修正，造成車子蛇行；若排列如圖(b)，則因兩個兩個間相距太小，使得自走車時時

修正，造成車子抖行，這也是不理想的；適當的排列是有助於自走車順利行進的。

導引線 導引線 導引線

(圖 A)-光感測器放置位置圖

光感測器放置位置圖(a)距離太寬 (b)太窄 (c)剛好

自走車導引控制對策

感測器

狀況

自 走 車 狀 況 對

策

處 理

情 況

(LCR) 左輪 右輪

010 只有 C 感測到線，代表車子剛好在適

當的位置上。

前進 前進 前進

011 C、R 感測到線，代表車身稍偏導引線

的左邊

向右微修

正

前進 停止

001 只有 R 感測到線，代表車身太偏導引

線的左邊

向右修正 前進 後退

110 L、C 感測到線，代表車身稍偏導引線

的右邊

向左微修

正

停止 前進

100 祇有 L 感測到線，代表車身太偏導引

線的右邊

向左修正 後退 前進

000 L、C、R 皆無感測到線，代表車子跑

出導引線外

後退修正 後退 後退

111 L、C、R 皆感測到線，代表車子到達

停止區

停止 停止 停止

101 此情況不可能發生(如果有動作,那就

是我們 8051 程式碼有問題)

Ｘ Ｘ Ｘ

000-L、C、R 皆感測到線，代表車子到達停止區

010-正確位置-前進(OK)

001-RR 感測到黑線,代表車身極偏導引線的左邊偏離(向右迴轉)

100-LL 感測到黑線,代表車身極偏導引線的右邊偏離(向左迴轉)

011-R 感測到黑線,代表車身＂稍＂偏導引線的左邊(向右修正)

110-L 感測到黑線,代表車身＂稍＂偏導引線的右邊(向左修正)

101-此情況不可能發生(如果有動作,那就是我們 8051 程碼 有問題)

紅外線感測電路

紅外線感測電路，因發光二極體所發射的紅外線經光電晶接收，光電晶體飽和，射極

電壓為高態， 因此經樞密特 IC 4069 取反向後，輸出低態，；當有障礙物阻擋時，發光二極體所發射的紅外線無法反射至光電晶體，光電晶幾乎截止，射極電壓為低態，傳送給

8051 運作。

.電源電路

1. 電源電路：

由於整流器電壓高達 24V，若是直接接上 89C51 之 VCC 必定會影響到單晶片之正

常運作，所以即使使用穩壓 IC 會浪費好不容易由市電所轉換的電能，但額外加一個 7805

來穩壓是值得而必要的。7805 前後極加上 220nF 之電解電電容是為了濾掉高頻雜訊，

使電路更穩定。

12X1

30pFC1

30pFC2

XTA

L1

XTA

L2

2.震盪電路:

1、使用石英晶體產生時脈時，須外接 3.5MHZ~12MHZ 之石英晶體。

此時之 C1=C2=30pF ±10Pf。

2．使用陶質共振器產生時脈時，C1、C2 之選擇依共振器的規格說明來使用。

3. 8051-RESET 電路

RESET：MCS-51 族系之 CPU 重置時，RST (第 9 腳) 接腳必須維持高態至

少 2 個機械週期 (即 24 個振盪週期)。重置輸入腳內部是一個史密特觸發

電路，可以防止因外部重置時所造成的雜訊干擾現象，重置信號為高態

(“1＂) 動作，且必須維持至少 2 個機械週期，即 24 個振盪週期，如果使

用 12MHZ 振盪時脈，則重置時間至少需要 2 微秒(uS)。 ↓(下圖為概圖)

10K

R7RES400

10uF

C1Cap Pol1

VCC

RESET

VCC

S2SW-PB

4.哨音啟動電路

下圖為自走車能聽哨音動作的的啟動電路，其中 X1 為電容式麥克風，VB 為 一 R22、R37 的分壓的單純直流，因此

VB=VCCKK

KRR

R6.510

6.553722

37

+×=

+× =1.8V

當沒有聲音發出時，直流電壓 VB=1.8V 經耦合電容 C4、Q5 的 VBE 充電，很

快耦合電容 C4 充飽形同斷路，此時基極電阻 R38 很大，無足夠的 IB 電流使

電晶體 Q5 導通，因此 Q5 截止，Vo≒5V。而當哨音吹響，或有較大聲響發

出時，X1 內部的薄膜因跟著聲波振動，使得 X1 兩端出現聲波，如圖 14.9(a)

所示，此交流訊號的直流準位經 R22、R37 提升至 VB，經電容耦合後，聲波

之大小足以推動電晶體 Q5，使 Q5 導通，因此輸出電壓 Vo≒0V。

程式流程圖

1. 聲控自走程式流程圖

2. 搖控按鍵流程圖

二、 附件

（一）其他相關佐證資料(申請書)

（二）其他相關佐證教具照片