項目說明

本項目主控采用梁山派，實現2021年全國大學生電子設計競賽I題具有發電功能的小車，本項目由隊長雷超林，隊員周印，趙曉林共同完成

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開源協議

GPL3.0

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項目相關功能

使用立創梁山派開發板為核心實現2021年全國大學生電子設計大賽I題：具有發電功能的儲能小車。該小車具有液晶顯示功能，采用超級電容（法拉電容）作為儲能元件。手動推動小車在圖 1 所示的手動發電區內，從 A 點單向直線運動至 B 點，重復該過程 5 次，完成一次完整充電過程，為超級電容充電。充電完成后的小車，按要求完成規定動作

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項目屬性

本項目為首次公開，為本人原創項目。項目未曾在別的比賽中獲獎。

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項目進度

5月16日確定方案

5月17日原理圖繪制

5月23日收到PCB

5月24日焊接好

5月24日程序調試

6月3日調試完畢

設計原理

1.1題目分析

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1.2題目重點考察發電的一個利用效率，怎么發更多的電，用的更少，所以我

發電部分設計采用有刷電機，由實驗得，發電機額定發電電壓為10V，

經查閱資料超級電容充電電壓不得超出額定電壓的5%（電容限制最低電壓：10.5V），

因此我們選擇將4枚2.7V超級電容串聯為10.8V超級電容作為本設計的儲能元件。

由于單片機控制系統工作電壓為5V，超級電容輸出選擇高效率的DC-DC降壓模塊給單片機和行走電機進行降壓。

驅動部分設計采用有刷減速電機，額定功率1W，額定轉速100RPM。

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1.3本次設計將發電和驅動分為兩部分分別進行，功能獨立。這樣我們電源的利用效率就非常高，能走更遠的距離，實測行走可以走十米。

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1.4檢測電路采用在同等精度下功耗更低的電容式接近傳感器，及紅外對射循跡模塊，

同時因為在測試過程中，部分傳感器僅在短時間需要工作，在本項目中，針對性設計了檢測完成后完全斷電的電路系統，避免了傳感器在不工作的狀態下繼續耗電的情況

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上圖為整個系統的框架圖

主要分為6個部分，首先由發電電機發電給法拉電容，再由電容升降壓給主控和傳感器以及電機，這里為什么用升降壓呢，因為當電容電壓低于5V時，就會自動開啟升壓模式，把電容榨干到1V，這樣我們可以把能量完全利用起來,由于金屬探測器比較耗電

所以我們采用了控制三極管，在基本部分的時候斷開供電，發揮部分開始供電。

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2.1 主控電路

上圖為本項目采用的開發板，為梁山派，在立創商城可以購買到

梁山派的主控有一個非常好的優點，自帶DAP下載器，同時下載器上集成串口功能，可以更加方便的下載和調試程序，更快定位程序所存在的問題。

2022年12月05號后立創·梁山派開發板主控從GD32F450ZGT6升級到了GD32F470ZGT6
兩款芯片兼容主要差別GD32F450ZGT6主頻200、SDRAM 256K，GD32F470ZGT6主頻240、SDRAM 512K

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2.2 法拉電容組電路

上圖為小車法拉電容電路，為4個電容串聯，在接電機端帶有指示燈，為基本部分第一問的要求，當電機發電時，指示燈會點亮。二極管的作用為單向導通，防止發出來的電又放回去，SS54的電流最大為5安，耐壓為40v，完全符合我們放電電機的參數。接的100nf電容為去耦電容，有刷電機發電時會有高頻噪聲灌入整個系統，所以接100nf可以降低噪聲。

上圖為小車的儲能電容

上圖為小車的發電電機

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2.3 電機驅動電路

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上圖為電機驅動電路，采用NPN加PNP驅動電路，因為題目只需要我們電機前進，所以我們電機只需要一個方向旋轉，二極管的作用是續流，因為電機停止轉動的時候會有反向電動勢，防止燒毀單片機。當MOTO腳為高電平時，Q7導通，Q6導通，電機運行，當MOTO為低電平的時候，Q7截止，Q6截止，電機停止運行。

上圖為行走的電機，功耗極低

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2.4 金屬傳感器接口電路

上圖為金屬傳感器，當檢測到金屬時，Q4導通，JC1的電平為3.3V，當沒有金屬時，Q4截止，JC1為低電平。POWER2為控制傳感器的電源，防止在基本部分時浪費電源。

上圖為小車所用的金屬傳感器，供電為5V

2.5 電源電路

上圖為電源電路，由一個MT3608升壓芯片和MT2492降壓芯片組成，輸出二極管的作用為防止灌流，在高于5V的輸入電壓時，降壓電路工作，輸出5V電源給單片機，當電壓低于5V時，MT3608工作，升壓到5V給給整個系統。這兩個芯片的效率都是在95%以上，非常的省電，適合我們發電小車的項目。我們在插入梁山派之前必須檢測輔助電源輸出的電壓是否正常，不然可能燒壞單片機。梁山派上有保險絲，保護工作還是到位的。

實測整個系統的待機能耗為5v 25mA，在基本部分的過程中，能耗為5V 87mA ，發揮部分為5V 124mA，發電電壓最高到9V 電流約0.5A

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2.6 外接電路

上圖為外接電路，接入循跡傳感器以及OLED顯示屏

尋跡傳感器為感應到黑線輸出高電平，感應到白色背景輸出低電平，使用之前必須調好靈敏度。Q1三極管負責打開尋跡，由于第一問用不到尋跡，所以不需要開，節約電源。

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軟件說明

程序已經上傳，程序部分較為簡單，就是一個簡單的尋跡，但是做了好久的優化

以上為程序中主要的尋跡程序，對電源電壓要求較高，在不同的電壓下，需要自行調節速度范圍

程序都在mian函數中

實物展示

上圖為發電小車的整體結構，上面是發電電機，下面是行走電機，由于PCB的高度還有小車整體的高度，尋跡無法設計到PCB上（太高感應不到），所以我們采用了小的尋跡模塊，價格便宜，方便更換。

上圖為梁山派主控，插入時請認清方向

上圖為發電電機，發電能力強，推的時候要下大力

上圖為發電小車的整體結構，采用航空鋁板，方便自己鉆孔，同時線束布在下方，做了一定的絕緣處理。

設計注意事項

大家一定要小心電容放電，由于電流較大，鑷子都可以燒紅，放電的過程中務必注意安全！

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其他

演示視頻：演示視頻上傳附件即可，附件最大只能長傳50M的文件，大于50M的文件可放置在其他網盤或視頻網站上，只需把地址鏈接放入這里即可

工程附件：參加活動的作品必須把工程相關的程序附件上傳至開源平臺或個人的代碼存儲云端，附件最大支持50M上傳（請勿在立創工作區上傳，有限制）