电子绘图小车系统设计思路
1. 系统概述
该系统主要由以下部分组成：
小车平台: 包含电机、车轮、滑轨、笔架等，负责移动和绘画。
控制系统: 采用单片机控制，负责接收用户指令，控制电机运动，调节笔架高度，实现绘图功能。
用户接口: 通过按键、显示屏或其他方式与用户交互，选择图形、设置参数和控制小车。
2. 控制电路设计
2.1 单片机选择
选择一款合适的单片机，例如Arduino Uno，具备足够的I/O口和处理能力。
2.2 电机驱动电路
选择合适的电机驱动模块，例如L298N电机驱动模块，驱动小车电机，实现正反转控制和速度调节。
将电机驱动模块与单片机连接，通过单片机控制电机驱动模块的信号，实现对电机的控制。
2.3 光电传感器
使用光电传感器监测小车行驶距离，通过单片机读取光电传感器的数据，计算小车移动距离。
将光电传感器与单片机连接，使用中断方式读取传感器信号，以提高响应速度和效率。
2.4 笔架设计
设计一个简单的笔架，通过舵机控制笔架的升降，实现画笔的抬起和放下。
将舵机与单片机连接，通过单片机控制舵机的转动角度，实现对笔架的控制。
2.5 用户接口
使用按键来选择图形类型，例如圆形、方形、矩形等。
使用数字按键或旋钮来设置图形参数，例如圆的半径、方形的边长、矩形的长宽等。
使用显示屏来显示用户选择和设置的参数信息，方便用户进行操作。
3. 软件设计
3.1 程序流程
初始化: 初始化单片机、电机驱动模块、光电传感器、舵机、按键、显示屏等硬件设备。
用户输入: 通过按键选择图形类型和设置参数，并显示在显示屏上。
绘制图形: 根据选择的图形类型和设置的参数，计算小车行驶路径，并通过电机驱动模块控制电机运动，通过舵机控制笔架升降，实现绘图功能。
循环控制: 不断循环执行步骤2和3，直到用户停止绘图。
3.2 代码框架
// 定义引脚
const int motorA_pin1 = 12;
const int motorA_pin2 = 13;
const int motorB_pin1 = 11;
const int motorB_pin2 = 10;
const int sensorPin = 2;
const int servoPin = 9;
const int buttonPin = 7;
// 定义变量
int shape = 0; // 图形类型 0: 圆形，1: 方形，2: 矩形
int radius = 5;
int sideLength = 5;
int length = 10;
int width = 5;
unsigned long distance = 0;
int direction = 1; // 运动方向，1: 正向， -1: 反向
// 初始化函数
void setup() {
// 初始化串口
Serial.begin(9600);
// 初始化电机驱动模块
pinMode(motorA_pin1, OUTPUT);
pinMode(motorA_pin2, OUTPUT);
pinMode(motorB_pin1, OUTPUT);
pinMode(motorB_pin2, OUTPUT);
// 初始化光电传感器
pinMode(sensorPin, INPUT);
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(sensorPin), sensorInterrupt, RISING);
// 初始化舵机
pinMode(servoPin, OUTPUT);
// 初始化按键
pinMode(buttonPin, INPUT);
}
// 主循环函数
void loop() {
// 读取按键输入
if (digitalRead(buttonPin) == LOW) {
// 处理按键事件，选择图形类型和设置参数
}
// 根据图形类型和参数，控制小车运动和笔架升降，实现绘图功能
switch (shape) {
case 0: // 绘制圆形
drawCircle(radius);
break;
case 1: // 绘制方形
drawSquare(sideLength);
break;
case 2: // 绘制矩形
drawRectangle(length, width);
break;
}
}
// 光电传感器中断函数
void sensorInterrupt() {
distance += direction * 1; // 每次触发中断，计数值加或减1
}
// 绘制圆形
void drawCircle(int radius) {
// 控制电机运动，并根据距离和半径计算运动时间
// 控制舵机升降，放下笔画圆，再抬起笔
}
// 绘制方形
void drawSquare(int sideLength) {
// 控制电机运动，并根据距离和边长计算运动时间
// 控制舵机升降，放下笔画边，再抬起笔
}
// 绘制矩形
void drawRectangle(int length, int width) {
// 控制电机运动，并根据距离、长和宽计算运动时间
// 控制舵机升降，放下笔画边，再抬起笔
}
// 控制电机正转
void motorForward() {
// 设置电机驱动模块的信号，实现电机正转
}
// 控制电机反转
void motorBackward() {
// 设置电机驱动模块的信号，实现电机反转
}
// 设置电机速度
void setMotorSpeed(int speed) {
// 设置电机驱动模块的信号，实现电机速度调节
}
// 控制舵机转动
void setServoAngle(int angle) {
// 设置舵机驱动信号，实现舵机角度控制
}
4. 注意事项
电机驱动模块: 选择合适的电机驱动模块，确保其能驱动小车电机，并具有足够的电流输出能力。
传感器精度: 光电传感器精度会影响绘图精度，选择合适的传感器，并进行校准。
笔架设计: 笔架设计应确保画笔能稳定地接触纸面，并能轻松升降。
代码调试: 编写程序时，需要仔细调试代码，确保程序能正确执行，并根据实际情况进行调整。
5. 拓展
可以增加更多图形类型，例如三角形、五角星等。
可以添加更高级的控制功能，例如轨迹规划、自动避障等。
可以使用蓝牙、WIFI等无线通信模块，实现手机或电脑远程控制绘图小车。
6. 总结
以上是一个电子绘图小车系统设计的思路和代码框架，具体的实现细节需要根据实际情况进行调整。该系统可以帮助用户学习单片机控制技术、电机驱动技术、传感器应用等，并可以激发学生的创造力和动手能力。 |
