有害气体检测与抽排电路及机器人行走电路设计课程设计说明书.doc

目录摘要.1机器人行走电路设计. 1 1.1设计要求. 1 1.2设计总体方案. 1 1.2.1设计原理系统框图. 1 1.2.2设计原理图.1 1.3设计方案分析.2 1.3.1电源电路.2 1.3.2气敏传感器工作原理.2 1.3.3声光报警控制电路.3 1.3.4排气电路工作原理.3 1.3.5整体工作原理说明.4 1.4所用芯片及其他器件说明.5 1.4.1 555定时器构成的多谐振荡器工作原理.5 1.4.2 QM-N5气敏传感器.5 1.4.3继电器.6 2附录. 3.1附表一：有害气体检测与抽排电路设计所用器件小结与体会.致谢.参考文献.摘要随着科学技术的日益发展，尤其在工业生产上，要求我们用智慧去解决一些繁琐，周而复始的工作，减轻人的负担，而且使工作效率，效果更好。有害气体检测报警及抽排电路设计和机器人行走电路的设计就是两个很好的例子。通过智能控制，不仅减免了很多的体力劳动，还使得工作更好更快地完成。二个设计均能为平时日常生活提供方便，都能智能控制，能自启动和自动关闭，二个设计要求综合运用所学电子电路的知识，是集模拟电子技术和数字电子技术的综合运用，需要灵活运用所学知识，根据设计要求，来达到目的，分析原理、参数计算、元器件选用。这二个设计都以555定时器为核心，驱动各个部分电路工作，灵活运用555定时器组成的多谐振荡器，以及触发器和稳压电路原理。通过这两个设计可以锻炼我们的自主创新能力和自主学习能力，也可以巩固所学的知识，这两个设计都明显基于我们平时所学知识设计的，既可以复习以前的知识又可以再次基础之上提高，发掘潜能，拓展知识，丰富自己的知识面和复习自己所学知识，是一个提高能力的跳板。 关键字：气敏传感器、报警电路、智能控制、555定时器课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师：周晓年 工作单位：自动化学院 题 目: 小型智能控制系统设计 机器人行走电路设计 1.设计任务及要求1.1设计任务任务：设计一个能前进、后退的机器人行走控制电路。1.2设计要求1、接通电源，机器人前进，行走一段时间后，机器人自动后退，退行一段时间后自动前行，周而复始。2、机器人行走动力只能使用干电池，不能使用动力电源。3、机器人前进、后退时间可调。2.电路的比较与选择2.1电源电路本试验要求使用干电池，所以统一采用四节干电池组成的6V电压提供动力。2.2时间控制电路方案1：利用时间继电器控制时间。时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器。利用数字时间继电器调节时间，使用方便。方案2：采用555定时器+计数器电路，构成多谐振荡器，通过外部连接的滑动变阻器调节充电和放电的时间，并且根据计数器进制不同来调节时间。综合分析：使用555定时器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。通过调节参数可以合理的得到小车前进和后退的时间。而若使用方案二，时间继电器造价较高，花费较大，而且不熟悉这种元器件。所以本试验使用方案2。 2.3电机驱动电路方案1：触发器+桥式驱动电路。 小车使用的电机大多数都是小型直流电机，此方案选用最常用的电机驱动控制方式，方案2：继电器半导体功率器件驱动电路。在需要实现调速的电机驱动电路中，可以利用继电器。此方案利用继电器来控制电流方向来改变电机转向，而用单个的特大电流场效应管（比如IRF3205，一般只有N型特大电流的管子）来实现PWM调速,如下右图所示。这样是实现特别大电流驱动的一个方法。换向的继电器要使用双刀双掷型的，接线如下左图,线圈接线如下中图经过比较分析，本设计选取了方案1。由于在方案1的驱动方式下，驱动器的功率管工作在开关状态，当器件开通时，器件的电流很大，但压降却很小；器件关断时，压降很大，电流却很小。因此驱动器的功率消耗小，发热量少，效率较高。通过控制开关的频率和脉宽，可以对电机的转动进行控制。3.设计总体方案3.1设计原理系统框图计数器减到零时产生触发信号触发D触发器555定时器构成多谐振荡电路（控制电动机转动时间）74LS192计数器显示小车前进后退时间D触发器在触发信号控制下输出发生高低电平跳变D触发器发出信号使直流电机两端电机两端电压发生跳变直流电机正反转，实现小车前进与后退图3.1 设计原理系统框图3.2设计原理图图3.2 设计原理图3.3设计方案分析3.3.1多谐振荡电路分析图3.3.1 多谐振荡电路 接通电源后，电容C2被充电，当Vc上升到2/3Vcc时，555芯片中触发器被复位，电容C2通过T和RV1放电，使Vc下降。当Vc下降到1/3Vcc时，触发器又被置位，Vo翻转为高电平。使3端输出方波信号，此方波信号的周期T=0.7（R3+2RV1）C1，通过对RV1的调节可以改变3端输出的方波信号的周期T。3.3.2 74LS192计数器和计数器显示电路由多谐振荡器3端输出的方波信号接到74LS192的“DN减计数”端，驱动74LS192进行减计数，由于74LS192是同步十进制计数器,因而是555发生方波改变十次,电动机发生反转,为了便于观察,增加数码管进行显示,这样，当74LS74芯片减到零时，自动调变计数,循环从9到0计数。图3.3.2 74LS192计数器和七段共阴极数码管构成的计数器显示电路3.3.3 D触发器实现信号翻转74LS192的“TCD端”作为D触发器的触发信号，于是，当计数完成一个周期时，D触发器接受到一个触发信号，使得Q端输出翻转。图3.3.3 D触发器及翻转电路2.3.4直流电机正反转电路当D触发器输出为高电平时，Q1,Q4导通，Q2,Q3截止，直流电机两端电势差为-4.0v,直流电机反转，小车后退。图3.3.4直流电机正反转电路当D触发器输出为底电平时，Q1,Q4截止，Q2,Q3导通，直流电机两端电势差为4.0v，直流电机正转，小车前进。于是就实现了小车前进后退的要求。且时间相等。3.3.5整体工作原理说明由前面的分析可知各部分的工作原理，当整体开始工作时，多谐振荡器产生的方波信号周期可由人为调节，故可以较精确地实现小车的前进后退且时间可调的功能。例如，当希望小车先前进10秒，然后后退10秒，如此循环，则可以调节RV1使得3端输出的方波信号的周期T=1秒。于是，小车前进及后退的时间均为0.5*19=9.5秒，便实现了以上要求的功能。并且可以使用反馈法和增加74LS192改变计数周期，本设计为了简洁所以我没有使用，555组成多谐振荡器可以在学习的书店课程中找到，电机驱动电路也可以在资料中寻找，因而实验只需要计数器部分及触发器部分需要多多考虑即可。3.4所用芯片及其他器件说明3.4.1 74LS192计数器74LS192真值表：图2.4.1 74LS192真值表74LS192管脚图：图2.4.2 74LS192管脚图74LS192逻辑图：图2.4.3 74LS192逻辑图74LS192具体功能：1 异步清零： 当MR=1时，计数器输出将直接清零，与其他输入端的状态无关，这就是异步清零。2 加、减计数功能： 当MR=0,PL=1,CPD=1时，CPU端接脉冲信号，就实现了加计数功能；相反，当MR=0,PL=1,CPU=1时，CPD端接脉冲信号，就实现了减计数功能。3 置数功能： 当MR=0，PL=0时，计数器输出端与输入端相同，即实现置数功能。3.4.2 D触发器D触发器真值表：图3.4.4D触发器真值表D触发器的S，R端均接高电平，且D端接Q反相端时，每来一个触发信号便使得其发生一次翻转，于是就实现了小车前进与后退的功能要求。D触发器逻辑图：图2.4.5 JK触发器逻辑图4附录4.1附表1：机器人行走电路所用器件名称规格型号位号数量555定时器555U11计数器74LS192U41D触发器74LS74U2A1七段数码显示管7SEG-BCD-GRNU61直流电机MOTORM11非门NOTU31电阻1KR1、R2、R3（5K）、R4、R55滑动电阻器100RV11开关SW-SPDTSW1、SW62电容100uFC1、C22二极管DIODED1、D22三极管NPNQ1、Q32三极管PNPQ2、Q42直流源+5VB11小结与体会为期两个星期的课程设计即将结束，经过两个星期的摸索、询问、查找资料、翻阅文献，由失败、沮丧、烦躁，渐渐转而兴奋、激动、狂喜。虽然是短短的两周时间，但可以说是五味杂陈啊。此刻面对自己的设计成果很感动，为自己的努力感动，也为自己最后的成绩感动。不管结果如何，至少自己尝试了，努力了。由于是第一次做课程设计，再加上正逢考试周，所以刚听说要课程设计的时候是既担心又害怕。在经过一上午的动员会后，听了老师细心地讲解，虽然对课程设计有了初步的了解，但脑子仍是一片迷茫，不知所措。第一天的时候，就是盯着屏幕拼命地想啊想，虽然能想到大概分那几步，或者说脑中知道要用到哪方面的知识，但毕竟以前都是书面上的理论知识，真正要拿到实际中来，我一时不知道该怎么把学的知识串联起来。于是前几天就是上网查，上图书馆查，看别人做的类似的设计，看别人是怎样通过不同的电路实现各种功能的，然后也差了一些常用的电工电子设计电路。在有了一定的电路图形积累之后，我再回到这两个题目上，就感觉明朗多了。首先是做第一个有害气体检测与抽排电路设计的时候，我先想到了用一个电压比较器来作为灯泡、喇叭及直流电机的控制信号，但是如果一到指定浓度就灯亮，喇叭响，电机启动排气的话，显得有点不够人性化，而且这个一定浓度的标准不可调，在实际应用中会带来诸多不便。于是我想到了用两个电压比较器，以及在电压比较器负端前接一个滑动变阻器，这样就可以通过调节滑动变阻器的大小来改变指定浓度的标准值。还有在警笛报警装置的设计上，我最初只用了一个555定时器，由于只产生一个脉冲，所以发不出警笛声，在图书馆查阅了相关资料后，我改用两个555定时器产生不同频率的脉冲，于是产生了警笛声。而在做第二个机器人行走电路的设计时，我一开始用的是74192的加计数功能，因为这样能更清楚地看出前进后退了多长时间，但是在实际设计过程中发现，若使用加计数，则不易归零，因为每次要求机器人前进的时间不同，所以每次需要归零的条件不同，于是我改为了减计数。还有，我还通过询问其他同学，增加了在任意时刻使机器人换向的功能。通过这两个星期的设计，使我对数电和模电的理论知识有了更深的理解，而且还学习了一些课外的知识，以前上课时自己实际掌握的很少，理解的不深刻，许多章节因为不是考试范围而没有看，例如555定时器的使用，运放及继电器的使用。同时也接触了更多实际中经常用到的，而课本上没有讲到的元件，比如气敏传感器、稳压器等都是以前没有接触过的，通过自己查资料来了解它，增强了自主学习的能力。其次，我对proteus的画图和仿真功能有了更深的认识，熟悉了各常用元件在元件库中的位置，掌握了一些实用的操作方法。 总之，这次的课程设计为我以后做课程设计积累了经验，并锻炼了我的自主学习和独立思考，融汇各学科知识的能力，也让我体会到了将来走上工作岗位工作的不容易，所以我一定要更加努力地学习理论知识，以及增强我的动手能力，为将来打致谢两周的课程设计结束了，在此，我要衷心感谢龚老师对我的指导和教诲，还有我的同学们对我的热心帮助。没有你们的帮助，我不会这么快得理解和设计出电路，所以在此表示衷心的感谢。初次接触课程设计，拿到课题的茫然，设计过程中的不知所措，这个阶段浪费了大量的时间。突然发现自己学的知识太少，根本没法满足设计的要求，就快要作品的前两天老师给了我们很大的帮助，为了让我们都能在这次课设中获得最大的提升，龚老师花了整整一个下午时间，从下午3点到晚上9点一直帮助我们解决问题，提出改进意见，她希望我们能够做的更好，发掘我们的创新思维、发现问题、分析问题和解决问题的能力。在此感谢龚老师不辞辛苦的悉心指导，在这个过程中我的收获很大。从答疑那天之前的迷茫，只是从网上找了很多相关的资料，基本上没有任何自己的想法，全部都是根据一些网上的电路图进行仿真，拿到老师那里之后基本上没话可说，经过老师的一些指导之后，回来好好查阅了一下资料，根据自己的一些想法对电路和控制电路进行了一下改进，自己感觉收获很大。同时