有害氣體檢測與抽排電路及機器人行走電路設計課程設計說明書

1、目錄摘要.1機器人行走電路設計. 1 1.1設計要求. 1 1.2設計總體方案. 1 1.2.1設計原理系統(tǒng)框圖. 1 1.2.2設計原理圖.1 1.3設計方案分析.2 1.3.1電源電路.2 1.3.2氣敏傳感器工作原理.2 1.3.3聲光報警控制電路.3 1.3.4排氣電路工作原理.3 1.3.5整體工作原理說明.4 1.4所用芯片及其他器件說明.5 1.4.1 555定時器構成的多諧振蕩器工作原理.5 1.4.2 qm-n5氣敏傳感器.5 1.4.3繼電器.6 2附錄. 3.1附表一：有害氣體檢測與抽排電路設計所用器件小結與體會.致謝.參考文獻.摘要隨著科學技術的日益發(fā)展，尤其在工業(yè)生產

2、上，要求我們用智慧去解決一些繁瑣，周而復始的工作，減輕人的負擔，而且使工作效率，效果更好。有害氣體檢測報警及抽排電路設計和機器人行走電路的設計就是兩個很好的例子。通過智能控制，不僅減免了很多的體力勞動，還使得工作更好更快地完成。二個設計均能為平時日常生活提供方便，都能智能控制，能自啟動和自動關閉，二個設計要求綜合運用所學電子電路的知識，是集模擬電子技術和數(shù)字電子技術的綜合運用，需要靈活運用所學知識，根據設計要求，來達到目的，分析原理、參數(shù)計算、元器件選用。這二個設計都以555定時器為核心，驅動各個部分電路工作，靈活運用555定時器組成的多諧振蕩器，以及觸發(fā)器和穩(wěn)壓電路原理。通過這兩個設計可以鍛

3、煉我們的自主創(chuàng)新能力和自主學習能力，也可以鞏固所學的知識，這兩個設計都明顯基于我們平時所學知識設計的，既可以復習以前的知識又可以再次基礎之上提高，發(fā)掘潛能，拓展知識，豐富自己的知識面和復習自己所學知識，是一個提高能力的跳板。 關鍵字：氣敏傳感器、報警電路、智能控制、555定時器課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級： 指導教師：周曉年 工作單位：自動化學院 題 目: 小型智能控制系統(tǒng)設計 機器人行走電路設計 1.設計任務及要求1.1設計任務任務：設計一個能前進、后退的機器人行走控制電路。1.2設計要求1、接通電源，機器人前進，行走一段時間后，機器人自動后退，退行一段時間后自動前行，周而復始。2、機

4、器人行走動力只能使用干電池，不能使用動力電源。3、機器人前進、后退時間可調。2.電路的比較與選擇2.1電源電路本試驗要求使用干電池，所以統(tǒng)一采用四節(jié)干電池組成的6v電壓提供動力。2.2時間控制電路方案1：利用時間繼電器控制時間。時間繼電器是一種利用電磁原理或機械原理實現(xiàn)延時控制的控制電器。利用數(shù)字時間繼電器調節(jié)時間，使用方便。方案2：采用555定時器+計數(shù)器電路，構成多諧振蕩器，通過外部連接的滑動變阻器調節(jié)充電和放電的時間，并且根據計數(shù)器進制不同來調節(jié)時間。綜合分析：使用555定時器組成的多諧振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。通過調節(jié)參數(shù)可以合理的得到小車前進和后退的時間。而若使

5、用方案二，時間繼電器造價較高，花費較大，而且不熟悉這種元器件。所以本試驗使用方案2。 2.3電機驅動電路方案1：觸發(fā)器+橋式驅動電路。 小車使用的電機大多數(shù)都是小型直流電機，此方案選用最常用的電機驅動控制方式，方案2：繼電器半導體功率器件驅動電路。在需要實現(xiàn)調速的電機驅動電路中，可以利用繼電器。此方案利用繼電器來控制電流方向來改變電機轉向，而用單個的特大電流場效應管（比如irf3205，一般只有n型特大電流的管子）來實現(xiàn)pwm調速,如下右圖所示。這樣是實現(xiàn)特別大電流驅動的一個方法。換向的繼電器要使用雙刀雙擲型的，接線如下左圖,線圈接線如下中圖經過比較分析，本設計選取了方案1。由于在方案1的驅動

6、方式下，驅動器的功率管工作在開關狀態(tài)，當器件開通時，器件的電流很大，但壓降卻很??；器件關斷時，壓降很大，電流卻很小。因此驅動器的功率消耗小，發(fā)熱量少，效率較高。通過控制開關的頻率和脈寬，可以對電機的轉動進行控制。3.設計總體方案3.1設計原理系統(tǒng)框圖計數(shù)器減到零時產生觸發(fā)信號觸發(fā)d觸發(fā)器555定時器構成多諧振蕩電路（控制電動機轉動時間）74ls192計數(shù)器顯示小車前進后退時間d觸發(fā)器在觸發(fā)信號控制下輸出發(fā)生高低電平跳變d觸發(fā)器發(fā)出信號使直流電機兩端電機兩端電壓發(fā)生跳變直流電機正反轉，實現(xiàn)小車前進與后退圖3.1 設計原理系統(tǒng)框圖3.2設計原理圖圖3.2 設計原理圖3.3設計方案分析3.3.1多諧

7、振蕩電路分析圖3.3.1 多諧振蕩電路 接通電源后，電容c2被充電，當vc上升到2/3vcc時，555芯片中觸發(fā)器被復位，電容c2通過t和rv1放電，使vc下降。當vc下降到1/3vcc時，觸發(fā)器又被置位，vo翻轉為高電平。使3端輸出方波信號，此方波信號的周期t=0.7（r3+2rv1）c1，通過對rv1的調節(jié)可以改變3端輸出的方波信號的周期t。3.3.2 74ls192計數(shù)器和計數(shù)器顯示電路由多諧振蕩器3端輸出的方波信號接到74ls192的“dn減計數(shù)”端，驅動74ls192進行減計數(shù)，由于74ls192是同步十進制計數(shù)器,因而是555發(fā)生方波改變十次,電動機發(fā)生反轉,為了便于觀察,增加數(shù)碼

8、管進行顯示,這樣，當74ls74芯片減到零時，自動調變計數(shù),循環(huán)從9到0計數(shù)。圖3.3.2 74ls192計數(shù)器和七段共陰極數(shù)碼管構成的計數(shù)器顯示電路3.3.3 d觸發(fā)器實現(xiàn)信號翻轉74ls192的“tcd端”作為d觸發(fā)器的觸發(fā)信號，于是，當計數(shù)完成一個周期時，d觸發(fā)器接受到一個觸發(fā)信號，使得q端輸出翻轉。圖3.3.3 d觸發(fā)器及翻轉電路2.3.4直流電機正反轉電路當d觸發(fā)器輸出為高電平時，q1,q4導通，q2,q3截止，直流電機兩端電勢差為-4.0v,直流電機反轉，小車后退。圖3.3.4直流電機正反轉電路當d觸發(fā)器輸出為底電平時，q1,q4截止，q2,q3導通，直流電機兩端電勢差為4.0v，

9、直流電機正轉，小車前進。于是就實現(xiàn)了小車前進后退的要求。且時間相等。3.3.5整體工作原理說明由前面的分析可知各部分的工作原理，當整體開始工作時，多諧振蕩器產生的方波信號周期可由人為調節(jié)，故可以較精確地實現(xiàn)小車的前進后退且時間可調的功能。例如，當希望小車先前進10秒，然后后退10秒，如此循環(huán)，則可以調節(jié)rv1使得3端輸出的方波信號的周期t=1秒。于是，小車前進及后退的時間均為0.5*19=9.5秒，便實現(xiàn)了以上要求的功能。并且可以使用反饋法和增加74ls192改變計數(shù)周期，本設計為了簡潔所以我沒有使用，555組成多諧振蕩器可以在學習的書店課程中找到，電機驅動電路也可以在資料中尋找，因而實驗只需

10、要計數(shù)器部分及觸發(fā)器部分需要多多考慮即可。3.4所用芯片及其他器件說明3.4.1 74ls192計數(shù)器74ls192真值表：圖2.4.1 74ls192真值表74ls192管腳圖：圖2.4.2 74ls192管腳圖74ls192邏輯圖：圖2.4.3 74ls192邏輯圖74ls192具體功能：1 異步清零： 當mr=1時，計數(shù)器輸出將直接清零，與其他輸入端的狀態(tài)無關，這就是異步清零。2 加、減計數(shù)功能： 當mr=0,pl=1,cpd=1時，cpu端接脈沖信號，就實現(xiàn)了加計數(shù)功能；相反，當mr=0,pl=1,cpu=1時，cpd端接脈沖信號，就實現(xiàn)了減計數(shù)功能。3 置數(shù)功能： 當mr=0，pl=

11、0時，計數(shù)器輸出端與輸入端相同，即實現(xiàn)置數(shù)功能。3.4.2 d觸發(fā)器d觸發(fā)器真值表：圖3.4.4d觸發(fā)器真值表d觸發(fā)器的s，r端均接高電平，且d端接q反相端時，每來一個觸發(fā)信號便使得其發(fā)生一次翻轉，于是就實現(xiàn)了小車前進與后退的功能要求。d觸發(fā)器邏輯圖：圖2.4.5 jk觸發(fā)器邏輯圖4附錄4.1附表1：機器人行走電路所用器件名稱規(guī)格型號位號數(shù)量555定時器555u11計數(shù)器74ls192u41d觸發(fā)器74ls74u2a1七段數(shù)碼顯示管7seg-bcd-grnu61直流電機motorm11非門notu31電阻1kr1、r2、r3（5k）、r4、r55滑動電阻器100rv11開關sw-spdtsw1

12、、sw62電容100ufc1、c22二極管dioded1、d22三極管npnq1、q32三極管pnpq2、q42直流源+5vb11小結與體會為期兩個星期的課程設計即將結束，經過兩個星期的摸索、詢問、查找資料、翻閱文獻，由失敗、沮喪、煩躁，漸漸轉而興奮、激動、狂喜。雖然是短短的兩周時間，但可以說是五味雜陳啊。此刻面對自己的設計成果很感動，為自己的努力感動，也為自己最后的成績感動。不管結果如何，至少自己嘗試了，努力了。由于是第一次做課程設計，再加上正逢考試周，所以剛聽說要課程設計的時候是既擔心又害怕。在經過一上午的動員會后，聽了老師細心地講解，雖然對課程設計有了初步的了解，但腦子仍是一片迷茫，不知

13、所措。第一天的時候，就是盯著屏幕拼命地想啊想，雖然能想到大概分那幾步，或者說腦中知道要用到哪方面的知識，但畢竟以前都是書面上的理論知識，真正要拿到實際中來，我一時不知道該怎么把學的知識串聯(lián)起來。于是前幾天就是上網查，上圖書館查，看別人做的類似的設計，看別人是怎樣通過不同的電路實現(xiàn)各種功能的，然后也差了一些常用的電工電子設計電路。在有了一定的電路圖形積累之后，我再回到這兩個題目上，就感覺明朗多了。首先是做第一個有害氣體檢測與抽排電路設計的時候，我先想到了用一個電壓比較器來作為燈泡、喇叭及直流電機的控制信號，但是如果一到指定濃度就燈亮，喇叭響，電機啟動排氣的話，顯得有點不夠人性化，而且這個一定濃度

14、的標準不可調，在實際應用中會帶來諸多不便。于是我想到了用兩個電壓比較器，以及在電壓比較器負端前接一個滑動變阻器，這樣就可以通過調節(jié)滑動變阻器的大小來改變指定濃度的標準值。還有在警笛報警裝置的設計上，我最初只用了一個555定時器，由于只產生一個脈沖，所以發(fā)不出警笛聲，在圖書館查閱了相關資料后，我改用兩個555定時器產生不同頻率的脈沖，于是產生了警笛聲。而在做第二個機器人行走電路的設計時，我一開始用的是74192的加計數(shù)功能，因為這樣能更清楚地看出前進后退了多長時間，但是在實際設計過程中發(fā)現(xiàn)，若使用加計數(shù)，則不易歸零，因為每次要求機器人前進的時間不同，所以每次需要歸零的條件不同，于是我改為了減計數(shù)

15、。還有，我還通過詢問其他同學，增加了在任意時刻使機器人換向的功能。通過這兩個星期的設計，使我對數(shù)電和模電的理論知識有了更深的理解，而且還學習了一些課外的知識，以前上課時自己實際掌握的很少，理解的不深刻，許多章節(jié)因為不是考試范圍而沒有看，例如555定時器的使用，運放及繼電器的使用。同時也接觸了更多實際中經常用到的，而課本上沒有講到的元件，比如氣敏傳感器、穩(wěn)壓器等都是以前沒有接觸過的，通過自己查資料來了解它，增強了自主學習的能力。其次，我對proteus的畫圖和仿真功能有了更深的認識，熟悉了各常用元件在元件庫中的位置，掌握了一些實用的操作方法。 總之，這次的課程設計為我以后做課程設計積累了經驗，并

16、鍛煉了我的自主學習和獨立思考，融匯各學科知識的能力，也讓我體會到了將來走上工作崗位工作的不容易，所以我一定要更加努力地學習理論知識，以及增強我的動手能力，為將來打致謝兩周的課程設計結束了，在此，我要衷心感謝龔老師對我的指導和教誨，還有我的同學們對我的熱心幫助。沒有你們的幫助，我不會這么快得理解和設計出電路，所以在此表示衷心的感謝。初次接觸課程設計，拿到課題的茫然，設計過程中的不知所措，這個階段浪費了大量的時間。突然發(fā)現(xiàn)自己學的知識太少，根本沒法滿足設計的要求，就快要作品的前兩天老師給了我們很大的幫助，為了讓我們都能在這次課設中獲得最大的提升，龔老師花了整整一個下午時間，從下午3點到晚上9點一直幫助我們解決問題，提出改進意見，她希望我們能夠做的更好，發(fā)掘我們的創(chuàng)新思維、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。在此感謝龔老師不辭辛苦的悉心指導，在這個過程中我的收獲很大。從答疑那天之前的迷茫，只是從網上找了很多相關的資料，基本上沒有任何自己的想法，全部都是根據一些網上的電路圖進行仿真，拿到老師那里之后基本上沒話可說，經過老師的一些指導之后，回來好好查閱了一下資料，根據自己的一些想法對電路和控制電路進行了一下改進，自己感覺收獲很大。同時