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1、武漢理工大學(xué)電工電子課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名:羅瀟汝專業(yè)班級(jí):自動(dòng)化1007指導(dǎo)教師:田宇工作單位:武漢理工大學(xué)題目:小型智能操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)有害氣體檢測(cè)與抽排電路設(shè)計(jì)任務(wù):設(shè)計(jì)一個(gè)能夠檢測(cè)有害氣體濃度和抽排的電路,當(dāng)濃度高于正常值時(shí)候報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警,同時(shí)抽排系統(tǒng)進(jìn)行工作降低有害氣體濃度直至恢復(fù)正常。要求:當(dāng)檢測(cè)到有害氣體意外排放超標(biāo)時(shí),發(fā)出警笛報(bào)警聲和燈光間歇閃爍的光報(bào)警提示,同時(shí)自行啟動(dòng)抽排系統(tǒng),以保障人們的生命財(cái)產(chǎn)平安。抽排完畢后,系統(tǒng)自動(dòng)回到實(shí)時(shí)檢測(cè)狀態(tài)。二、機(jī)械人行走電路設(shè)計(jì)任務(wù):設(shè)計(jì)一個(gè)能前進(jìn),停止,后退的機(jī)械人行走操縱電路,而且其時(shí)刻能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)。要求:一、接通電源,機(jī)
2、械人前進(jìn),行走一段時(shí)刻后,機(jī)械人停止一段時(shí)刻,機(jī)械人自動(dòng)后退,退行一段時(shí)刻后自動(dòng)前行,周而復(fù)始。二、機(jī)械人行走動(dòng)力只能利用干電池,不能利用動(dòng)力電源。3、機(jī)械人前進(jìn),停止,后退時(shí)刻可調(diào)。初始條件:1 .實(shí)驗(yàn)室提供萬(wàn)用表、信號(hào)發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、示波器等設(shè)備。2 .學(xué)生已學(xué)習(xí)了大學(xué)基礎(chǔ)課程和電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電力電子變流技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)課程。3 .學(xué)生已參加過(guò)電工電子實(shí)習(xí),把握了用PROTEL繪制電路圖的方式。4 .要緊參考文獻(xiàn)1)新編電子電路大全第1、2、3、4卷中國(guó)計(jì)量出版社組編2)傳感器及其應(yīng)用電路何希才 編著電子工業(yè)出版社23)電子線路綜合設(shè)計(jì)4)集成電路速查手冊(cè)5)電力電
3、子電路設(shè)計(jì)6)«電子技術(shù)工藝基礎(chǔ)主編謝自美華中科技大學(xué)出版社王新賢主編山東科學(xué)技術(shù)出版社鐘炎平主編華中科技大學(xué)出版社王天曦李鴻儒編著清華大學(xué)出版社要求完成的要緊任務(wù):(包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求,和說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體要求)1、課程設(shè)計(jì)終止時(shí)每一個(gè)學(xué)生要提交一份按統(tǒng)一格式要求撰寫(xiě)的課程設(shè)計(jì)報(bào)告,并裝訂成冊(cè)。2、課程設(shè)計(jì)報(bào)告中要求繪制方框圖、電原理圖,論述電路工作原理、每一個(gè)元器件的要緊參數(shù)、設(shè)計(jì)電路的性能指標(biāo)、設(shè)計(jì)心得體會(huì)等。3、說(shuō)明書(shū)中除個(gè)人簽名外,其它文字、符號(hào)、圖形或表格一概用運(yùn)算機(jī)打印。4、文字、符號(hào)、圖形等必需符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。5、獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù),杜絕彼此剽竊現(xiàn)象發(fā)生,幸免剽
4、竊。時(shí)刻安排:二周(6月20日7月1日)。6月20日上午,指導(dǎo)教師講講課程設(shè)計(jì)的有關(guān)大體知識(shí),布置設(shè)計(jì)任務(wù)等;6月20日下午一一6月23日下午學(xué)生查閱資料;6月24曰上午一一6月26日下午學(xué)生初步設(shè)計(jì);6月27日上午一一6月29日下午檢查設(shè)計(jì)進(jìn)度,深化設(shè)計(jì),答疑、質(zhì)疑;6月30日上午一一6月30日下午進(jìn)一步完善設(shè)計(jì),形成設(shè)計(jì)報(bào)告電子文檔;7月1日課程設(shè)計(jì)報(bào)告打印、裝訂、提交。指導(dǎo)教師簽名:2012年7月5日系主任(或負(fù)責(zé)教師)簽名:2012年7月武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)今世電子技術(shù)迅猛進(jìn)展,為人們的文化,物質(zhì)生活提供了良好的提供了良好的條件。因此,加壯大學(xué)生自身能力建設(shè)具有十分重
5、要的意義。此設(shè)計(jì)報(bào)告是關(guān)于小型智能操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì),包括以下兩個(gè)設(shè)計(jì)題目:一是有害氣體的檢測(cè)、報(bào)警、抽排。當(dāng)檢測(cè)到有害氣體意外排放超標(biāo)時(shí),發(fā)出警笛報(bào)警聲和燈光間歇閃爍的光報(bào)警提示,同時(shí)自行啟動(dòng)抽排系統(tǒng),以保障人們的生命財(cái)產(chǎn)平安。抽排完畢后,系統(tǒng)自動(dòng)回到實(shí)時(shí)檢測(cè)狀態(tài)二是機(jī)械人行走電路設(shè)計(jì)。機(jī)械人行走動(dòng)力利用干電池,接通電源,機(jī)械人前進(jìn),行走一段時(shí)刻后,機(jī)械人自動(dòng)后退,退行一段時(shí)刻后自動(dòng)前行,周而復(fù)始,而且前進(jìn)和后退的時(shí)刻是可調(diào)的。本設(shè)計(jì)運(yùn)用555按時(shí)器及l(fā)298,74hc192及電機(jī)等元器件完成該設(shè)計(jì)。關(guān)鍵字:555按時(shí)器電機(jī)電橋L29874HC192I武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄刖
6、目I1有害氣體檢測(cè)與抽排電路設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)要求11.2方案論證及選擇1設(shè)計(jì)整體方案21.3.1 設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊框圖21.3.2 設(shè)計(jì)原理流程框圖2設(shè)計(jì)原理圖31.4設(shè)計(jì)方案分析4電源電路模塊4自動(dòng)檢測(cè)模塊4排氣電路模塊5聲光報(bào)警操縱模塊6工作原理說(shuō)明81.4.6QM-N5氣敏傳感器說(shuō)明9仿真結(jié)果分析9元件列表112機(jī)械人行走電路設(shè)計(jì)12設(shè)計(jì)要求12方案選擇與論證12設(shè)計(jì)整體方案132.3.1 設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊框圖132.3.2 設(shè)計(jì)原理流程框圖132.3.3 設(shè)計(jì)原理圖142.4設(shè)計(jì)方案分析15時(shí)鐘脈沖模塊152.4.2 計(jì)數(shù)器和計(jì)數(shù)器顯示模塊152.4.3 機(jī)械人行走模塊16ii武漢理工大學(xué)電工電子綜
7、合課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)按時(shí)模塊182.4.5 所用芯片及其他器件說(shuō)明18仿真結(jié)果分析212.6元件列表22小結(jié)與體會(huì)22致23參考文獻(xiàn)24iii武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、,4刖百在日常生活中,咱們常常聽(tīng)到某某因煤氣中毒而失去寶貴的生命,這是一個(gè)家庭安全隱患問(wèn)題;除此之外人們還希望機(jī)械人能代替人類做事,如此能夠節(jié)省很多勞力,并可以幸免很多危險(xiǎn)的侵害。針對(duì)以上兩種情形,咱們這次要緊設(shè)計(jì)的確實(shí)是典型的家庭智能控制系統(tǒng),包括有害氣體檢測(cè)與抽排電路設(shè)計(jì)和機(jī)械人行走電路設(shè)計(jì)。通過(guò)課程設(shè)計(jì),加深學(xué)生對(duì)相關(guān)課程基礎(chǔ)知識(shí)與大體理論的明白得和把握,培育學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力,并增強(qiáng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
8、增強(qiáng)理論分析、設(shè)計(jì)計(jì)算、制圖標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)、查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)與資料的能力,同時(shí)增強(qiáng)咱們的運(yùn)算機(jī)的應(yīng)用能力。兩個(gè)設(shè)計(jì)要求綜合運(yùn)用所學(xué)電子電路的知識(shí),是模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)的綜合運(yùn)用,需要靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí),依照設(shè)計(jì)要求,來(lái)達(dá)到目的,分析原理、參數(shù)計(jì)算、元器件選用。這兩個(gè)設(shè)計(jì)都以555按時(shí)器為核心,驅(qū)動(dòng)各個(gè)部份電路工作,靈活運(yùn)用555按時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。I武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)小型智能操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)1有害氣體檢測(cè)與抽排電路設(shè)計(jì)1)檢測(cè)到有害氣體意外排放超標(biāo)時(shí),發(fā)出警笛報(bào)警聲和燈光間歇閃爍報(bào)警,同時(shí)自行啟動(dòng)抽排系統(tǒng),以保障人們的生命財(cái)產(chǎn)平安。2)抽排完畢后,系統(tǒng)自動(dòng)回到實(shí)
9、時(shí)檢測(cè)狀態(tài)。3)對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真。方案論證及選擇本次設(shè)計(jì)有兩套方案可供選擇:方案一:是采納220v交流電源,通過(guò)變壓、整流與穩(wěn)壓給各部份電路供電。再利用繼電器,電壓比較器來(lái)感應(yīng)氣敏電阻值得轉(zhuǎn)變。當(dāng)有害氣體濃度升高,通過(guò)氣敏電阻值轉(zhuǎn)變來(lái)操縱繼電器的閉合,從而來(lái)操縱聲光報(bào)警與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路工作,對(duì)與聲光報(bào)警電路采納555按時(shí)器,采納兩片555時(shí)基集成電路組成的變調(diào)音頻調(diào)制振蕩器組成,它的輸出音幾回率從4002500Hz范圍循環(huán)轉(zhuǎn)變,類似公安警車的警笛聲,驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)聲而且燈光報(bào)壁.耳,方案二:是關(guān)于聲報(bào)警電路,能夠采納LC179來(lái)驅(qū)動(dòng)操縱喇叭發(fā)聲。同時(shí)將芯片的第三管腳借到氣敏電阻一端,通過(guò)感知其輸出
10、電平高低來(lái)驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)聲,使之在有害氣體濃度超標(biāo)時(shí)顯現(xiàn)聲報(bào)警。而光報(bào)警電路中能夠采納兩級(jí)直接耦合晶體管放大器,組成了自激多諧振蕩器,通過(guò)調(diào)劑滑阻值來(lái)操縱時(shí)刻。綜上所述:由方案對(duì)照能夠看出,方案一簡(jiǎn)捷易于實(shí)現(xiàn),穩(wěn)固性高,從經(jīng)濟(jì)上看,方案一也更經(jīng)濟(jì),故采納方案一。101.3.1設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊框圖模塊方框圖1.3.2設(shè)計(jì)原理流程框圖氣濃度小于C圖設(shè)計(jì)原理系統(tǒng)框圖抽排后,毒注:其中濃度C為毒氣超標(biāo)濃度。設(shè)計(jì)原理圖加:心曲|-中尋士*言一:圖設(shè)計(jì)原理圖1.4設(shè)計(jì)方案分析.1電源電路模塊原理說(shuō)明:電源電路由220v交流電壓,變壓器,整流電路,及濾波穩(wěn)壓電路組成,實(shí)現(xiàn)交流電到直流電的轉(zhuǎn)變,在供電給后續(xù)電路工作。
11、見(jiàn)圖電源電路模塊。電源電路電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變成所需要的電壓值,然后通過(guò)整流電路將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波,必需通過(guò)濾波電路加以濾波,從而取得滑膩的直流電壓。但如此的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動(dòng),負(fù)載和溫度的轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)變。因此在整流,濾波電路以后,還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng),負(fù)載和溫度轉(zhuǎn)變時(shí),維持輸出直流電壓的穩(wěn)固。穩(wěn)壓電路要緊由濾波電容和集成穩(wěn)壓電路組成。電容C6選擇1000uf、擊穿電壓為320v的電容,C1選擇1000uf、擊穿電壓為15v的電容,C2選才?0.01uf、擊穿電壓為15v的電容。U1那么是7812三腳集成
12、穩(wěn)壓器。BR1-''-LH郵TW2P2511COOU. -_L M E±3QJ uF' j '<- e: - -V0BRIDGE圖電源電路.2自動(dòng)檢測(cè)模塊見(jiàn)。為當(dāng)空氣中的有害氣體濃度未達(dá)到必然值時(shí),QM-N瞳敏傳感器電阻值專門(mén)大,使兩個(gè)電壓比較器正相輸入端的電壓均小于反相輸入端的電壓,電壓比較器的輸出端為“低電平”,繼電器不工作,多諧振蕩輸出脈沖與低電平進(jìn)行與運(yùn)算,輸出低電平;若是空氣中的有害氣體濃度達(dá)到C時(shí),傳感器的電阻值變小,使下面的電壓比較器正相輸入端電壓大于反向輸入端電壓,比較器輸出“高電平”,諧振蕩輸出脈沖與高電平進(jìn)行與運(yùn)算,輸出方波信
13、號(hào),使得三極管導(dǎo)通,進(jìn)一步使得繼電器工作,從而驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路。同時(shí),比較器輸出“高電平”,會(huì)使得繼電器工作,從而驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇抽排電路。改變滑動(dòng)變阻器RV2的阻值,能夠改變電壓比較器的反相輸入端的電壓,使聲光報(bào)警及風(fēng)扇抽排電路能夠在有害氣體不同濃度下工作,即用氣敏傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)有害氣體不同濃度的測(cè)量。RV1為5k、額定功率為1/16W,RV2為2k、額定功率為1/16W°R1為4k,R2為2k,額定功率都為1/16W。注:此處由于在元件庫(kù)中找不到QM-N曲件,故用?t動(dòng)變阻器RV1代替。圖氣敏傳感器工作原理圖.3排氣電路模塊見(jiàn)為排氣電路模塊。排氣電路中,二極管和繼電器為開(kāi)關(guān)作用。當(dāng)氣體濃度
14、大于C,氣敏電阻阻值減小,從而使電壓比較器輸出高電平,使二極管導(dǎo)通,繼電器工作,電機(jī)工作,開(kāi)始進(jìn)行排氣。當(dāng)毒氣濃度低于C時(shí),電壓比較器輸出為低電平,使二極管截止,電機(jī)不能工作,停止排氣。電機(jī)的額定電壓為12v,繼電器RL1的額定電壓為5v。三極管Q2作為RL1的開(kāi)關(guān),操縱繼電器的閉與合.圖1.6排氣電路工作原理圖.4聲光報(bào)警操縱模塊多諧振蕩電路見(jiàn)圖為多諧振蕩電路。555按時(shí)器組成的多諧振蕩器工作原理如下:接通電源后,電容C5被充電,當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時(shí),觸發(fā)器被復(fù)位,同時(shí)放電三極管T導(dǎo)通,現(xiàn)在Vo為低電壓,電容C5通過(guò)R4和T放電,使Vc下降。當(dāng)Vc下降到1/3Vcc時(shí),觸發(fā)器又被置位,
15、Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。輸出端輸出的方波信號(hào)周期:T=0.7(R3+2R4)C516V電阻,R4為33k電阻,二者額定功率都為1/16W。CLUIuF-.-qTE*.T即/*->«»-«,,10uF-ai”*;aiajinan一<TEXT>C5.圖1.7多諧振蕩電路圖聲光報(bào)警電路見(jiàn)圖為聲光報(bào)警電路。當(dāng)電壓比較器輸出高電平常,使得U7端口輸出方波信號(hào),高電平驅(qū)動(dòng)繼電器,燈泡發(fā)光;低電平斷開(kāi)繼電器,燈泡變暗。于是燈泡處于間歇的工作狀態(tài)。其周期計(jì)算如下:T=0.7(R3+2R4)C5可知,適當(dāng)改變C5,R3,R4值能夠改變燈泡和喇叭的工作頻率。U4:A與U7
16、組成與門(mén),輸入端為555按時(shí)器3腳與運(yùn)放輸出端。白熾燈與喇叭的額定電壓220V。繼電器RL2額定電壓為5V。三極管Q1作為RL2的開(kāi)關(guān),操縱繼電器的閉與合。圖1.8聲光報(bào)警操縱電路圖工作原理說(shuō)明電源變壓器將交流電網(wǎng)220V的電壓變成所需要的電壓值,然后通過(guò)整流電路將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波,必需通過(guò)濾波電路加以濾波,從而取得滑膩的直流電壓。但如此的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動(dòng),負(fù)載和溫度的轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)變。因此在整流,濾波電路以后,還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng),負(fù)載和溫度轉(zhuǎn)變時(shí),維持輸出直流電壓的穩(wěn)固。當(dāng)空氣中的有害氣體濃度未達(dá)到必然值時(shí),QM-N歡
17、敏傳感器電阻值專門(mén)大,使兩個(gè)電壓比較器正相輸入端的電壓均小于反相輸入端的電壓,電壓比較器的輸出端為“低電平”,U7輸出低電平,燈泡與喇叭均不工作;若是空氣中的有害氣體濃度達(dá)到C時(shí),傳感器的電阻值變小,使下面的電壓比較器正相輸入端電壓大于反向輸入端電壓,比較器輸出“高電平”,U7輸出方波信號(hào),使得燈泡閃爍,報(bào)警電路發(fā)出警笛報(bào)警聲,同時(shí)使得二極管導(dǎo)通,繼電器工作,從而驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇抽排電路。改變滑動(dòng)變阻器的阻值,能夠改變電壓比較器的反相輸入端的電壓,使聲光報(bào)警及風(fēng)扇抽排電路能夠在有害氣體不同濃度下工作,即用氣敏傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)有害氣體不同濃度的測(cè)量。武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū).6QM-NJK敏傳
18、感器說(shuō)明氣體與人類的日常生活緊密相關(guān),對(duì)氣體的檢測(cè)已是愛(ài)惜和改善生態(tài)居住環(huán)境不可缺少手腕,氣敏傳感器發(fā)揮著極為重要的作用。QM-N5型氣敏元件適用于天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、烯類氣體等的檢測(cè),屬于N型半導(dǎo)體元件。靈敏度較高,穩(wěn)固性較好,響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)刻短,市場(chǎng)上應(yīng)用普遍。QM-N5敏元件參數(shù)如下:標(biāo)定氣體(0.1%丁烷氣體,最正確工作條件)中電壓2V,響應(yīng)時(shí)刻010S,恢復(fù)時(shí)刻030S,最正確工作條件加熱電壓5V、測(cè)量回路電壓10V、負(fù)載電阻RL為2K,許諾工作條件加熱電壓4.55.5V、測(cè)量回路電壓515V、負(fù)載電阻0.52.2K。*QM-N5傳感器大體測(cè)試電路Q9D gitOLLilla
19、&iCQpie1圖RL2的操縱脈沖波形圖弧ICursorsLlh-ihmlH回工Ph1I圖聲光報(bào)警系統(tǒng)和抽排系統(tǒng)仿真圖見(jiàn)圖1.9與圖1.10,別離是繼電器RL2的操縱脈沖波形圖和聲光報(bào)警系統(tǒng)和抽排系統(tǒng)仿真圖。RL2的操縱脈沖由555按時(shí)器組成的多諧振電路產(chǎn)生的諧振脈沖和檢測(cè)模塊產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行與運(yùn)算而來(lái)。當(dāng)檢測(cè)到煤氣泄漏時(shí),檢測(cè)模塊產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)為“1”,然后與諧振脈沖與運(yùn)算,由U7發(fā)出RL2的操縱脈沖。其頻率與諧振脈沖相同f=1/T=2Hz。操縱脈沖為“1”時(shí),RL2接通,報(bào)警燈和喇叭工作,相反,操縱脈沖為“0”時(shí),RL2連接另一端,報(bào)警燈和喇叭不工作,因此報(bào)警燈與喇叭以2Hz產(chǎn)生閃
20、爍報(bào)警。與此同時(shí),由于檢測(cè)信號(hào)直接傳遞給排氣模塊,三極管Q2同意檢測(cè)信號(hào)后,連通繼電器,RL1閉合,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),開(kāi)始排氣。仿真成效與預(yù)想相同,只是在軟件里無(wú)法找到交流電燈、交流喇叭及交流電機(jī),故用直流電燈、直流喇叭和直流電機(jī)代替。元件列表本設(shè)計(jì)利用的各個(gè)元件如下表。表1.1有害氣體檢測(cè)報(bào)警及抽排電路元件列表元件名稱型號(hào)數(shù)量雙刀雙擲繼電器OMI-SH-205L1單刀雙擲繼電器OMIH-SH-105L1交流電動(dòng)Motor1氣敏傳感器MQ-N51變壓器220V/9V1整流橋QL400/1A1穩(wěn)壓器LM780121555定時(shí)器5551揚(yáng)聲器5W,8Q1報(bào)警燈220V,15W1三極管90132電阻各種阻值
21、電容無(wú)極性電容與電解電容功率放大器EL21701排氣扇220V,300W&流1與非門(mén)74HC001非門(mén)74HC041262機(jī)械人行走電路設(shè)計(jì)一、接通電源,機(jī)械人前進(jìn),行走一段時(shí)刻后,機(jī)械人自動(dòng)后退,退行一段時(shí)刻后自動(dòng)前行,周而復(fù)始。二、機(jī)械人行走動(dòng)力只能利用干電池,不能利用動(dòng)力電源。3、機(jī)械人前進(jìn)、后退時(shí)刻可調(diào)??刹杉{兩種方案供選擇:方案一:是555按時(shí)器產(chǎn)生脈沖信號(hào),來(lái)激發(fā)161及248組成的電路進(jìn)行計(jì)時(shí),同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn),當(dāng)計(jì)數(shù)到設(shè)按時(shí)刻時(shí),產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào),觸發(fā)JK觸發(fā)器,JK觸發(fā)器在觸發(fā)信號(hào)操縱下輸動(dòng)身生高低電平跳變觸發(fā)器發(fā)出信號(hào)使直流電機(jī)兩頭電機(jī)兩頭電壓發(fā)生跳變直流電機(jī)正反轉(zhuǎn),實(shí)
22、現(xiàn)小車前進(jìn)與后退。方案二:那么是通過(guò)單片機(jī)的某一輸入端口來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)刻的設(shè)定,單片機(jī)內(nèi)部電路實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能,并通過(guò)引腳輸出電壓的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的操縱信號(hào),通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械人的前進(jìn)和后退。單片機(jī)操縱可依照需要調(diào)整設(shè)置時(shí)刻的范圍,不需要更改電路,而且可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)其他一些復(fù)雜的功能。通過(guò)比較不難發(fā)覺(jué),方案一易于操作,更簡(jiǎn)捷方便,經(jīng)濟(jì)性高,由于我對(duì)單片機(jī)比較了解,手上又有現(xiàn)成的材料,因此采納方案二。設(shè)計(jì)整體方案2.3.1設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊框圖圖2.1模塊方框圖2.3.2設(shè)計(jì)原理流程框圖2.3.3設(shè)計(jì)原理圖圖設(shè)計(jì)原理圖2.4設(shè)計(jì)方案分析.1時(shí)鐘脈沖模塊圖多諧振蕩電路如上圖2.4,555按時(shí)器組成的多諧振
23、電路做時(shí)鐘脈沖發(fā)生模塊。接通電源后,電容C2被充電,當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時(shí),觸發(fā)器被復(fù)位,電容C2通過(guò)R2和T放電,使Vc下降。當(dāng)Vc下降到1/3Vcc時(shí),觸發(fā)器又被置位,Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。使3端輸出方波信號(hào),此方波信號(hào)的周期:T=0.7(Ri+2R2)C2通過(guò)對(duì)SW1開(kāi)關(guān)的操作能夠選擇3端輸出的方波信號(hào)的周期T為1s或0.5s。及33k,它們的額定電壓都可為1/16W。C1與C2別離為0.01uf與10uf,其擊穿電壓均為15V。.2計(jì)數(shù)器和計(jì)數(shù)器顯示模塊如以下圖2.5。由多諧振蕩器3端輸出的方波信號(hào)接到U2的“DN減計(jì)數(shù)”端,驅(qū)動(dòng)74HC192a行減計(jì)數(shù),然后將U2的“TCD昔位端”接
24、到第U3的“DN減計(jì)數(shù)”端,再將兩片74HC192的所有輸入端取非后接到一個(gè)八輸入與非門(mén),產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)繼電器接到兩個(gè)芯片的“PL置數(shù)端”。如此,當(dāng)?shù)谝粋€(gè)芯片減到零時(shí),向高位產(chǎn)生一個(gè)借位信號(hào),使高位減一,依次循環(huán),明白兩個(gè)芯片均減到零時(shí),兩個(gè)借位端相或產(chǎn)生的信號(hào)使得兩個(gè)芯片的置數(shù)端有效,使其指數(shù),又回到起點(diǎn)。同時(shí)八個(gè)輸出端別離接入七段數(shù)碼管做顯示。芯片均為cmos芯片,電源電壓為3V18V。圖2.574HC192計(jì)數(shù)器和七段數(shù)碼管組成的計(jì)數(shù)器顯示電路2.4.3機(jī)械人行走模塊D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)信號(hào)翻轉(zhuǎn)如以下圖2.6。用與非門(mén)產(chǎn)生的信號(hào)作為D觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào),于是,當(dāng)計(jì)數(shù)完成一個(gè)周期時(shí),D觸發(fā)器同意到一
25、個(gè)觸發(fā)信號(hào),使得Q端輸出翻轉(zhuǎn)。圖2.6D觸發(fā)器及翻轉(zhuǎn)電路直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路如以下圖2.7。當(dāng)D觸發(fā)器輸出為高電平常,Q1,Q4導(dǎo)通,Q2,Q3截止,直流電機(jī)兩頭電勢(shì)差為-6.0v,直流電機(jī)反轉(zhuǎn),機(jī)械人后退。當(dāng)D觸發(fā)器輸出為底電平常,Q1,Q4截止,Q2,Q3導(dǎo)通,直流電機(jī)兩頭電勢(shì)差為6.0v,直流電機(jī)正轉(zhuǎn),機(jī)械人前進(jìn)。于是就實(shí)現(xiàn)了機(jī)械人前進(jìn)后退的要求。且時(shí)刻相等。R3R4R5及R6均為800,額定電壓為0.25W。Q4與Q2為PNP三極管,Q1與Q3為NPN三極管圖2.7直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路2.4.4按時(shí)模塊如以下圖2.8。當(dāng)SW:接地時(shí),計(jì)時(shí)模塊的兩個(gè)計(jì)時(shí)器處于預(yù)置狀態(tài),現(xiàn)在按一下“個(gè)位按時(shí)”
26、按鈕,U2便會(huì)預(yù)置“0001”,按兩下,U2便預(yù)置“0010”,以此類推,“列位按鈕”可使U2預(yù)置“0000”至“1001”,同理,“十位按鈕”對(duì)U3有相同功能。設(shè)定成功后,將SW2接回與非門(mén)輸出端。計(jì)數(shù)器便以設(shè)定的時(shí)刻進(jìn)行反復(fù)減計(jì)數(shù)。其可設(shè)定的范圍為199個(gè)時(shí)鐘脈沖周期。圖2.8按時(shí)模塊電路圖所用芯片及其他器件說(shuō)明74HC19加數(shù)器MODESELECTTABLEMRPLCPu8DMODEHXXXReset(AsynJLLXXDresetAsynjLHHHNqCtiangeLHJ卜CountUpLHrCountDownLLCA-'ciiageH=HIGHVo'UgeLe-X=D
27、oritCare-T=L。胃-以Hl0HCod(Transition圖2.974HC192真值表74HC192t腳圖:15io9P0P1P2P3“QC 即 L1R TCp TC|,i PL Pj P3ir F;LU IPiC| 由 CP& CPu Qs 03 GNDQ0Q1Q2Q3CPuCPdPLMRTCuTCd1213圖2.1074HC192管腳圖74HC192M體功能:1 .異步清零:當(dāng)MR=1時(shí),計(jì)數(shù)器輸出將直接清零,與其他輸入端的狀態(tài)無(wú)關(guān),這確實(shí)是步清零2 .力口、減計(jì)數(shù)功能:當(dāng)MR=0,PL=1,CPD=時(shí),CPU®接脈沖信號(hào),就實(shí)現(xiàn)了加計(jì)數(shù)功能;當(dāng)MR=0,PL=
28、1,CPU=時(shí),CPD®接脈沖信號(hào),就實(shí)現(xiàn)了減計(jì)數(shù)功能。3 .置數(shù)功能:當(dāng)MR=0PL=0時(shí),計(jì)數(shù)器輸出端與輸入端相同,即實(shí)現(xiàn)置數(shù)功能。D觸發(fā)器JK觸發(fā)器真值表:FUZCTPM占日LE歸國(guó)chllip-!lo|iirnPuTSCLKDQ51XX|(11ITIILLXT11HL;11圖2.11D觸發(fā)器真值表故當(dāng)JK觸發(fā)器的J、K端均接高電平常,每來(lái)一個(gè)觸發(fā)信號(hào)便使得其發(fā)生一次翻轉(zhuǎn),于是就實(shí)現(xiàn)了小車前進(jìn)與后退的功能要求SNMHClT'S.,JORWPACKAGESM7WC175.mCKAQE(TOfvirwiSN54HC175.FKPACKAGE|TQFVIEW圖2.1274HC175引腳圖D觸發(fā)器功能說(shuō)明:本電路中,欲將D觸發(fā)器接成觸發(fā)器,應(yīng)使D接Q。于是便能實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能2.5仿真結(jié)果分析圖2.13機(jī)械人行走仿真圖如上圖2.13為預(yù)置15秒的機(jī)械人來(lái)回行走仿真圖。SW2g地,將“個(gè)位按鈕”按五次,“十位按鈕”按一次,七段數(shù)碼管別離顯示“1”“5”,再將SW2接與非門(mén)輸出端,計(jì)數(shù)器開(kāi)始減記數(shù),D觸發(fā)器Q輸出“0”,機(jī)械人前進(jìn)。當(dāng)計(jì)數(shù)器減記數(shù)到“
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