傳感與控制有害氣體聲光報(bào)警器和機(jī)器人行走控制電路

PAGEPAGE1前言設(shè)計(jì)一個(gè)能自動(dòng)檢測(cè)有害氣體濃度，且當(dāng)有害氣體濃度超標(biāo)時(shí)，能自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警,能自動(dòng)抽排有害氣體的控制電路。本設(shè)計(jì)運(yùn)用555定時(shí)器，氣敏電阻來(lái)主控電路，實(shí)現(xiàn)要求的功能.設(shè)計(jì)一個(gè)能前進(jìn)、后退的機(jī)器人行走控制電路。行走一段時(shí)間后,機(jī)器人自動(dòng)后退，退行一段時(shí)間后自動(dòng)前行,周而復(fù)始；機(jī)器人行走動(dòng)力只能使用干電池，不能使用動(dòng)力電源；機(jī)器人前進(jìn)、后退時(shí)間可調(diào)。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為中心，控制機(jī)器人的行走目錄TOC\o”1—3"\h\z\u_Toc234471820"1.1意義與要求 31.2。1設(shè)計(jì)思路 3HYPERLINK\l”_Toc234471823”1.2.2總體方框圖 41。2。3完整原理圖 4HYPERLINK\l”_Toc234471825”1.2.4PCB制圖 61.3設(shè)計(jì)原理分析 6HYPERLINK\l”_Toc234471827”1。3.1聲光報(bào)警及抽排電路 61.3。2氣敏傳感器部分的電路 71.4所用芯片及其他器件說(shuō)明 7HYPERLINK\l”_Toc234471832”1.4。1555定時(shí)器 7HYPERLINK\l”_Toc234471833"1.4.2QM-N5氣敏傳感器 7HYPERLINK\l”_Toc234471834”1。4。3繼電器 7HYPERLINK\l”_Toc234471835"附表一：聲光報(bào)警器設(shè)計(jì)所用器件 72.1意義與要求 7HYPERLINK\l”_Toc234471838"2.2設(shè)計(jì)總體方案 7_Toc234471840”2.2。2總體方框圖 7HYPERLINK\l”_Toc234471841”2.2。3完整原理圖 7HYPERLINK\l”_Toc234471842”2.2。4PCB制圖 7HYPERLINK\l”_Toc234471843"2.3設(shè)計(jì)原理分析 7HYPERLINK\l”_Toc234471844”2.3。1單片機(jī)外圍電路 72。3.2電機(jī)控制電路 7HYPERLINK\l”_Toc234471846”2。3。3鍵盤(pán)輸入及控制電路 7_Toc234471848”2。3.5整體工作原理說(shuō)明 7HYPERLINK\l”_Toc234471849"2.4程序 7HYPERLINK\l”_Toc234471850”2.4。1程序設(shè)計(jì)思路 72.4.2整體程序及說(shuō)明 72。5主要器件說(shuō)明 7打開(kāi)，聲光報(bào)警電路及風(fēng)扇抽排電路不工作；當(dāng)電壓比較器輸出“高電平”時(shí)，繼電器內(nèi)部“開(kāi)關(guān)閉合，聲光報(bào)警電路及風(fēng)扇抽排電路在電源的供電下開(kāi)始工作。555多諧振蕩器輸出端為個(gè)周期性的方波，其頻率為:f=1/（tPL+tPH）,可近似看成f=1.43/［(R1+R2)C]本設(shè)計(jì)中R1=22k,R2=11k，C=33uf,可算得f約為1hz,即555多諧振蕩器會(huì)產(chǎn)生一秒的連續(xù)脈沖。至于555多諧振蕩器的詳細(xì)原理說(shuō)明見(jiàn)1。4節(jié)。下面一副截圖為555定時(shí)電路在正常工作下時(shí)所輸出的波形圖3-2：555定時(shí)電路輸出波形1.3。2氣敏傳感器部分的電路圖3—3：氣敏傳感器部分電路原理說(shuō)明：對(duì)于圖3—3當(dāng)空氣中的有害氣體濃度未達(dá)到一定值時(shí)，QM-N氣敏傳感器電阻值很大，使電壓比較器正相輸入端的電壓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：如果空氣中的有害氣體濃度達(dá)到一定值時(shí)，傳感器的電阻值變小，使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"，繼電器工作,從而驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警及風(fēng)扇抽排電路。改變RV2滑動(dòng)變阻器的阻值,可以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)扇抽排電路可以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.1。3。3電源電路圖3-4:電源部分電路原理說(shuō)明：圖3—4電路由家用220v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。電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后通過(guò)整流電路將交流電壓變?yōu)槊}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，必須通過(guò)濾波電路加以濾波，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)，負(fù)載和溫度的變化而變化.因而在整流，濾波電路之后，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)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定.1。3.4整體工作原理說(shuō)明由220V的交流電壓經(jīng)電源變壓器，整流電路，濾波和穩(wěn)壓電路等四部分后變?yōu)橹绷麟妷?供氣敏傳感器及聲光報(bào)警電路工作，而風(fēng)扇是由220V的交流電驅(qū)動(dòng)。當(dāng)空氣中的有害氣體濃度未達(dá)到一定值時(shí)，QM-N氣敏傳感器電阻值很大，使電壓比較器正相輸入端的電壓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：如果空氣中的有害氣體濃度達(dá)到一定值時(shí),傳感器的電阻值變小,使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"，繼電器工作，從而驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警及風(fēng)扇抽排電路。當(dāng)室內(nèi)有害氣體的體積分?jǐn)?shù)降到某一預(yù)定值時(shí)，該控制器會(huì)自動(dòng)切斷排風(fēng)扇和聲、光報(bào)警電路的工作電源，使其停止工作,從而達(dá)到了自動(dòng)控制室內(nèi)有害氣體的目的。下圖(圖3-5）中用滑動(dòng)變阻器RV1代替氣敏電阻,當(dāng)滑動(dòng)變阻器阻值變小時(shí),電壓比較器正相端電壓變大，大于反相端電壓時(shí)輸出為高電平，使繼電器共作，聲光報(bào)警電路工作;反之不工作。圖3-5：整體電路1.4所用芯片及其他器件說(shuō)明1.4。1555定時(shí)器圖4—1:555定時(shí)器組成的多諧振蕩器電路圖如圖4-1所示：由555組成的多諧振蕩器工作原理如下：接通電源后，電容C被充電，當(dāng)VC上升到2/3VCC時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，同時(shí)發(fā)電BJTT導(dǎo)通，此時(shí)VO為低電壓,電容C通過(guò)R2和T放電，使VC下降.當(dāng)VC下降到（1/3）VCC時(shí)，觸發(fā)器又被置位，VO翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C放電所需的時(shí)間為:tPL=R2Cln2，可近似看成tPL=0.7R2當(dāng)C放電結(jié)束時(shí),T截止，VCC將通過(guò)R1、R2向電容器C充電，VC由(1/3)VCC上升到（2/3）VCC所需的時(shí)間為：tPH=（R1+R2）Cln2,可近似看成tPH=0.7(R1+R2）C而當(dāng)VC上升到（2/3）VCC時(shí)，觸發(fā)器又周而復(fù)始，在輸出端就得到一個(gè)周期性的方波,其頻率為：f=1/(tPL+tPH）,可近似看成f=1。43/[（R1+R2)C]1.4.2QM-N5氣敏傳感器氣體與人類(lèi)的日常生活密切相關(guān),對(duì)氣體的檢測(cè)已經(jīng)是保護(hù)和改善生態(tài)居住環(huán)境不可缺少手段,氣敏傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。QM—N5型氣敏元件適用于天然氣、煤氣、氫氣、烷類(lèi)氣體、烯類(lèi)氣體、汽油、煤油、乙炔、氨氣、煙霧等的檢測(cè),屬于N型半導(dǎo)體元件。靈敏度較高，穩(wěn)定性較好，響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間短，市場(chǎng)上應(yīng)用廣泛。QM-N5氣敏元件參數(shù)如下：標(biāo)定氣體（0.1%丁烷氣體，最佳工作條件）中電壓≥2V，響應(yīng)時(shí)間≤10S，恢復(fù)時(shí)間≤30S,最佳工作條件加熱電壓5V、測(cè)量回路電壓10V、負(fù)載電阻RL為2K，允許工作條件加熱電壓4.5~5.5V、測(cè)量回路電壓5～15V、負(fù)載電阻0。5~2。2K.1.4。3繼電器繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中,它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用.

電磁繼電器的工作原理和特性

電磁式繼電器一般由鐵芯、線(xiàn)圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線(xiàn)圈兩端加上一定的電壓，線(xiàn)圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng),銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線(xiàn)圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合.這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn),可以這樣來(lái)區(qū)分:繼電器線(xiàn)圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱(chēng)為“常開(kāi)觸點(diǎn)”;處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱(chēng)為“常閉觸點(diǎn)”。

選用繼電器時(shí),一般控制電路的電源電壓可作為選用的依據(jù)。控制電路應(yīng)能給繼電器提供足夠的工作電流，否則繼電器吸合是不穩(wěn)定的。查閱有關(guān)資料確定使用條件后，可查找相關(guān)資料，找出需要的繼電器的型號(hào)和規(guī)格號(hào)。若手頭已有繼電器，可依據(jù)資料核對(duì)是否可以利用。最后考慮尺寸是否合適.若是用于一般用電器，除考慮機(jī)箱容積外,小型繼電器主要考慮電路板安裝布局。對(duì)于小型電器，如玩具、遙控裝置則應(yīng)選用超小型繼電器產(chǎn)品附表一：聲光報(bào)警器設(shè)計(jì)所用器件名稱(chēng)型號(hào)規(guī)格位號(hào)數(shù)量電原220V，50hzV1一個(gè)變壓器TRAN-2P2STR1一個(gè)電橋電路DF02MBR1一個(gè)風(fēng)扇無(wú)無(wú)一個(gè)555芯片NE555U1一個(gè)報(bào)警燈LED-REDD6一個(gè)報(bào)警喇叭SpeakerLS1一個(gè)繼電器無(wú)無(wú)一個(gè)電壓比較器COMPIU2一個(gè)穩(wěn)壓管BZX85C12RD1一個(gè)氣敏傳感器QM-N5無(wú)一個(gè)三極管2N3019Q2一個(gè)二極管UF5404D2一個(gè)滑動(dòng)變阻器10KRV1,RV2兩個(gè)電解電容500ufC1，C2兩個(gè)電容33ufC3一個(gè)電容0.01ufC4一個(gè)電阻240R1一個(gè)電阻510R2，R3兩個(gè)電阻470R4一個(gè)電阻30R5一個(gè)電阻22KR6一個(gè)電阻11KR7一個(gè)電阻1KR8,R9一個(gè)二．機(jī)器人行走控制電路2.1意義與要求意義：運(yùn)用自學(xué)的單片機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的小車(chē)控制電路,把理論與實(shí)際相結(jié)合，能夠更好的掌握單片機(jī)的應(yīng)用，同時(shí)提高自己的動(dòng)手能力。同時(shí)結(jié)合電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)設(shè)計(jì)電路，提高自己的運(yùn)用，思考能力。要求:設(shè)計(jì)一個(gè)能前進(jìn)、后退的機(jī)器人行走控制電路.當(dāng)接通電源，機(jī)器人前進(jìn)，行走一段時(shí)間后，機(jī)器人自動(dòng)后退，退行一段時(shí)間后自動(dòng)前行,周而復(fù)始；；機(jī)器人行走動(dòng)力只能使用干電池，不能使用動(dòng)力電源;機(jī)器人前進(jìn)、后退時(shí)間可調(diào)。2.2設(shè)計(jì)總體方案2.2。1設(shè)計(jì)思路用單片機(jī)作主控芯片，用數(shù)字鍵盤(pán)作為輸入部分，控制時(shí)間的輸入，同時(shí)用七段數(shù)碼管顯示（用七段顯示譯碼器驅(qū)動(dòng)顯示）。直流電機(jī)用單片機(jī)控制，同時(shí)用H橋電路作為電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路。程序部分根據(jù)以上思路編寫(xiě)。2.2.2總體方框圖單片單片機(jī)鍵盤(pán)輸入電路顯示電路電機(jī)控制電路圖2—1：機(jī)器人行走控制原理方框圖2。2.3完整原理圖用protues軟件繪制成如下系統(tǒng)原理圖（圖2—2)圖2-2整體原理圖2。2.4PCB制圖圖2—3:PCB制圖2.3設(shè)計(jì)原理分析2。3.1單片機(jī)外圍電路圖3—1：?jiǎn)纹瑱C(jī)外圍電路說(shuō)明：圖3—1是單片機(jī)外圍基本電路。只有具備這些基本外圍電路，單片機(jī)才能正常工作（注意:其中單片機(jī)電源,接地端被隱藏）外圍基本電路有時(shí)鐘產(chǎn)生電路(本電路用內(nèi)部產(chǎn)生方式）,復(fù)位電路（本電路帶有手動(dòng)復(fù)位，便于控制單片機(jī)的復(fù)位2。3。2電機(jī)控制電路 圖3—2：電機(jī)控制電路工作原理說(shuō)明:芯片L298是恒壓恒流橋式2A驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部是由兩塊H橋電路封裝而成。IN1，IN2，ENA是一部分，IN2，IN3，ENB是一部分，其中ENA,ENB是使能控制端。表一：L298功能模塊ENAIN1IN2運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)0任意任意停止110正轉(zhuǎn)101反轉(zhuǎn)111制停100停止由表一L298功能模塊可以看出電機(jī)的工作狀況，由單片機(jī)控制IN1，IN2的輸入,從而很好的控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。恒壓恒流橋式2A驅(qū)動(dòng)芯片L298的具體介紹見(jiàn)2。5節(jié)。2.3.3鍵盤(pán)輸入及控制電路圖3-3：鍵盤(pán)輸入及控制電路原理說(shuō)明：圖中的MM74C922為鍵盤(pán)控制芯片。MM74C922與數(shù)字鍵盤(pán)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下面的表格所示,并在上圖中表上了各鍵的代表數(shù)字。沒(méi)有鍵按下時(shí)，MM74C922中的OA=0，當(dāng)有鍵按下時(shí)OA=1,經(jīng)反相器，使輸出時(shí)能端“OE非”(即十三腳）為0，此時(shí)鍵值(二進(jìn)制)由A,B，C，D輸出，把A，B，C，D相應(yīng)的輸入單片機(jī)，單片機(jī)就可得到相應(yīng)的值，再經(jīng)數(shù)碼管顯示出來(lái)即可，同時(shí)可以控制機(jī)器人的前進(jìn)，后退時(shí)間。 表二：MM74C922與數(shù)字鍵盤(pán)的對(duì)應(yīng)關(guān)系開(kāi)關(guān)位置0Y1，X11Y1，X22Y1,X33Y1，X44Y2，X15Y2，X26Y2,X37Y2，X48Y3,X19Y3，X210Y3，X311Y3,X412Y4，X113Y4，X214Y4，X315Y4，X4A0101010101010101B0011001100110011C0000111100001111D00000000111111112.3。4顯示控制電路圖3—4：顯示控制電路原理說(shuō)明：七段顯示譯碼器74LS47為輸出低電平有效，用以驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極顯示器,它把由ABCD輸入的二進(jìn)制譯碼后，顯示在數(shù)碼管上，直觀的顯示了時(shí)間。74LS47的具體說(shuō)明見(jiàn)2.5節(jié)2。3。5整體工作原理說(shuō)明當(dāng)數(shù)字鍵盤(pán)有鍵按下時(shí)，經(jīng)MM74C922鍵盤(pán)控制芯片，使ＡＢＣＤ輸出相應(yīng)的二進(jìn)制，此二進(jìn)制輸入單片機(jī)，單片機(jī)“記住“輸入的數(shù)據(jù),再由程序控制，輸出并顯示在數(shù)碼管上：同時(shí)控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的正常運(yùn)行。２.４程序2。4。1程序設(shè)計(jì)思路數(shù)字鍵盤(pán)有鍵按下，輸入Ｐ０中數(shù)字鍵盤(pán)有鍵按下，輸入Ｐ０中進(jìn)退時(shí)間控制開(kāi)關(guān)打開(kāi)程序控制鍵打開(kāi)，即ｋｔｓ＝０電機(jī)控制，包括時(shí)間，循環(huán)進(jìn)行結(jié)束存儲(chǔ)鍵入的值于ａ［０］中并顯示存儲(chǔ)鍵入的值于ａ［１］中并顯示開(kāi)始ＹＮＮＹ圖4-1程序設(shè)計(jì)思路2。4.2整體程序及說(shuō)明＃include”reg51。h”sbitin1=P3^5；sbitin2=P3^6；sbitda=P3^0；sbitkts=P3^1；//跳出'顯示'程序控制端sbitkqbh=P3^2； //顯示控制端 chara［2］={0｝;voiddelay1s(void) //1秒延時(shí)程序{unsignedchari,j,k；for（k=100;k〉0；k--）for（j=20；j〉0；j--)for(i=248;i>0;i-—)；}voidmain（ ）｛while(1) {if(da==1） if(kqbh==1） {a［0］=P0;P1=a[0];}//存儲(chǔ)‘前進(jìn)’顯示時(shí)間于a[0]中 else ｛a[1］=P0；P2=a[1］;｝//存儲(chǔ)'后退'顯示時(shí)間于a[1］中 if（kts==0)break； ｝while(1）{in1=1；in2=0；for(；P1>0;P1—-) //'前進(jìn)'顯示程序{delay1s（）;} delay1s(); P1=a［0］； in1=0;in2=1;for(;P2〉0;P2-—） //'后退'顯示程序{delay1s（)；} delay1s（）; P2=a[1］;}｝ 2。5主要器件說(shuō)明２。５.１驅(qū)動(dòng)芯片L298NL298是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見(jiàn)的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路?？梢苑奖愕尿?qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)。L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)VSS，VSS可接4．5～7V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為＋2．5~46V。輸出電流可達(dá)2．5A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動(dòng)機(jī),本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。EnA，EnB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn).表1是L298N功能邏輯圖。In3，In4的邏輯圖與表1相同.由表1可知EnA為低電平時(shí)，輸入電平對(duì)電機(jī)控制起作用，當(dāng)EnA為高電平,輸入電平為一高一低，電機(jī)正或反轉(zhuǎn)。同為低電平電機(jī)停止，同為高電平電機(jī)剎停.附表二：機(jī)器