《《電工電子綜合》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)小型智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《《電工電子綜合》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)小型智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（35頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、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 任務(wù)書(shū) 3 摘要 6 1有害氣體檢測(cè)與抽排電路設(shè)計(jì) 7 1.1意義與設(shè)計(jì)要求 7 1.1.1意義 7 1.1.2設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 7 1.2總體設(shè)計(jì)方案 8 1.2.1總體設(shè)計(jì)方案選擇 8 1.2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 9 1.3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 11 1.3.1電源電路 11 1.3.2氣體濃度檢測(cè)電路 11 1.3.3聲音報(bào)警電路 12 1.3.4光報(bào)警和抽排系統(tǒng) 13 1.3.5去耦濾波 14 1.4系統(tǒng)仿真 15 1.5所用部分元件原理說(shuō)明 16 1.5.1 QM-N5氣敏傳感器 16 1.5. 2多

2、諧振蕩器 16 2 機(jī)器人行走電路設(shè)計(jì) 18 2.1設(shè)計(jì)任務(wù) 18 2.2設(shè)計(jì)總體方案 18 2.2.1設(shè)計(jì)思路 18 2.2.2設(shè)計(jì)總體方案 18 2.3設(shè)計(jì)原理分析 21 2.3.1單片機(jī)外圍電路 21 2.3.2開(kāi)關(guān)功能控制 22 2.3.3鍵盤(pán)輸入及控制電路 22 2.3.4顯示模塊 23 2.3.5電機(jī)控制 24 3附錄 26 附錄1 機(jī)器人行走系統(tǒng)程序 26 附錄2 有害氣體檢測(cè)與抽排電路元件清單 30 附錄3 機(jī)器人行走電路元件清單 31 4 設(shè)計(jì)小結(jié)及心得體會(huì) 32 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 學(xué)生姓名： ******

3、 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化*****班 指導(dǎo)教師： 周曉年 工作單位： 自動(dòng)化學(xué)院 題 目: 小型智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、 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)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，自動(dòng)抽排有害氣體的控制電路。 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)安全。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)器人行走電路設(shè)計(jì) 任務(wù)：

4、設(shè)計(jì)一個(gè)能前進(jìn)、后退的機(jī)器人行走控制電路。 要求：1、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。 2、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。 3、機(jī)器人前進(jìn)、后退時(shí)間可調(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(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。 3. 學(xué)生已參加過(guò)電工電子實(shí)習(xí)，掌握了用PROTEL繪制電路圖的方法。 4. 主要參考文獻(xiàn) 1) 《新編電子電路大全》 第1、2、

5、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 3) 《電子線(xiàn)路綜合設(shè)計(jì)》 主編 謝自美 華中科技大學(xué)出版社 4) 《集成電路速查手冊(cè)》 王新賢 主編 山東科學(xué)技術(shù)出版社 5) 《電力電子電路設(shè)計(jì)》 鐘炎平 主編 華中科技大學(xué)出版社 6) 《電子技術(shù)工藝基礎(chǔ)》 王天曦 李鴻儒 編著 清華大學(xué)出版社。 要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體要求） 1、 課程設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)每個(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

6、圖、電原理圖，闡述電路工作原理、每個(gè)元器件的主要參數(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)、圖形或表格一律用計(jì)算機(jī)打印。 4、 文字、符號(hào)、圖形等必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 5、 獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)，杜絕相互抄襲現(xiàn)象發(fā)生，避免剽竊。 時(shí)間安排：二周（6月20日—7月1日）。 6月20日上午，指導(dǎo)教師講授課程設(shè)計(jì)的有關(guān)基本知識(shí)，布置設(shè)計(jì)任務(wù)等； 6月20日下午——6月23日下午學(xué)生查閱資料； 6月24日上午——6月26日下午學(xué)生初步設(shè)計(jì)； 6月27日上午——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——6月30日下午進(jìn)一

7、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)老師簽名： 2011年6 月 17 日 系主任（或負(fù)責(zé)教師）簽名： 2011年 月 日 摘要 有害氣體檢測(cè)與抽排系統(tǒng)采用邏輯電路，傳感器輸出模擬信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到氣體濃度升高時(shí)，輸出電壓升高，比較器輸出高電平驅(qū)動(dòng)繼電器，使報(bào)警電路和抽排電路開(kāi)始工作，當(dāng)濃度降低到安全規(guī)范圍以?xún)?nèi)時(shí)停止工作。報(bào)警電路采用聲光報(bào)警，通過(guò)555定時(shí)器輸出方波脈沖使燈閃爍，為使報(bào)警的鈴聲更能起到警示作用，本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)555定時(shí)器輸

8、出不同頻率的脈沖使喇叭發(fā)出兩個(gè)高低不同的音調(diào)，并通過(guò)設(shè)計(jì)功率放大電路，達(dá)到報(bào)警的目的。 機(jī)器人行走電路以89C51單片機(jī)作為主控芯片，單片機(jī)控制L298芯片來(lái)控制機(jī)器人是否行進(jìn)及其方向；鍵盤(pán)控制單片機(jī)相應(yīng)I/O口的高低電平來(lái)控制機(jī)器人的行進(jìn)時(shí)間，直接置數(shù)；單片機(jī)根據(jù)以上條件控制數(shù)碼管顯示和L298芯片in1、in2端的高低電平，繼而控制機(jī)器人的前進(jìn)和后退。電機(jī)電路運(yùn)用橋式電路連接方法，改變輸入端電平狀態(tài)可以改變電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向。 關(guān)鍵字： 傳感器 555定時(shí)器 89C51單片機(jī) 橋式電路 前言 隨著社會(huì)進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，尤其在工業(yè)生產(chǎn)上，要求我們用智慧

9、去解決一些繁瑣、周而復(fù)始的工作，減輕人的負(fù)擔(dān)，而且使工作效率更高，效果更好。有害氣體檢測(cè)報(bào)警及抽排電路設(shè)計(jì)和機(jī)器人行走電路的設(shè)計(jì)就是兩個(gè)很好的例子。通過(guò)智能控制，不僅減免了很多的體力勞動(dòng)，還使得工作更好更快地完成。 兩個(gè)設(shè)計(jì)均能為平時(shí)日常生活提供方便，都能智能控制，能自啟動(dòng)和自動(dòng)關(guān)閉，要求綜合運(yùn)用所學(xué)電子電路的知識(shí)，是集模擬電子技術(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)，根據(jù)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。 通過(guò)這兩個(gè)設(shè)計(jì)可以鍛煉我們的自主創(chuàng)新能力和自主學(xué)習(xí)能力，也可以鞏固所學(xué)的知識(shí)，這兩個(gè)設(shè)計(jì)都明顯基于我們平時(shí)所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)的，既可以復(fù)習(xí)以前的知識(shí)又可以再次基

10、礎(chǔ)之上提高，發(fā)掘潛能，拓展知識(shí)，豐富自己的知識(shí)面和復(fù)習(xí)自己所學(xué)知識(shí)，是一個(gè)提高能力的跳板。 1 有害氣體檢測(cè)與抽排電路設(shè)計(jì) 1．1意義與設(shè)計(jì)要求 1.1.1意義 聯(lián)系實(shí)際與所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)次有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。將此裝置安放在家中或公共場(chǎng)所，當(dāng)有害氣體泄漏時(shí)，可以及時(shí)檢測(cè)并抽排，保障人的生命安全。 1.1.2設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)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，自動(dòng)抽排有害氣體的控制電路。 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)安全。抽排完畢后，系統(tǒng)

11、自動(dòng)回到實(shí)時(shí)檢測(cè)狀態(tài)。 1.2總體設(shè)計(jì)方案 1.2.1總體設(shè)計(jì)方案選擇 方案一 單片機(jī)控制系統(tǒng) 將觸發(fā)信號(hào)輸入單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)觸發(fā)信號(hào)，在指定引腳輸出間隔雙頻率控制信號(hào)控制報(bào)警電路產(chǎn)生雙音頻報(bào)警聲，輸出一定頻率的信號(hào)控制報(bào)警燈的閃爍，輸出控制信號(hào)通過(guò)控制晶閘管來(lái)控制抽排電路的啟動(dòng)與停止。電路簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，比較靈活。不更改硬件電路，通過(guò)軟件可對(duì)電路功能根據(jù)實(shí)際進(jìn)行適行修改。 方案二 邏輯電路系統(tǒng) 雙音調(diào)的報(bào)警信號(hào)，采用兩個(gè)555制成的多諧振蕩器，設(shè)置不同頻率。運(yùn)用計(jì)時(shí)電路控制雙頻率的信號(hào)交替出現(xiàn)，將觸發(fā)信號(hào)作為計(jì)時(shí)電路的控制信號(hào)，間接控制聲音報(bào)警電路；閃爍燈光報(bào)警將觸發(fā)

12、信號(hào)作為555多諧振蕩器的控制信號(hào)，產(chǎn)生方波信號(hào)控制燈光閃爍。將觸發(fā)信號(hào)作為抽排電路的控制信號(hào)，直接啟動(dòng)或停止抽排。電路原理簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，但連接復(fù)雜，不易修改。 單片機(jī)方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但相對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)造價(jià)較高，且單片機(jī)的大部分功能閑置，造成資源浪費(fèi)；使用555電路進(jìn)行控制造價(jià)低廉，且資源利用率高。本實(shí)驗(yàn)方案選擇邏輯電路系統(tǒng)。 1.2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 本設(shè)計(jì)采用邏輯電路，傳感器采用的是QM-2氣體濃度傳感器，該傳感器輸出地是模擬信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到氣體濃度升高時(shí)，其輸出管腳的電壓也隨之升高，將其輸出端接到比較器上設(shè)定閾值電壓，當(dāng)比較器輸入端的電壓高于閾值電壓時(shí)，比較器輸出高電平，驅(qū)動(dòng)繼電器，

13、使報(bào)警電路和抽排電路開(kāi)始工作，當(dāng)氣體濃度降低到安全規(guī)范圍以?xún)?nèi)時(shí)，比較器輸出低電平3報(bào)警電路和抽排電路停止工作。 報(bào)警電路采用聲光報(bào)警，通過(guò)555定時(shí)器輸出方波脈沖使燈閃爍，為了使報(bào)警的鈴聲更能起到警示作用，本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)555定時(shí)器輸出不同頻率的脈沖使喇叭發(fā)出兩個(gè)高低不同的音調(diào)，并通過(guò)設(shè)計(jì)輸出雙音頻，達(dá)到報(bào)警的目的。 傳感器 電壓比較器 聲光報(bào)警系統(tǒng) 主控系統(tǒng) 風(fēng)扇抽排 變壓系統(tǒng) 220V交流電壓源 系統(tǒng)框圖

14、  1.3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 1.3.1電源電路 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。 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。 1.3.2氣體濃度檢測(cè)電路 在本設(shè)計(jì)中由于p

15、roteus庫(kù)中沒(méi)有QM-2器件，所以用電位器RV代替。 當(dāng)空氣中的有害氣體濃度未達(dá)到一定值時(shí)，QM-2氣敏傳感器電阻值很大， 使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，555定時(shí)器清零；如果空氣中的有害氣體濃度達(dá)到C1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”，555定時(shí)器正常工作，輸出方波信號(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)警電路和抽排電路工作。 1.3.3聲音報(bào)警電路 當(dāng)電壓比較器輸出高電平時(shí)，使得555定時(shí)器3端

16、口輸出方波信號(hào)，高電平驅(qū)動(dòng)燈泡發(fā)光，低電平使得燈泡變暗，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(R7+2R6)*C6.可知，適當(dāng)改變C6,R7,R6值可以改變燈泡的工作頻率。同理，同樣通過(guò)555定時(shí)器發(fā)出的方波信號(hào)驅(qū)動(dòng)喇叭工作，而采用兩個(gè)555定時(shí)器發(fā)出不同頻率的方波，使得喇叭發(fā)出警笛聲。 報(bào)警電路的核心是由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器。 這樣，當(dāng)檢測(cè)到有害氣體時(shí)，三極管集電極輸出低電平，通過(guò)反相器和運(yùn)算放大器，給多諧振蕩器提供工作電壓使其輸出方波脈沖，從而使二極管閃爍，揚(yáng)聲器間歇報(bào)警，達(dá)到聲光報(bào)警的效果。三極管輸出電壓經(jīng)反相器后給換氣扇供電，使其工作，達(dá)到自動(dòng)抽排的

17、效果。 本電路中輸出的兩個(gè)聲頻的頻率一個(gè)為6.9MHz，占空比為76.8%；另一個(gè)為5MHz，占空比為66.7%。電路的音頻輸出端接乙類(lèi)互補(bǔ)輸出電路，進(jìn)行功率放大，增大輸出音頻聲音，利于實(shí)用。 1.3.4光報(bào)警和抽排系統(tǒng) 此系統(tǒng)中抽排系統(tǒng)由繼電器進(jìn)行控制，當(dāng)檢測(cè)到煙霧時(shí)電壓比較器輸出高電平，使繼電器閉合，繼而電機(jī)接入220V電源電路，開(kāi)始進(jìn)行排煙；當(dāng)煙霧排盡或人為使煙霧濃度降低時(shí)，電壓比較器輸出低電平，電機(jī)與電源之間斷開(kāi)，電機(jī)停止排氣。 光報(bào)警則利用到555定時(shí)器構(gòu)成的多謝振蕩器，輸出矩形脈沖，控制報(bào)警燈頻繁閃爍，進(jìn)行燈光報(bào)警。 1.3.5去耦濾波 由于供電電

18、源和配電系統(tǒng)不是理想的電壓源，對(duì)每個(gè)電路進(jìn)行去耦濾波是有必要的，以減少通過(guò)電源系統(tǒng)耦合的噪聲。阻容去耦網(wǎng)絡(luò)可以把供電電源與電路隔離開(kāi)來(lái)，消除電路間的耦合，并避免電源噪聲進(jìn)入電路。電源濾波使用的是大容量的電解電容，是用來(lái)去除直流電中工頻波形（50Hz－100Hz）減小直流電的波動(dòng)程度，即起平滑波形的作用；去耦電容的容量很小，通常為0.01-0.1uF，是用來(lái)濾除電路在工作時(shí)產(chǎn)生的高頻諧波成分。本電路中的去耦濾波電容包括C1，C6，C12，C10和電解電容C8。 1.4 系統(tǒng)仿真 系統(tǒng)仿真過(guò)程中經(jīng)調(diào)整代替QM-2傳感器的滑動(dòng)變阻器阻值，模擬傳感器檢測(cè)到煙霧的狀況，則可看到報(bào)警燈頻閃，電機(jī)啟

19、動(dòng)進(jìn)行抽排，聲音報(bào)警的功放可正常發(fā)出兩個(gè)頻率的矩形波信號(hào)，提醒人們檢測(cè)到危險(xiǎn)的煙霧。當(dāng)增大滑動(dòng)變阻阻值即模擬傳感器檢測(cè)到煙霧濃度降低，可看到報(bào)警解除并且電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。  1.5所用部分元件原理說(shuō)明 1.5.1 QM-N5氣敏傳感器 QM-2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。 MQ-2/MQ-2S氣體傳感器對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想。這種傳感器

20、可檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。 1.5.2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BJT T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=0.7R2C 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： tP

21、H=(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]  2機(jī)器人行走電路設(shè)計(jì) 2.1設(shè)計(jì)任務(wù) 任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)能前進(jìn)、后退的機(jī)器人行走控制電路。 要求：1、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。 2、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。 3、機(jī)器人前進(jìn)、后退時(shí)間可調(diào)。 2.2

22、設(shè)計(jì)總體方案 2.2.1設(shè)計(jì)思路 方案選擇： 方案一：使用74系列芯片進(jìn)行計(jì)時(shí)并控制顯示模塊，用555芯片組成一秒的延時(shí)電路，輸出脈沖控制74芯片，并用單刀雙擲開(kāi)關(guān)進(jìn)行前進(jìn)和后退的控制。適用本方案原理簡(jiǎn)單，但是不利于集成，且應(yīng)用芯片較雜，并不是最佳選擇。 方案二：用89C51單片機(jī)作主控芯片，4個(gè)獨(dú)立鍵盤(pán)作為控制端控制時(shí)間的輸入，三個(gè)普通開(kāi)關(guān)來(lái)控制機(jī)器人是否啟動(dòng)、機(jī)器人急停、機(jī)器人進(jìn)退選擇，同時(shí)用兩個(gè)七段數(shù)碼管顯示當(dāng)前前進(jìn)或后退狀態(tài)下的剩余時(shí)間，數(shù)碼管直接用單片機(jī)輸出高低電平控制。直流電機(jī)用單片機(jī)控制，同時(shí)用H橋電路L298芯片作為電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路。 兩相比較，方案二所用元

23、件數(shù)目較少，計(jì)時(shí)穩(wěn)定、精確，且僅需改變程序就可以改變電路相關(guān)參數(shù)，便于根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)修改。故本電路采用方案二。 程序部分根據(jù)以上思路編寫(xiě)。 2.2.2設(shè)計(jì)總體方案 實(shí)驗(yàn)電路圖主要由四部分組成：89C51單片機(jī)，時(shí)間鍵盤(pán)控制，總開(kāi)關(guān)，顯示數(shù)碼管，電機(jī)及其控制裝置。   電路工作原理 由總開(kāi)關(guān)控制單片機(jī)相應(yīng)I/O口的高低電平，單片機(jī)控制L298芯片來(lái)控制機(jī)器人是否行進(jìn)及其方向；鍵盤(pán)控制單片機(jī)相應(yīng)I/O口的高低電平，單片機(jī)控制機(jī)器人的行進(jìn)時(shí)間，直接置數(shù)；單片機(jī)根據(jù)以上條件控制數(shù)碼管顯示和L298芯片in1、in2端的高低電平，繼而控制機(jī)器人的前進(jìn)和后退。電機(jī)電路運(yùn)用橋式電路連

24、接方法，改變輸入端電平狀態(tài)可以改變電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向。 鍵盤(pán)控制時(shí)間 電路控制方框圖 機(jī)器人行進(jìn)狀態(tài) L298芯片 89C51單片機(jī) 數(shù)碼管進(jìn)行時(shí)間顯示 總開(kāi)關(guān)控制行進(jìn)狀態(tài)  2.3設(shè)計(jì)原理分析 2.3.1 單片機(jī)外圍電路 如圖所示電路是為單片機(jī)最小系統(tǒng)能夠工作的基本電路： 1電源 途中仿真過(guò)程中軟件自動(dòng)隱藏單片機(jī)的電源端和接地端，故不可見(jiàn)。 2晶振 單片機(jī)使用片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式時(shí)，需要在XTAL1(19腳)和XTAL2(18腳)處外接時(shí)鐘。時(shí)鐘電路由石英晶體和振蕩電容構(gòu)

25、成，振蕩電容的值一般取10p~30p，本電路中取為20pF；石英晶體振蕩頻率在11.0592MHz時(shí)可以每過(guò)110個(gè)時(shí)鐘周期便計(jì)時(shí)1ms，便于單片機(jī)的精確計(jì)時(shí)，考慮到仿真軟件的局限性，本電路中振蕩頻率取為12MHz。 3復(fù)位電路 用以控制單片機(jī)從頭開(kāi)始執(zhí)行程序 2.3.2 開(kāi)關(guān)功能控制 如圖所示電路中，三個(gè)開(kāi)關(guān)分別接單片機(jī)的P1^2、P1^3、P1^1管腳，另外開(kāi)關(guān)一端接電源，一端接地。單片機(jī)檢測(cè)到低電平時(shí)分別控制機(jī)器人停止前進(jìn)、急停（用于防止安全事故）以及前進(jìn)后退之間的切換（檢測(cè)到低電平時(shí)單片機(jī)控制L298芯片使機(jī)器人前進(jìn)，高

26、電平時(shí)機(jī)器人后退）。應(yīng)用開(kāi)關(guān)進(jìn)行功能間的控制和切換，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，便于使用者理解使用。 2.3.3鍵盤(pán)輸入及控制電路 本電路中的輸入時(shí)間由四個(gè)獨(dú)立鍵盤(pán)進(jìn)行控制，鍵盤(pán)一端接地，另一端接單片機(jī)P0腳進(jìn)行控制。其中，P0腳為雙向8位三態(tài)I/O口，每個(gè)口可獨(dú)立控制。51單片機(jī)P0口內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻，為高阻狀態(tài)，所以不能正常輸出高/低電平，因此該組I/O口使用時(shí)要外接上拉電阻，本方案選擇了9腳的10KΩ的上拉電阻。如圖所示鍵盤(pán)按下則單片機(jī)相應(yīng)管腳為低電平，單片機(jī)檢測(cè)到低電平后進(jìn)行10ms延遲進(jìn)行去抖操作，若繼續(xù)檢測(cè)到低電平則：1號(hào)鍵盤(pán)在按下時(shí)功能為時(shí)間+

27、10，2號(hào)鍵盤(pán)按下時(shí)時(shí)間+1,3號(hào)鍵盤(pán)按下時(shí)時(shí)間-10,4號(hào)鍵盤(pán)按下時(shí)時(shí)間-1。 如上所述，通過(guò)鍵盤(pán)操作可以很好的對(duì)時(shí)間進(jìn)行控制。 2.3.4顯示模塊 單片機(jī)P2、P3腳分別接一個(gè)數(shù)碼管，用于顯示時(shí)間的十位和個(gè)位。其中P3腳顯示時(shí)間的十位，P2腳顯示時(shí)間的個(gè)位。數(shù)碼管選用7-SEG-COM-CATHODE，該數(shù)碼管是共陰極數(shù)碼管，可以通過(guò)控制陰極來(lái)進(jìn)行位選，但本方案中兩個(gè)數(shù)碼管一直顯示，且用兩組I/O口進(jìn)行控制，則共陰極直接接地。單片機(jī)I/O口在未進(jìn)行控制時(shí)輸出高電平，通過(guò)程序賦值在某個(gè)管腳輸出低電平時(shí)，相應(yīng)二極管滅，則可通過(guò)程序中

28、定義一個(gè)顯示數(shù)組來(lái)控制顯示的數(shù)字。 2.3.5電機(jī)控制 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 ENA IN1 IN2 運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 0 任意 任意 停止 1 1 0 正轉(zhuǎn) 1 0 1 反轉(zhuǎn) 1 1 1 急停 1 0 0 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IN

29、1,IN2的輸入，從而很好的控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、急停或停止，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。由于本電路中芯片一直處于正常使用狀態(tài)，所以ENA端直接接地。  正轉(zhuǎn)電機(jī)效果 反轉(zhuǎn)電機(jī)效果 3附錄 附錄1 機(jī)器人行走系統(tǒng)程序 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit in1=P1^6; /*in1、in2是L298芯片受51單片機(jī)控制端，進(jìn)而控制機(jī)器人的前進(jìn)后退和停止*/ sbit in2=P1^7; sbit zkg=P1^2; /*總開(kāi)關(guān)的特

30、殊功能位聲明*/ sbit jtkg=P1^3; /*急停開(kāi)關(guān)，防止機(jī)器人行進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)意外*/ sbit b1=P0^0; /*b1--b8是對(duì)控制鍵盤(pán)的輸入檢測(cè)*/ sbit b2=P0^1; sbit b3=P0^2; sbit b4=P0^3; sbit jtkz=P1^1; /*進(jìn)退開(kāi)關(guān)，用以控制機(jī)器人的行進(jìn)方向*/ uint qj=60,ht=60; /*全局變量，分別代表前進(jìn)和后退時(shí)間*/ void delayms(uint xms) /*可定義的延時(shí)子程序*/ { uint i,j; for(i=xms;i>0;i--) fo

31、r(j=110;j>0;j--); } uchar code table[]={ /*共陰極數(shù)碼管的0--F現(xiàn)時(shí)代碼*/ 0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c, 0x39,0x5e,0x79,0x71}; uint matrixkeyscan() /*鍵盤(pán)檢測(cè)控制輸入并將結(jié)果賦給全局變量qj，ht*/ { static uint a; if(b1==0) { delayms(50); if(b1==0) { a+=10; } }

32、 while(b1!=1) { delayms(10); } if(b2==0) { delayms(50); if(b2==0) { a+=1; } } while(b2!=1) { delayms(10); } if(b3==0) { delayms(50); if(b3==0) { a-=10; } } while(b3!=1) { delayms(10); } if(b4==0) { delayms(50); if(b4==0)

33、 { a-=1; } } return a; } void xianshi() /*時(shí)間的顯示*/ { if(jtkz==0) { P3=0x00; P2=0x00; delayms(5); P3=table[qj/10]; P2=table[qj%10]; } if(jtkz==1) { P3=0x00; P2=0x00; delayms(5); P3=table[ht/10]; P2=table[ht%10]; } } main() /*while(1）循環(huán)控

34、制使機(jī)器人循環(huán)前進(jìn)后退運(yùn)動(dòng)*/ { while(1) { if(zkg==1) /*機(jī)器人停止前進(jìn)*/ { in1=0; in2=0; break; } if(jtkg==0) /*機(jī)器人急停*/ { in1=1; in2=1; break; } if(qj<0||ht<0) /*若人為設(shè)置時(shí)間小于0，則停止，提醒人們重新設(shè)置*/ { in1=1; in2=1; } if (jtkz==0) /*進(jìn)

35、退開(kāi)關(guān)閉合，機(jī)器人前進(jìn)*/ { for(;qj>0;qj--) { delayms(1000); qj+=matrixkeyscan(); in1=1; in2=0; xianshi(); if(zkg==1) { in1=0; in2=0; break; } if(jtkg==0) { in1=1; in2=1; break; } if(qj<0||ht<0)

36、 { in1=1; in2=1; } if (jtkz==1) { in1=1; in2=1; break; } } } if (jtkz==1) /*機(jī)器人后退*/ { for(;ht>0;ht--) { delayms(1000); ht+=matrixkeyscan(); in1=0; in2=1; xianshi(); if(zkg==1)

37、 { in1=0; in2=0; break; } if(jtkg==0) { in1=1; in2=1; break; } if(qj<0||ht<0) { in1=1; in2=1; } if (jtkz==0) { in1=1; in2=1; break; } } } } }

38、附錄2 有害氣體檢測(cè)與抽排電路元件清單 名稱(chēng) 位號(hào) 型號(hào) 數(shù)量 電壓源 V1 VSINE 1 變壓器 TR1 TRAN-2P2S 1 整流橋 BR1 BRIDGE 1 電容 C1、C3 0.1u 2 電容 C2、C7 10u 2 電容 C4 1u 1 電容 C5、C6 200u 2 電容 C11、C12 0.33u 2 電解電容 C9、C10、C11 1u 3 電阻 R1、R2、R3、R5 10k 4 電阻 R4、R6、R7 1k 3 電阻 R8、R9、R10 100 3 滑動(dòng)變阻 RV

39、1 8k 1 滑動(dòng)變阻 RV2 20k 1 滑動(dòng)變阻 RV3、RV4 100k 2 二極管 D5 DIODE 1 7805 U3 LM7805 1 電壓比較器 U4 COMPI 1 三極管 Q1、Q3 NPN 2 三極管 Q2、Q4 PNP 2 繼電器 RL1 G6B-2114P-US-D-5 1 晶閘管 U5 L2004 1 555 U1、U2 NE555 2  附錄3 機(jī)器人行走電路元件清單 元件名稱(chēng) 位號(hào) 型號(hào) 數(shù)量 單片機(jī) U1 AT89C51 1 晶振 X1 12

40、MHz 1 電容 C1、C2 20uF 2 電壓源 VCC +5V、+12V 7 電解電容 C3 10uF 1 排阻 RP1 10KΩ 1 數(shù)碼管 無(wú) 7-SEG-COM-CATHODE 2 電阻 R1、R2、R3、R4 10KΩ、470Ω 4 二極管 D1、D2、D3、D4 1N4148 4 L298 無(wú) L298 1 直流電機(jī) 無(wú) MOTOR-DC 1 4 設(shè)計(jì)小結(jié)及心得體會(huì) 經(jīng)過(guò)半個(gè)月的課程設(shè)計(jì)，我第一次獨(dú)立使用單片機(jī)進(jìn)行一個(gè)獨(dú)立課題的設(shè)計(jì)，第一次接觸到自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的傳感領(lǐng)域，也是第一次對(duì)所學(xué)的模電和數(shù)電知

41、識(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)。這兩周，我經(jīng)歷過(guò)一次又一次的成功、驚喜、失敗、沮喪，也是人生的一次洗禮。 首先，我對(duì)于555構(gòu)成多諧振蕩器和單片機(jī)的相關(guān)應(yīng)用有了很深的認(rèn)識(shí)。以前只是學(xué)習(xí)理論知識(shí)，對(duì)于原理有一定了解，即使做實(shí)驗(yàn)也是按照實(shí)驗(yàn)手冊(cè)和教材照本宣科，沒(méi)有直觀認(rèn)識(shí)。這次課設(shè)中，通過(guò)自己查資料、與同學(xué)們討論以及自己的實(shí)踐仿真，對(duì)于這些器件、芯片有了新的認(rèn)識(shí)，并首次使用QM-N5、L298等專(zhuān)業(yè)芯片，增強(qiáng)了專(zhuān)業(yè)技能。 其次，我對(duì)于proteus軟件的使用也漸漸熟練。以前只是自己照著視頻學(xué)習(xí)，視頻上的老師講什么我就做什么，沒(méi)有碰到過(guò)挫折，一些功能只是會(huì)使用，它的使用范圍和具體應(yīng)變方法并不清楚。本次課設(shè)過(guò)程中，就

42、出現(xiàn)了一個(gè)相當(dāng)bug的事情：我畫(huà)了圖，導(dǎo)入程序，但仿真時(shí)一按下仿真鍵，proteus程序就卡死，怎么檢查都沒(méi)有問(wèn)題，問(wèn)了師兄師姐，竟然沒(méi)有知道的。后來(lái)經(jīng)過(guò)兩天的煎熬（我一直在懷疑是程序或是電氣線(xiàn)路問(wèn)題，各種檢查），才發(fā)現(xiàn)是因?yàn)樵膌abel屬性里我寫(xiě)入了過(guò)多中文所致，發(fā)現(xiàn)原因時(shí)我相當(dāng)無(wú)語(yǔ)！ 最后，首次接觸到課設(shè)。以前做課題時(shí)，都是一個(gè)獨(dú)立模塊或是一些偏理想的東西，比如說(shuō)邏輯分析儀。這次，面對(duì)生活中的實(shí)例，在輸入和輸出之間的電壓電流匹配上碰壁不少，也促進(jìn)我在以后的實(shí)踐中更加重視這個(gè)問(wèn)題。 總之，這次課程設(shè)計(jì)增加了我在實(shí)踐方面的經(jīng)驗(yàn)，并鍛煉了我的自主學(xué)習(xí)能力。而這些在以后的工作中都是很重要的，使我受益匪淺。 35