課程設(shè)計(jì)——有害氣體的檢測與抽排電路設(shè)計(jì)和機(jī)器人行走電路設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　有害氣體的檢測與抽排電路設(shè)計(jì)..................................6</p><p>　　設(shè)計(jì)要求及意義......................................................6</p><p>　　設(shè)計(jì)要求....

2、............................................................6</p><p>　　設(shè)計(jì)意義................................................................6</p><p>　　設(shè)計(jì)方案論證及選擇...................................

3、...............6</p><p>　　設(shè)計(jì)方案............................................................7</p><p>　　設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊圖..........................................................7</p><p>　　設(shè)計(jì)原理

4、流程圖..........................................................8</p><p>　　設(shè)計(jì)原理圖..............................................................9</p><p>　　設(shè)計(jì)方案分析......................................

5、.................10</p><p>　　供電模塊分析...........................................................10</p><p>　　檢測模塊分析.......................................................10</p><p>　　觸發(fā)

6、抽排模塊分析.......................................................11</p><p>　　報(bào)警模塊分析.......................................................12</p><p>　　所用芯片及原理說明.......................................

7、..........12</p><p>　　555定時(shí)器.............................................................13</p><p>　　QM-N5氣敏傳感器.......................................................13</p><p>　　繼電器

8、.................................................................14</p><p>　　PCB封裝............................................................15</p><p>　　電路仿真....................................

9、.......................16</p><p>　　原件列表...........................................................16</p><p>　　機(jī)器人行走電路設(shè)計(jì)...........................................18</p><p>　　設(shè)計(jì)要求及意義

10、.....................................................18</p><p>　　設(shè)計(jì)要求...............................................................18</p><p>　　設(shè)計(jì)意義..............................................

11、.................18</p><p>　　設(shè)計(jì)方案論證及選擇.................................................18</p><p>　　設(shè)計(jì)方案...........................................................19</p><p>　　設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊圖

12、.........................................................18</p><p>　　設(shè)計(jì)原理流程圖.........................................................19</p><p>　　設(shè)計(jì)原理圖............................................

13、.................20</p><p>　　設(shè)計(jì)方案分析.......................................................21</p><p>　　脈沖信號(hào)模塊分析.......................................................21</p><p>　　計(jì)時(shí)顯示

14、模塊分析.......................................................22</p><p>　　電機(jī)正反轉(zhuǎn)模塊分析.....................................................23</p><p>　　所用芯片及原理說明........................................

15、.........23</p><p>　　555定時(shí)器..............................................................23</p><p>　　74LS192計(jì)數(shù)器..........................................................24</p><p>　　

16、JK觸發(fā)器...............................................................26</p><p>　　PCB封裝............................................................26</p><p>　　電路仿真.................................

17、..........................27</p><p>　　原件列表...........................................................27</p><p>　　心得體會(huì).....................................................28</p><p>　

18、　參考文獻(xiàn).....................................................29</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　此課題包含兩個(gè)設(shè)計(jì)題目，有害氣體的檢測與抽排電路設(shè)計(jì)和機(jī)器人行走電路設(shè)計(jì)。第一個(gè)設(shè)計(jì)的題目為有害氣體的檢測與抽排電路設(shè)計(jì)，在我們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用很廣，可以運(yùn)用在礦井以及家庭中，檢測各種有害

19、氣體，及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，告知有關(guān)人員進(jìn)行相應(yīng)的撤離。同時(shí)也能完成有毒氣體的抽排，確保人等生命的安全。第二個(gè)設(shè)計(jì)題目是機(jī)器人行走電路設(shè)計(jì)，當(dāng)今社會(huì)科技日益發(fā)展，機(jī)器人代替人類進(jìn)行各種作業(yè)，輔助人類完成一些簡單的任務(wù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)。這樣的設(shè)計(jì)可以大大節(jié)約人力資源的使用，通過機(jī)器人來完成一些簡單的動(dòng)作。</p><p>　　兩個(gè)設(shè)計(jì)都可以用我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過的有關(guān)知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，仿真。在兩個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中都以555芯片為設(shè)計(jì)核心，驅(qū)動(dòng)

20、各個(gè)單元進(jìn)行工作。實(shí)驗(yàn)主要以Altium　 Designer及PROTEUS兩個(gè)軟件作為技術(shù)支持，來實(shí)現(xiàn)原理圖的繪制，PCB的封裝設(shè)計(jì)以及電路的仿真。</p><p>　　通過這兩個(gè)設(shè)計(jì)不僅可以鞏固所學(xué)的知識(shí)，很好的對(duì)課本知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐，同時(shí)也可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)于專業(yè)相關(guān)的一些知識(shí)，從而擴(kuò)大自己知識(shí)面的廣度，更重要的是能鍛煉同學(xué)們的自主創(chuàng)新能力和自主學(xué)習(xí)能力，增強(qiáng)理論分析、設(shè)計(jì)計(jì)算、制圖標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范、查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)與資

21、料的能力，同時(shí)加強(qiáng)我們的計(jì)算機(jī)的應(yīng)用能力。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 工作單位： </p>

22、<p>　　題目：有害氣體檢測與抽排電路設(shè)計(jì)</p><p>　　應(yīng)用氣體傳感器，檢測到煤氣泄漏或其他有害氣體意外排放時(shí)，自動(dòng)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)回到實(shí)時(shí)檢測狀態(tài)。</p><p>　　2.題目：機(jī)器人行走電路設(shè)計(jì)</p><p>　　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。</p><p&g

23、t;　　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。</p><p>　　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。</p><p>　　3)機(jī)器人前進(jìn)、后退時(shí)間可調(diào)。</p><p>　　4）對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真</p><p><b>　　初始條件： </b&

24、gt;</p><p>　　實(shí)驗(yàn)室提供萬用表、信號(hào)發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、示波器等設(shè)備。</p><p>　　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。</p><p><b>　　主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　《新編電子電路大全

25、》 第1、2、3、4卷 中國計(jì)量出版社 組編</p><p>　　《傳感器及其應(yīng)用電路》 何希才 編著 電子工業(yè)出版社</p><p>　　《電力電子變流技術(shù)》 黃俊 王兆安 編 機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　《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</p><p>　　《集成電路速查大全》 尹

26、雪飛 陳克安 編 西安電子科技大學(xué)出版社</p><p>　　《晶體二極管手冊(cè)》 各種版本皆可</p><p>　　《晶體三極管手冊(cè)》 各種版本皆可</p><p>　　要求完成的主要任務(wù)：</p><p>　　課程設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)每個(gè)學(xué)生要交一份按統(tǒng)一格式要求撰寫的課程設(shè)計(jì)說明書，并裝訂成冊(cè)。</p><p>　

27、　課程設(shè)計(jì)說明書中每個(gè)題目要求有方案比較、繪制方框圖、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)等。</p><p>　　說明書中除個(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。</p><p>　　文字、符號(hào)、圖形等必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)，杜絕相互抄襲現(xiàn)象發(fā)生。</p><p

28、>　　時(shí)間安排：二周（6月24日—7月5日）。</p><p>　　6月24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)等；</p><p>　　6月24日下午——7月1日學(xué)生設(shè)計(jì)；</p><p>　　7月2日——7月3日教師質(zhì)疑，學(xué)生答辯；</p><p>　　7月4日——7月5日課程設(shè)計(jì)打印裝訂。</p><p&

29、gt;　　指導(dǎo)老師簽名： 年 月 日 </p><p>　　系主任（或負(fù)責(zé)教師）簽名： 年 月 日</p><p>　　有害氣體檢測與抽排電路設(shè)計(jì)</p><p>　　1.1　設(shè)計(jì)要求及意義</p><p>　　1.1.1

30、　設(shè)計(jì)要求</p><p>　　(1)檢測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)，排出有毒氣體，更換空氣以保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。</p><p>　　(2)抽排完畢后，系統(tǒng)自動(dòng)回到實(shí)時(shí)檢測狀態(tài)。</p><p>　　(3)對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真。</p><p>　　1.1.2　設(shè)計(jì)意義</p&g

31、t;<p>　　廠礦工作和日常生活中經(jīng)常發(fā)生煤氣或者其他有毒氣體泄漏的事故，給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來了極大的危害。因此，及時(shí)檢測出人們生活環(huán)境中存在的有害氣體并將其排除是保障人們正常生活的關(guān)鍵。本人運(yùn)用所學(xué)的電子技術(shù)知識(shí)，聯(lián)系實(shí)際，設(shè)計(jì)出一套有毒氣體的檢測電路，可以在有毒氣體超標(biāo)時(shí)及時(shí)抽排出有害氣體，使人們的生命健康有一個(gè)保障。</p><p>　　1.2　設(shè)計(jì)方案論證及選擇</p>

32、<p>　　本次設(shè)計(jì)有兩套方案可供選擇。</p><p>　　第一種是采用220v交流電源，經(jīng)過變壓、整流與穩(wěn)壓為各部分電路供電。再利用繼電器，電壓比較器來感應(yīng)氣敏電阻值得變化。當(dāng)有害氣體濃度升高，通過氣敏電阻阻值變化來控制繼電器的閉合，從而來控制聲光報(bào)警與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路工作，對(duì)與聲光報(bào)警電路采用555定時(shí)器，通過555定時(shí)器連接SPEAKER和LAMP燈進(jìn)行聲光報(bào)警。第二種是對(duì)于聲報(bào)警電路，可以采用LC

33、179來驅(qū)動(dòng)控制喇叭發(fā)聲。同時(shí)將芯片的第三管腳借到氣敏電阻一端，通過感知其輸出電平高低來驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)聲，使之在有害氣體濃度超標(biāo)時(shí)出現(xiàn)聲報(bào)警。而光報(bào)警電路中可以采用兩級(jí)直接耦合晶體管放大器，構(gòu)成了自激多諧振蕩器，通過調(diào)節(jié)滑阻值來控制時(shí)間。</p><p>　　綜上所述：由方案對(duì)比可以看出，方案一簡捷，易于實(shí)現(xiàn)。從經(jīng)濟(jì)上看，方案一也更經(jīng)濟(jì)，故采用方案一</p><p><b>　　1.

34、3　設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　1.3.1　設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊圖</p><p>　　圖1.1　設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊圖</p><p>　　1.3.2　設(shè)計(jì)原理流程圖</p><p>　　圖1.2　設(shè)計(jì)原理流程圖</p><p>　　1.3.3　設(shè)計(jì)原理圖</p><p>　　圖1.3　

35、設(shè)計(jì)原理圖</p><p>　　1.4　設(shè)計(jì)方案分析</p><p>　　1.4.1　供電模塊分析</p><p>　　圖1.4　供電模塊圖</p><p>　　如圖1.4所示，直流電源電路采用220v交流電壓供電，由電源變壓器、橋式整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路等四部分組成。電源變壓器將交流網(wǎng)220v電壓變化后通過整流電路將交流電壓變成脈動(dòng)的

36、直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流電壓還還有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但是這樣的電壓還隨著電網(wǎng)電壓波動(dòng)（一般有10%左右的波動(dòng)）、負(fù)載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后還要接一個(gè)穩(wěn)壓電路在電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流的穩(wěn)定。</p><p>　　1.4.2　檢測模塊分析</p><p>　　圖1.5　檢測模塊圖</p>&

37、lt;p>　　如圖1.5所示，我們已經(jīng)知道氣敏傳感器的特性是通過某氣體濃度的改變來改變本身電阻，為了方便我們用滑動(dòng)變阻器RV1來等效代替氣敏傳感器，當(dāng)空氣中的有害氣體濃度不大時(shí)，RV1的阻值很大，使得比較器正向輸入的電壓小于負(fù)向輸入電壓，由于默認(rèn)負(fù)向電壓為零，運(yùn)放輸出的為“低電平”，繼電器不工作。當(dāng)空氣中有害氣體的濃度達(dá)到一定值時(shí)，RV1變小使得運(yùn)放正向輸入大于負(fù)向輸入，運(yùn)放輸出“高電平”，繼電器開始工作。圖中的RV2為可調(diào)的，這

38、使得使聲光報(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量。</p><p>　　1.4.3　觸發(fā)抽排模塊分析</p><p>　　當(dāng)空氣中有害氣體濃度達(dá)到一定值的時(shí)候，繼電器工作，使得風(fēng)扇電路接通，進(jìn)行氣體抽排。當(dāng)風(fēng)扇工作到一定程度，使得抽排后空氣中有害氣體的濃度小于臨界值，繼電器不工作，風(fēng)扇電路斷開，風(fēng)扇不工作。</p><

39、p>　　1.4.4　報(bào)警模塊分析</p><p>　　圖1.6　聲光報(bào)警模塊圖</p><p>　　如圖1.6所示，當(dāng)繼電器工作時(shí)，555定時(shí)器輸入“高電平”開始工作產(chǎn)生連續(xù)的脈沖頻率為f=1.43/[(R1+2R2)C]，此時(shí)當(dāng)脈沖為“高電平”時(shí)LAMP燈開始工作，揚(yáng)聲器開始工作。當(dāng)脈沖為“低電平”時(shí)LAMP燈和揚(yáng)聲器都不工作。由于脈沖是連續(xù)的，這樣就產(chǎn)生了頻響的聲報(bào)警信號(hào)和頻閃的

40、光報(bào)警信號(hào)。</p><p>　　1.5 所用芯片及原理說明</p><p>　　1.5.1　555定時(shí)器</p><p>　　圖1.7　555計(jì)時(shí)器圖</p><p>　　如圖1.7所示是由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BJT T導(dǎo)通，此時(shí)VO為低電壓，電容

41、C通過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：</p><p>　　tPL=R2Cln2，可近似看成tPL=0.7R2C</p><p>　　當(dāng)C放電結(jié)束時(shí)，T截止，VCC將通過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：</p><p>　　tPH

42、=(R1+R2)Cln2，可近似看成tPH=0.7(R1+R2)C</p><p>　　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： </p><p>　　f=1/( tPL +tPH)，可近似看成f=1.43/[(R1+2R2)C]</p><p>　　1.5.2　 QM-N5氣敏傳感器</p>&

43、lt;p>　　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、汽油、煤油、乙炔、氨氣、煙霧等的檢測，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，市場上應(yīng)用廣泛。</p><p>　　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、測量回路電壓10V、負(fù)載電阻RL為2K，允許工

44、作條件加熱電壓4.5～5.5V、測量回路電壓5～15V、負(fù)載電阻0.5～2.2K。</p><p><b>　　1.5.3　繼電器</b></p><p>　　電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，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

45、點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，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的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(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。</p><p>　　對(duì)于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。 </p><p>　　選用繼電器

46、時(shí)，一般控制電路的電源電壓可作為選用的依據(jù)?？刂齐娐窇?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</p><p><b>

47、;　　1.6　PCB封裝</b></p><p>　　PCB封裝用軟件Altium Dsigner制作。</p><p>　　圖1.8　PCB封裝圖</p><p><b>　　1.7　電路仿真</b></p><p>　　電路仿真用軟件PROTEUS制作。</p><p>　　圖1.

48、9　電路仿真圖</p><p><b>　　1.8　原件列表</b></p><p>　　表1.1 有害氣體檢測報(bào)警及抽排電路元件列表</p><p>　　仿真結(jié)果分析：由于在實(shí)際應(yīng)用中普通LAMP燈接到直流弱電中無法達(dá)到警報(bào)的作用，且由于人眼和耳接受的頻率有所差別，所以用同一個(gè)555無法達(dá)到要求，應(yīng)該將燈接到交流強(qiáng)電中，并用可控硅經(jīng)過參數(shù)調(diào)節(jié)

49、后進(jìn)行開關(guān)控制。在實(shí)驗(yàn)中可以在燈前面的三極管后接放大器以加大電流強(qiáng)度。也可以用兩個(gè)555芯片分別控制LAMP和SPEAKER。</p><p><b>　　機(jī)器人行走電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1　設(shè)計(jì)要求及意義</p><p>　　2.1.1　設(shè)計(jì)要求</p><p>　　(1) 接通電源，機(jī)器人前進(jìn)，

50、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。</p><p>　　(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。</p><p>　　(3) 機(jī)器人前進(jìn)、后退時(shí)間可調(diào)。</p><p>　　2.1.2　設(shè)計(jì)意義</p><p>　　當(dāng)今社會(huì)科技日益發(fā)展，機(jī)器人代替人類進(jìn)行各種作業(yè)，輔助人類完成一些簡單的任務(wù)

51、已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)。這樣的設(shè)計(jì)可以大大節(jié)約人力資源的使用，通過機(jī)器人來完成一些簡單的動(dòng)作。</p><p>　　2.2　設(shè)計(jì)方案論證及選擇</p><p>　　根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)以及要求的分析，電路應(yīng)該由脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路、計(jì)時(shí)電路、直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路三部分組成。方案一：通過555組成的多諧振蕩電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)74LS192開始減計(jì)數(shù)并通過數(shù)碼顯示電路顯示時(shí)間，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到零后通過置數(shù)端進(jìn)行

52、置數(shù)從而設(shè)定計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)間。同時(shí)借位端產(chǎn)生信號(hào)使JK觸發(fā)器構(gòu)成的T觸發(fā)器觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，從而控制直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)與后退。方案二：通過改變555構(gòu)成的多諧振蕩電路的電阻從而改變輸出脈沖信號(hào)接到由74LS192構(gòu)成的減計(jì)數(shù)器控制小車前進(jìn)、后退的時(shí)間，其他部分同方案一。</p><p>　　綜合分析方案二改變電阻來控制時(shí)間要用單刀多置開關(guān)接很多固定電阻，而且所調(diào)整的時(shí)間很不靈活且無法通過顯示管顯示確切的

53、時(shí)間，而方案一通過給計(jì)數(shù)器置數(shù)控制時(shí)間更加靈活方便，故選用方案一來進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　2.3　設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　2.3.1　設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊圖</p><p>　　圖2.1　設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊圖</p><p>　　2.3.2　設(shè)計(jì)原理流程圖</p><p>　　

54、圖2.2　設(shè)計(jì)原理流程圖</p><p>　　2.3.3　設(shè)計(jì)原理圖</p><p>　　圖2.3　設(shè)計(jì)原理圖</p><p>　　2.4　設(shè)計(jì)方案分析</p><p>　　2.4.1　脈沖顯示計(jì)數(shù)模塊分析</p><p>　　圖2.4　脈沖信號(hào)模塊圖</p><p>　　由555定時(shí)器組成的多

55、諧振蕩器如圖2.4所示，其中R1、R2和電容C為外接元件。電源經(jīng)，向電容Ｃ充電，逐漸升高。當(dāng)上升到時(shí)，輸出由０翻轉(zhuǎn)為１，這時(shí)，觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。所以0<t<期間，定時(shí)器輸出為高電平１。時(shí)刻，上升到，比２較器的輸出由１變?yōu)椋?，這時(shí)，，觸發(fā)器復(fù)０定時(shí)器輸出。當(dāng)下降到，定時(shí)器輸出。</p><p><b>　　充電時(shí)間</b></p><p><b>

56、;　　放電時(shí)間 </b></p><p>　　其震蕩頻率為f=1/(0.7*C*（+2））</p><p>　　2.4.2　計(jì)時(shí)顯示模塊分析</p><p>　　圖2.5　計(jì)時(shí)模塊圖</p><p>　　如圖2.5所示，由74LS192功能表知道，此芯片為十進(jìn)制置數(shù)器，計(jì)數(shù)功能開啟時(shí)輸出與四個(gè)輸入端無關(guān)，所以接地置低電平，5端接5

57、55提供的方波脈沖，每次脈沖計(jì)數(shù)一次，當(dāng)計(jì)數(shù)到9時(shí)TCU端輸出一個(gè)低電平，經(jīng)過U3非門轉(zhuǎn)換為高電平輸入MR端清零，重新從零開始計(jì)數(shù)。</p><p>　　2.4.3　電機(jī)正反轉(zhuǎn)模塊分析</p><p>　　圖2.6　電機(jī)正反轉(zhuǎn)模塊圖</p><p>　　如圖2.6所示，JK觸發(fā)器將J與K端都置1時(shí)有取反功能，由TCU端輸出的信號(hào)進(jìn)入CLK端，被取反并保持狀態(tài)至下一次

58、脈沖到來，設(shè)首次進(jìn)入信號(hào)帶動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)為正轉(zhuǎn)，當(dāng)JK觸發(fā)器再次取反時(shí)帶動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)即為翻轉(zhuǎn)。</p><p>　　2.5　所用芯片及原理說明</p><p>　　2.5.1　555定時(shí)器</p><p>　　圖2.7　555芯片圖</p><p>　　如圖2.7所示是由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

59、/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：</p><p>　　tPL=R2Cln2，可近似看成tPL=0.7R2C</p><p>　　當(dāng)C放電結(jié)束時(shí)，T截止，VCC將通過R1、R2向電容器C充電，VC由（1/3）VCC上升到（2/3

60、）VCC所需的時(shí)間為：</p><p>　　tPH=(R1+R2)Cln2，可近似看成tPH=0.7(R1+R2)C</p><p>　　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： </p><p>　　f=1/( tPL +tPH)，可近似看成f=1.43/[(R1+2R2)C]</p><

61、p>　　2.5.2 74LS192計(jì)數(shù)器</p><p>　　74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，引腳排列及邏輯符號(hào)如下(a)、（b）所示：</p><p>　　圖2.8　74LS192引腳圖</p><p>　　圖中：為置數(shù)端，為加計(jì)數(shù)端，為減計(jì)數(shù)端，為非同步進(jìn)位輸出端，為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3

62、為計(jì)數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。</p><p><b>　　其功能表如下：</b></p><p>　　圖2.9　74LS192邏輯圖</p><p>　　2.5.3 JK觸發(fā)器</p><p>　　圖2.10 JK觸發(fā)器原理圖</p><p>　　JK觸發(fā)器的特

63、性方程為,由特性方程可以看出，當(dāng)J=1，K=0時(shí)，觸發(fā)器的下一狀態(tài)被置為1;當(dāng)J=0，K=1時(shí)，被置為0；當(dāng)J=K=0時(shí)觸發(fā)器保持不變，J=K=1時(shí)，觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn)。在所有類型的觸發(fā)器中，JK觸發(fā)器具有最強(qiáng)的邏輯功能，它能執(zhí)行置1、置0、保持和翻轉(zhuǎn)四種操作，并可以見簡單的附加電路轉(zhuǎn)換為其他功能的觸發(fā)器。</p><p><b>　　2.6　PCB封裝</b></p><p

64、>　　圖2.12　PCB封裝圖</p><p><b>　　2.7　電路仿真</b></p><p>　　圖2.13　電路仿真圖</p><p><b>　　2.8　原件列表</b></p><p>　　表2.1 機(jī)器人行走控制電路元件列表</p><p><b&

65、gt;　　心得體會(huì)</b></p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)的完成先不說是在短時(shí)間內(nèi)對(duì)我的身體和精神產(chǎn)生多大的壓力，但它讓我在短時(shí)間內(nèi)接觸認(rèn)識(shí)了幾個(gè)從來沒有接觸過的軟件，并強(qiáng)迫自己熟悉并能夠運(yùn)用自如，是一次充實(shí)的經(jīng)歷。</p><p>　　有害氣體聲光報(bào)警器是以氣敏傳感器為中心的電路，當(dāng)檢測到有害氣體達(dá)到能夠危害人體的濃度時(shí)，電路會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，并自動(dòng)抽排。能夠很好的保障人們的

66、安全，應(yīng)用甚廣。通過有害聲光報(bào)警器的設(shè)計(jì)，我掌握了氣敏傳感器的原理及相關(guān)應(yīng)用，并在一定程度上用模電，數(shù)電知識(shí)解決了生活中的一些實(shí)際應(yīng)用問題，很有成就感，很大程度上提高自己的學(xué)習(xí)興趣及動(dòng)手思考能力，意義甚大。</p><p>　　機(jī)器人的行走電路設(shè)計(jì)讓我運(yùn)用了這個(gè)學(xué)期剛剛學(xué)習(xí)的書店只是進(jìn)行設(shè)計(jì),以555芯片提脈沖信號(hào),通過74LS192減法器再通過觸發(fā)器控制L298的高低電平輸入端,從而對(duì)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)

67、機(jī)器人的行走。</p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)讓我體會(huì)到理論是實(shí)踐的基礎(chǔ)，沒有過硬的知識(shí)底子是很難在實(shí)踐中做到游刃有余的。設(shè)計(jì)過程中我翻閱了很多教材重新學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。另一方面，我發(fā)現(xiàn)其實(shí)理論和實(shí)踐是有很大區(qū)別的，實(shí)際應(yīng)用中并不像書本中所講的那樣理想化，必須綜合考慮多方問題才能順利達(dá)到目的。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><

68、p>　　[1]　 《電路(第5版)》　邱關(guān)源著　高等教育出版社　2006.05</p><p>　　[2]　 《Fundamentals of Electric Circuits》　Charles K. Alexander, Matthew N. O. Sadiku 著　清華大學(xué)出版社　2008.08</p><p>　　[3]　 《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》　吳友宇著　清華大學(xué)出版社　20