機器人行走電路設(shè)計報告.doc

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學(xué) 號： 0121211360725 課 程 設(shè) 計 題 目 機器人行走控制電路設(shè)計報告 學(xué) 院 自 動 化 專 業(yè) 自動化 班 級 自動化1203 姓 名 王思凱 指導(dǎo)教師 田宇 2012 年 6 月 27 日 課程設(shè)計任務(wù)書 學(xué)生姓名： 王思凱 專業(yè)班級： 自動化1203 指導(dǎo)教師： 田宇 工作單位： 自動化學(xué)院 題 目: 小型智能控制系統(tǒng)設(shè)計 一、 有害氣體檢測與抽排電路設(shè)計 任務(wù)：設(shè)計一個當(dāng)有害氣體濃度超標(biāo)時，能自動發(fā)出聲光報警信號，同時啟動有害氣體抽排控制電路。 要求：當(dāng)檢測到有害氣體意外排放超標(biāo)時，發(fā)出警笛報警聲和燈光間歇閃爍的光報警信號，警笛聲由5W/8Ω的喇叭發(fā)出，閃爍的光源采用220V/60W的燈泡，同時自行啟動抽排系統(tǒng)，抽排選擇220V/1.5KW大功率排風(fēng)負(fù)壓風(fēng)機，確保有害氣體及時排出，保障人們的生命財產(chǎn)安全。抽排完畢后，系統(tǒng)自動回到實時檢測狀態(tài)。 二、機器人行走電路設(shè)計 任務(wù)：設(shè)計一個能前進(jìn)、后退的機器人行走控制電路。 要求：1、接通電源，機器人前進(jìn)，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(fù)始。 2、機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(jìn)、后退時間可調(diào)。 初始條件： 1. 實驗室提供萬用表、信號發(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《電路原理》、《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)生已參加過電工電子實習(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、3、4卷 中國計量出版社 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) 《電子線路綜合設(shè)計》 主編 謝自美 華中科技大學(xué)出版社 4) 《集成電路速查手冊》 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》 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)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求） 1、 課程設(shè)計結(jié)束時每個學(xué)生要提交一份按統(tǒng)一格式要求撰寫的課程設(shè)計報告，并裝訂成冊。 2、 課程設(shè)計報告中要求繪制方框圖、電原理圖，闡述電路工作原理、每個元器件的主要參數(shù)、設(shè)計電路的性能指標(biāo)、課程設(shè)計感言等。 3、 說明書中除個人簽名外，其它文字、符號、圖形或表格一律用計算機打印。 4、 文字、符號、圖形等必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)。 5、 獨立完成設(shè)計任務(wù)，杜絕相互抄襲現(xiàn)象發(fā)生，避免剽竊。 時間安排：一周（6月17日—6月24日）。 6月17日上午，指導(dǎo)教師講授課程設(shè)計的有關(guān)基本知識，布置設(shè)計任務(wù)等； 6月17日下午——6月18日上午學(xué)生搜集、查閱資料； 6月18日下午——6月20日下午學(xué)生初步設(shè)計； 6月21日上午——6月21日上午教師檢查設(shè)計進(jìn)度； 6月21日下午——6月23上午學(xué)生深化設(shè)計； 6月24日上午——6月24日上午答疑、質(zhì)疑； 6月24日下午——6月24日下午進(jìn)一步完善設(shè)計，形成設(shè)計報告電子文檔并打印、裝訂、提交。 備注：1、兩個題目，任選其一；2、設(shè)計電路須仿真通過。 指導(dǎo)老師簽名： 2014年 月 日 系主任（或負(fù)責(zé)教師）簽名： 2014年 月 日 摘要 當(dāng)代電子技術(shù)迅猛發(fā)展，為人們的文化，物質(zhì)生活提供了良好的條件。因而，加強大學(xué)生自身能力建設(shè)具有十分重要的意義。此設(shè)計報告是關(guān)于小型智能控制系統(tǒng)的設(shè)計，包含以下兩個設(shè)計題目：一是有害氣體的檢測、報警、抽排。當(dāng)檢測到有害氣體意外排放超標(biāo)時，發(fā)出警笛報警聲和燈光間歇閃爍的光報警提示，同時自行啟動抽排系統(tǒng)，以保障人們的生命財產(chǎn)安全。抽排完畢后，系統(tǒng)自動回到實時檢測狀態(tài);二是機器人行走電路設(shè)計。機器人行走動力使用干電池，接通電源，機器人前進(jìn)，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(fù)始，并且前進(jìn)和后退的時間是可調(diào)的。本設(shè)計運用555定時器及l(fā)298,74hc190及電機等元器件完成該設(shè)計。 關(guān)鍵字：555定時器電機電橋L29874HC190 目錄 1. 1意義與要求 1 1.1.1意義 1 1.1.2要求 1 1.2總體框架設(shè)計 1 1.2.1方案論證與選擇 1 1.3設(shè)計原理圖與分析 3 1.3.1 總體設(shè)計圖...........................................................................................3 1.3.2 555多協(xié)震蕩電路 4 1.3.3計時器電路 5 1.3.4 JK觸發(fā)器實現(xiàn)信號翻轉(zhuǎn) 6 1.3.5 直流電機正反轉(zhuǎn)電路 6 1.4 仿真分析 7 1.4.1仿真現(xiàn)象與結(jié)論 7 1.4.2 仿真問題分析 7 1.5所用芯片及其他器件說明 8 1.5.1 JK觸發(fā)器.................................................................................................8 1.5.2 L298 9 1.5.3 74LS190加減計數(shù)器 10 1.6附表二：機器人行走電路所用器件 11 1.7 小結(jié)與體會 11 1 機器人行走電路設(shè)計 1. 1意義與要求 1.1.1意義 運用自學(xué)的單片機設(shè)計簡單的小車控制電路，把理論與實際相結(jié)合，能夠更好的掌握單片機的應(yīng)用，同時提高自己的動手能力。同時結(jié)合電子技術(shù)基礎(chǔ)知識設(shè)計電路，提高自己的運用，思考能力。 1.1.2要求 接通電源，機器人前進(jìn)，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(fù)始。機器人行走動力只能使用干電池，不能使用動力電源。機器人前進(jìn)、后退時間可調(diào)。 1.2總體框架設(shè)計 1.2.1方案論證與選擇 可采用兩種方案，第一是555定時器產(chǎn)生脈沖信號，來激發(fā)計數(shù)器190與298組成的電路進(jìn)行計時，同時驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)，當(dāng)計數(shù)到設(shè)定時間時，產(chǎn)生觸發(fā)信號，觸發(fā)JK觸發(fā)器，JK觸發(fā)器在觸發(fā)信號控制下輸出發(fā)生高低電平跳變觸發(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(zhuǎn)，實現(xiàn)小車前進(jìn)與后退。第二種則是通過單片機的某一輸入端口來實現(xiàn)時間的設(shè)定，單片機內(nèi)部電路實現(xiàn)計時功能，并通過引腳輸出電壓的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的控制信號，通過驅(qū)動電路來實現(xiàn)機器人的前進(jìn)和后退。單片機控制可根據(jù)需要調(diào)整設(shè)置時間的范圍，不需要更改電路，并且可通過編程實現(xiàn)其他一些復(fù)雜的功能。 通過比較不難發(fā)現(xiàn)，方案一易于操作，更簡捷方便，經(jīng)濟性高，方案二更加復(fù)雜，不易于上手操作，因此采用方案一 555 定時器構(gòu)成的脈沖激發(fā)模塊 計數(shù)模塊 時間顯示模塊 電機驅(qū)動模塊 圖1.2.1系統(tǒng)框架圖 開始 555定時器輸出脈沖信號 電機正轉(zhuǎn)開始計數(shù) 計數(shù)器歸零 否 是 電機翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向 結(jié)束 圖1.2.2系統(tǒng)流程圖 1.3設(shè)計原理圖與分析 1.3.1總體設(shè)計圖 圖1.3.1總體設(shè)計原理圖 總體原理說明：由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生方波脈沖信號，使計數(shù)器190開始計數(shù)，用兩個190構(gòu)成兩位減計數(shù)器，并且通過8個單刀雙擲開關(guān)構(gòu)成兩位計數(shù)器的置數(shù)輸入端，并且顯示在7段數(shù)碼顯示屏上，當(dāng)計數(shù)到設(shè)定時間時，產(chǎn)生觸發(fā)信號來觸發(fā)JK觸發(fā)器，JK觸發(fā)器使控制電機的芯片l2998的電平發(fā)生逆轉(zhuǎn)，從而反轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)動方向，可以通過調(diào)節(jié)滑阻RV1來控制電機正反轉(zhuǎn)時間 1.3.2 555多協(xié)震蕩電路 1.3.2 555多協(xié)振蕩電路 如圖所示，接通電源，由555構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生發(fā)廣圖 被充電，當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時，觸發(fā)電容C1通過R2和T放電，使Vc下降。當(dāng)Vc下降到1/3Vcc時，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，此方波信號的周期T=0.7（R1+2RV2）C1，通過對RV1的調(diào)節(jié)可以改變3端輸出的方波信號的周期T，從而控制電機正反轉(zhuǎn)時間。 1.3.3計時器電路 由多諧振蕩器3端輸出的方波信號接到第一片74LS190的“CLK減計數(shù)”端，驅(qū)動74LS190進(jìn)行減計數(shù)，然后將第一片的“RCO借位端”接到第二片74LS190的“CLK減計數(shù)”端，再將兩片74LS190的“RCO借位端”接到一個或門，使其相或，相或產(chǎn)生的信號接到兩個芯片的“PL置數(shù)端”。這樣，當(dāng)?shù)谝粋€芯片減到零時，向高位產(chǎn)生一個借位信號，使高位減一，依次循環(huán)，知道兩個芯片均減到零時，兩個借位端相或產(chǎn)生的信號使得兩個芯片的置數(shù)端有效，使其指數(shù)，又回到起點。 圖1.3.3 74LS190和七段共陰數(shù)碼管構(gòu)成的計數(shù)電路 1.3.4 JK觸發(fā)器實現(xiàn)信號翻轉(zhuǎn) 用兩片74LS190的“RCO借位端”接或門產(chǎn)生的信號作為JK觸發(fā)器的觸發(fā)信號，于是，當(dāng)計數(shù)完成一個周期時，JK觸發(fā)器接受到一個觸發(fā)信號， 使得Q端輸出翻轉(zhuǎn) 圖 1.3.4 JK觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)電路 1.3.5 直流電機正反轉(zhuǎn)電路 JK觸發(fā)器輸出高電平時，L298的IN1和IN2分別輸入1和0，芯片驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動，JK觸發(fā)器觸發(fā)輸出為低電平時，L298的IN1和IN2分別輸入0和1，芯片驅(qū)動電機逆時針旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)機器人的前進(jìn)和后退 圖1.3.5 直流電機正反轉(zhuǎn)電路 1.4 仿真分析 圖1.4.1 電路仿真截圖 1.4.1仿真現(xiàn)象與結(jié)論 開始仿真，555多協(xié)振蕩電路發(fā)出方波脈沖，計數(shù)器開始計數(shù)，數(shù)碼管開始從置入的數(shù)21減計數(shù)，電機開始正轉(zhuǎn)，當(dāng)數(shù)碼管顯示為00時，JK觸發(fā)器輸出翻轉(zhuǎn)，電機開始反轉(zhuǎn)。并且電機正反轉(zhuǎn)的時間可以通過滑動變阻器RV1和計數(shù)器的置數(shù)來調(diào)節(jié)，仿真達(dá)到了設(shè)計要求. 1.4.2 仿真問題分析 仿真過程中，數(shù)碼管會有一段時間顯示的不是數(shù)字，經(jīng)分析，原因是置數(shù)端置入的數(shù)字超出以為數(shù)碼管顯示的范圍，重新置數(shù)后問題解決。 1.5所用芯片及其他器件說明 1.5.1 JK觸發(fā)器 JK觸發(fā)器真值表： 當(dāng)JK觸發(fā)器的J、K端均接高電平時，每來一個觸發(fā)信號便使得其發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)，于是就實現(xiàn)了小車前進(jìn)與后退的功能要求。 圖1.5.1 JK觸發(fā)器真值表 JK觸發(fā)器邏輯圖： 圖1.5.2 JK觸發(fā)器邏輯圖 JK觸發(fā)器功能說明： 本電路中，欲將JK觸發(fā)器接成T’觸發(fā)器，應(yīng)使J、K均接高電平。于是便能實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能。 1.5.2 L298 圖1.5.3 L298邏輯功能表 1.5.3 74LS190加減計數(shù)器 圖1.5.4 74LS90加減計數(shù)器相關(guān)資料表 1.6附表二：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 NE555 U1 1 計數(shù)器 74LS190 U2、U3 2 JK觸發(fā)器 74LS76 U7A 1 七段數(shù)碼顯示管 7SEG-BCD-GRN 2 直流電機 MOTOR-DC M1 1 或門 74LS32 U4A 1 電阻 1K R1 1 滑動電阻器 10K RV1 1 開關(guān) SW-SPDT SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6、SW7、SW8、SW9 9 電機驅(qū)動芯片 L298 U5 1 反向器 74LS04 U6 1 電容 100uF C1、C2 2 直流源 +5V U 2 1.7 小結(jié)與體會 通過此次課程設(shè)計學(xué)習(xí)，我對一些數(shù)電以及模電所學(xué)的知識有了一個更深的了解，例如對于555多協(xié)振蕩電路以及計數(shù)芯片和觸發(fā)器的使用，在設(shè)計當(dāng)中，通過思考對一些元器件的使用有了更加具體的認(rèn)識。對于電子電工設(shè)計軟件的使用也有了很大的提高，例如Proteus就在此次設(shè)計中幫到很大忙。通過它們可以進(jìn)行設(shè)計仿真，檢驗設(shè)計的正確性。在設(shè)計的過程中，我遇到了一些難題，例如仿真軟件中各個元器件的代碼以及軟件使用當(dāng)中的操作問題；通過上網(wǎng)查閱相關(guān)教程，也同時與同學(xué)相互探討，不僅鍛煉了自身的自學(xué)能力，也培養(yǎng)了自身的協(xié)作能力。課程設(shè)計為我們提供了將理論轉(zhuǎn)化為實際的機會機會，并且在這個過程當(dāng)中，不僅提高了自己的動手能力，同時自身的理論水平也有了很大的提高。課設(shè)過程中，大家自己獨立思考，完成老師布置的題目，學(xué)習(xí)了很多東西，把自己所學(xué)用于實際，不僅檢驗了所學(xué)知識，同時在這個過程中完成設(shè)計后也充滿了成就感。