1、課程設計方案氣體檢測抽排和機器人行走課程設計方案氣體檢測抽排和機器人行走課程設計方案氣體檢測抽排和機器人行走目錄1有害氣體的檢測與抽排電路設計.1.1設計要求及意義.設計要求.6設計意義.61.2設計方案論證及選擇.1.3設計方案.設計系統(tǒng)模塊圖.7設計原理流程圖.8設計原理圖.91.4設計方案分析.供電模塊分析.10檢測模塊分析.10觸發(fā)抽排模塊分析.11報警模塊分析.121.5所用芯片及原理說明.555準時器.13QM-N5氣敏傳感器.13繼電器.141.6PCB封裝.1.7電路仿真.1.8原件列表.2機器人行走電路設計.2.1設計要求及意義.設計要求.18設計意義.182.2設計方案論證

2、及選擇.2.3設計方案.設計系統(tǒng)模塊圖.186667101215161618181819設計原理流程圖.19設計原理圖.202.4設計方案分析.21脈沖信號模塊分析.21計時顯示模塊分析.22電機正反轉(zhuǎn)模塊分析.232.5所用芯片及原理說明.23555準時器.2374LS192計數(shù)器.24JK觸發(fā)器.262.6PCB封裝.262.7電路仿真.272.8原件列表.273心愉悅會.284參照文件.29前言此課題包括兩個設計題目，有害氣體的檢測與抽排電路設計和機器人行走電路設計。第一個設計的題目為有害氣體的檢測與抽排電路設計，在我們平常生活中應用很廣，可以運用在礦井以及家庭中，檢測各種有害氣體，及時

3、進行報警，見告相關人員進行相應的撤離。同時也能達成有毒氣體的抽排，保證人等生命的安全。第二個設計題目是機器人行走電路設計，此刻社會科技日趨發(fā)展，機器人取代人類進行各種作業(yè)，輔助人類達成一些簡單的任務已經(jīng)可以實現(xiàn)。這樣的設計可以大大節(jié)約人力資源的使用，經(jīng)過機器人來達成一些簡單的動作。兩個設計都可以用我們已經(jīng)學習過的相關知識進行設計，仿真。在兩個設計實驗中都以555芯片為設計核心，驅(qū)動各個單元進行工作。實驗主要以AltiumDesigner及PROTEUS兩個軟件作為技術支持，來實現(xiàn)原理圖的繪制，PCB的封裝設計以及電路的仿真。經(jīng)過這兩個設計不但可以堅固所學的知識，很好的對課本知識運用于實踐，同時

4、也可以激發(fā)學生學習于專業(yè)相關的一些知識，從而擴大自己知識面的廣度，更重要的是能鍛煉同學們的自主創(chuàng)新能力和自主學習能力，增強理論分析、設計計算、制圖標準與規(guī)范、查閱設計手冊與資料的能力，同時增強我們的計算機的應用能力。課程設計任務書學生姓名：專業(yè)班級：指導教師：工作單位：題目：有害氣體檢測與抽排電路設計應用氣體傳感器，檢測到煤氣泄漏或其余有害氣體不測排放時，自動啟動抽排系統(tǒng)，以保障人們的生命財富安全。抽排達成后，系統(tǒng)回到及時檢測狀態(tài)。題目：機器人行走電路設計任務：設計一個能行進、退后的機器人行走控制電路。要求：1接通電源，機器人行進，行走一段時間后，機器人自動退后，退行一段時間后自動前行，周而復

5、始。2機器人行走動力只好使用干電池，不可以使用動力電源。3機器人行進、退后時間可調(diào)。）對設計電路進行仿真初始條件：實驗室供給萬用表、信號發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、示波器等設備。2.學生已學習了大學基礎課程和電路模擬電子技術數(shù)字電子技術電力電子變流技術等專業(yè)基礎課程。主要參照文件新編電子電路大全第1、2、3、4卷中國計量第一版社組編傳感器及其應用電路何希才編著電子工業(yè)第一版社電力電子變流技術黃俊王兆安編機械工業(yè)第一版社集成電路速查手冊王新賢主編山東科學技術第一版社集成電路速查大全尹雪飛陳克安編西安電子科技大學第一版社晶體二極管手冊各種版本皆可晶體三極管手冊各種版本皆可要求達成的主要任務：1、課程設計

6、結(jié)束時每個學生要交一份按一致格式要求撰寫的課程設計說明書，并裝訂成冊。2、課程設計說明書中每個題目要求有方案比較、繪制方框圖、電原理圖，論述電路工作原理、每個元器件的主要參數(shù)、設計電路的性能指標等。3、說明書中除個人署名外，其余文字、符號、圖形或表格一律用計算機打印。4、文字、符號、圖形等一定吻合國家標準。5、獨立達成設計任務，杜絕互相剽竊現(xiàn)象發(fā)生。時間安排：二周6月24日7月5日）。6月24日上午，指導教師解說課程設計的相關基本知識等；6月24日下午7月1日學生設計；7月2日7月3日教師懷疑，學生爭論；7月4日7月5日課程設計打印裝訂。指導老師署名：年代日系主任檢測到有害氣體不測排放超標時，

7、發(fā)出警笛報警聲和燈光間歇閃耀報警，同時自行啟動抽排系統(tǒng)，排出有毒氣體，更換空氣以保障人們的生命財富安全。(2抽排達成后，系統(tǒng)自動回到及時檢測狀態(tài)。(3對設計電路進行仿真。設計意義廠礦工作和平常生活中常常發(fā)生煤氣也許其余有毒氣體泄漏的事故，給人們的生命財富安全帶來了極大的危害。所以，及時檢測出人們生活環(huán)境中存在的有害氣體并將其除去是保障人們正常生活的要點。自己運用所學的電子技術知識，聯(lián)系實質(zhì)，設計出一套有毒氣體的檢測電路，可以在有毒氣體超標時及時抽排出有害氣體，令人們的生命健康有一個保障。1.2設計方案論證及選擇本次設計有兩套方案可供選擇。第一種是采納220v交流電源，經(jīng)過變壓、整流與穩(wěn)壓為各部

8、分電路供電。再利用繼電器，電壓比較器來感覺氣敏電阻值得變化。當有害氣體濃度高升，經(jīng)過氣敏電阻阻值變化來控制繼電器的閉合，從而來控制聲光報警與電機驅(qū)動電路工作，對與聲光報警電路采納555準時器，經(jīng)過555準時器連接SPEAKER和LAMP燈進行聲光報警。第二種是對于聲報警電路，可以采納LC179來驅(qū)動控制喇叭發(fā)聲。同時將芯片的第三管腳借到氣敏電阻一端，經(jīng)過感知其輸出電平高低來驅(qū)動喇叭發(fā)聲，使之在有害氣體濃度超標時出現(xiàn)聲報警。而光報警電路中可以采納兩級直接耦合晶體管放大器，構成了自激多諧振蕩器，經(jīng)過調(diào)理滑阻值來控制時間。綜上所述：由方案比較可以看出，方案一簡捷，易于實現(xiàn)。從經(jīng)濟上看，方案一也更經(jīng)濟

9、，故采納方案一1.3設計方案設計系統(tǒng)模塊圖降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓檢測模塊220V交流電源報警模塊抽排模塊圖1.1設計系統(tǒng)模塊圖1.3.2設計原理流程圖驅(qū)動220V降壓整流交流檢測濾波電源穩(wěn)壓電路驅(qū)動報警模塊工作觸發(fā)555芯片圖1.2設計原理流程圖產(chǎn)生頻率1.3.3設計原理圖信號圖1.3設計原理圖1.4設計方案分析供電模塊分析圖1.4供電模塊圖如圖1.4所示，直流電源電路采納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)壓電路等四部分構成。電源變壓器將交流網(wǎng)220v電壓變化后經(jīng)過整流電路將交流電壓變?yōu)槊}動的直流電壓。由于此脈動的直流電壓還還有較大的紋波，一定經(jīng)過濾波電路加以濾除，

10、從而獲取光滑的直流電壓。但是這樣的電壓還跟著電網(wǎng)電壓顛簸C，此時當脈沖為“高電平”時LAMP燈開始工作，揚聲器開始工作。當脈沖為“低電平”時LAMP燈和揚聲器都不工作。由于脈沖是連續(xù)的，這樣就產(chǎn)生了頻響的聲報警信號和頻閃的光報警信號。1.5所用芯片及原理說明555準時器圖1.7555計時器圖如圖1.7所示是由555構成的多諧振蕩器工作。原理以下：接通電源后，電容C被充電，當VC上漲到2/3VCC時，觸發(fā)器被復位，同時發(fā)電BJTT導通，此時VO為低電壓，電容C經(jīng)過R2和T放電，使VC降落。當VC降落到1/3）VCC時，觸發(fā)器又被置位，VO翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C放電所需的時間為：tPL=R2Cln

11、2，可近似看作tPL=0.7R2C當C放電結(jié)束時，T截止，VCC將經(jīng)過R1、R2向電容器C充電，VC由1/3）VCC上漲到Cln2，可近似看作tPH=0.7(R1+R2C而當VC上漲到，可近似看作f=1.43/(R1+2RCQM-N5氣敏傳感器QM-N5型氣敏元件合用于天然氣、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型半導體元件。敏捷度較高，穩(wěn)固性較好，響應和恢復時間短，市場上應用廣泛。QM-N5氣敏元件參數(shù)以下：標定氣體0.1%丁烷氣體，最正確工作條件）中電壓2V，響應時間10S，恢復時間30S，最正確工作條件加熱電壓5V、丈量回路電壓10V、負載電阻RL

12、為2K，同意工作條件加熱電壓4.55.5V、丈量回路電壓515V、負載電阻0.52.2K。繼電器電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等構成的。只要在線圈兩端加上必定的電壓，線圈中就會流過必定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下戰(zhàn)勝返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消逝，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回本來的地點，使動觸點與本來的靜觸點接通電源，機器人行進，行走一段時間后，機器人自動退后，退行一段時間后自動前行，周而復始。(2機器人行走動力只好使用干電池，不可以使用動力電源。(3機器人行進、退后時間可調(diào)。設計意

13、義此刻社會科技日趨發(fā)展，機器人取代人類進行各種作業(yè)，輔助人類達成一些簡單的任務已經(jīng)可以實現(xiàn)。這樣的設計可以大大節(jié)約人力資源的使用，經(jīng)過機器人來達成一些簡單的動作。2.2設計方案論證及選擇依據(jù)對實驗任務以及要求的分析，電路應當由脈沖信號產(chǎn)生電路、計時電路、直流電機正反轉(zhuǎn)驅(qū)動電路三部分構成。方案一：經(jīng)過555構成的多諧振蕩電路產(chǎn)生脈沖信號驅(qū)動74LS192開始減計數(shù)并經(jīng)過數(shù)碼顯示電路顯示時間，當計數(shù)器計數(shù)到零后經(jīng)過置數(shù)端進行置數(shù)從而設定計數(shù)器計數(shù)時間。同時借位端產(chǎn)生信號使JK觸發(fā)器構成的T觸發(fā)器觸發(fā)信號產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，從而控制直流電機的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)小車的行進與退后。方案二：經(jīng)過改變555構成的多諧振蕩電路

14、的電阻從而改變輸出脈沖信號接到由74LS192構成的減計數(shù)器控制小車行進、退后的時間，其余部分同方案一。綜合分析方案二改變電阻來控制時間要用單刀多置開關接很多固定電阻，并且所調(diào)整的時間很不靈巧且沒法經(jīng)過顯示管顯示的確的時間，而方案一經(jīng)過給計數(shù)器置數(shù)控制時間更加靈巧方便，應采納方案一來進行實驗設計。2.3設計方案設計系統(tǒng)模塊圖穩(wěn)壓器6節(jié)干電池供置數(shù)模塊顯示模塊電電機正反轉(zhuǎn)模JK觸發(fā)器取反圖2.1設計系統(tǒng)模塊圖設計原理流程圖干電池供電穩(wěn)壓器穩(wěn)至5V計數(shù)顯示模塊控制電機正反JK觸發(fā)器取反圖2.2轉(zhuǎn)設計原理流程圖并保持設計原理圖圖2.3設計原理圖2.4設計方案分析脈沖顯示計數(shù)模塊分析圖2.4脈沖信號模

15、塊圖由555準時器構成的多諧振蕩器如圖2.4所示，此中R1、R2和電容C為外接元件。電源Vcc經(jīng)R1，R21Vcc向電容充電，uc逐漸高升。當uc上漲到3時，A2輸出由翻轉(zhuǎn)為_，這時RDSD1，RS觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。所以0tt1時期，準時器輸出u0為2_高電平。tVccRD0，t1時刻，uc上漲到3，比較器A1的輸出由變?yōu)椋@時_1SD1，RS觸發(fā)器復準時器輸出u00。當uc降落到3Vcc，準時器輸出u01。充電時間T1(R1R2)Cln20.7(R1R2)C放電時間T2R2Cln20.7R2C其震蕩頻率為f=1/(0.7*C*R1+2R2）計時顯示模塊分析圖2.5計時模塊圖如圖2.5所示，

16、由74LS192功能表知道，此芯片為十進制置數(shù)器，計數(shù)功能開啟時輸出與四個輸入端沒關，所以接地置低電平，5端接555供給的方波脈沖，每次脈沖計數(shù)一次，當計數(shù)到9時TCU端輸出一個低電平，經(jīng)過U3非門變換為高電平輸入MR端清零，重新從零開始計數(shù)。電機正反轉(zhuǎn)模塊分析圖2.6電機正反轉(zhuǎn)模塊圖如圖2.6所示，JK觸發(fā)器將J與K端都置1時有取反功能，由TCU端輸出的信號進入CLK端，被取反并保持狀態(tài)至下一次脈沖到來，設初次進入信號帶動的電機轉(zhuǎn)動為正轉(zhuǎn)，當JK觸發(fā)器再次取反時帶動的轉(zhuǎn)動即為翻轉(zhuǎn)。2.5所用芯片及原理說明555準時器圖2.7555芯片圖如圖2.7所示是由555構成的多諧振蕩器工作。原理以下：接通電源后，電容C被充電，當VC上漲到2/3VCC時，觸發(fā)器被復位，同時發(fā)電BJTT導通，此時VO為低電壓，電容C經(jīng)過R2和T放電，使VC降落。當VC降落到1/3）VCC時，觸發(fā)器又被置位，VO翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C放電所需的時間為：tPL=R2Cln2，可近似看作tPL=0.7R2C當C放電結(jié)束時，T截止，VCC將經(jīng)過R1、R2向電容器C充電，VC由1/3）VCC上漲到Cln2，可近似看作tPH=0.7(R1+R2C而當VC上漲到，可近似看作f=1.43/(R1+2RCPH2.5.274LS192計數(shù)器74LS192是同步十進制可逆計數(shù)器，它擁有雙時鐘輸入