【正文】 不同場(chǎng)所的不同使用效果。該電子迎賓機(jī)器人裝置的開發(fā)設(shè)計(jì)，符合社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，在投放市場(chǎng)時(shí)一定能得到 廣泛的應(yīng)用，并且具有廣闊的市場(chǎng)前景。 因此 ,將本論文 及實(shí)物 設(shè)計(jì)好是我所要完成的任務(wù)。 2 方案論證 本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)是采用紅外線控制的，紅外線控制是個(gè)很廣泛的技術(shù)領(lǐng)域，它是通過一定的技術(shù)對(duì)被控物體實(shí)施一定距離的控制 ,普通的紅外探測(cè)器只能探測(cè)人體運(yùn)動(dòng)的紅外光譜產(chǎn)生信號(hào)，它不能分辨人體運(yùn) 動(dòng)的方向，不能依據(jù)人體運(yùn)動(dòng)不同的方向產(chǎn)生不同的信號(hào)觸發(fā)相應(yīng)控制電路。因此，它只要見到人便產(chǎn)生信號(hào)，不能滿足某些產(chǎn)品的特殊要求。根據(jù)新近研發(fā)的方向識(shí)別紅外探測(cè)模塊突破了原有的模式，它能識(shí)別人進(jìn)來（向左運(yùn)動(dòng)）或者出去（向右運(yùn)動(dòng)）而產(chǎn)生不同的通道信號(hào)去觸發(fā)相應(yīng)的控制電路，實(shí)現(xiàn)某些產(chǎn)品的功能要求。 本設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮了以下幾種控制方式： （ 1）紅外線接收解調(diào)專用集成電路 CX20216的控制：它的電路外圍還需要接一些電阻和電容元件，做成印刷板時(shí)需要把二極管、三極管、電阻、電容、集成塊做在一塊，并且外殼需要金屬封裝，因此 體積比較大，抗干擾能力也比較弱，長期使用會(huì)使它的頻率發(fā)生偏移，現(xiàn)在市場(chǎng)上這種紅外接收已被淘汰。 （ 2） TX05D反射式紅外控制：實(shí)際上是一種一體化的紅外線發(fā)射，接收器件，它內(nèi)部包含紅外線發(fā)射，接收及信號(hào)放大與處理電路，能夠以非接觸形式檢測(cè)出前方一定范圍內(nèi)的人體或物體，并轉(zhuǎn)換成高電平信號(hào)輸出。由于 TX05D內(nèi)部采用了低功耗器件和抗干擾電路，所以工作穩(wěn)定可靠，性能優(yōu)良，可廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)檢測(cè)，本器件屬模塊化產(chǎn)品，全部電路焊裝在一只 46x32x17mm（不包括安裝支架）的塑料盒內(nèi)。盒的側(cè)面設(shè)有狀態(tài)指示和靈敏度 調(diào)節(jié)孔，一只紅色發(fā)光管用來指示開關(guān)的工作狀態(tài)，平時(shí)熄滅，有反射物時(shí)發(fā)光。靈敏度調(diào)節(jié)孔用來調(diào)節(jié)反射檢測(cè)距離，順時(shí)針調(diào)整距離增大，逆時(shí)針調(diào)距離減小。 TX05D通過一條 米的雙芯屏蔽線作為輸出引線，其中紅色線為電源正極，白色線為輸出端，銅網(wǎng)接電源負(fù)極。白色線靜態(tài)時(shí)為低電平，有反射物時(shí)輸出高電平。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如需加長引出線，可選用相同材質(zhì)的雙芯屏蔽線即可。但是它的檢測(cè)距離與工作電壓有關(guān)，電壓越高檢測(cè)距離越遠(yuǎn)。 TX05D的電參數(shù)：工作電壓 5～ 12V，極限電壓 15V，工作電流 5～ 20mA，最大 30mA，對(duì)應(yīng)檢測(cè)距 離為 0～ 120㎝ ，當(dāng)工作電壓 12V時(shí)，輸出最大灌電流大于50mA，最大輸出電流大于 3mA。 TX05D的輸出端內(nèi)部電路見圖 2，由于考慮器件的通用性和輸出保護(hù)措施，加入了限流保護(hù)電路，當(dāng)外接負(fù)載超過額定值時(shí)啟動(dòng)保護(hù)，自動(dòng)減小電流輸出，以保護(hù)組件和外部負(fù)載的安全。如用戶有特殊需要或批量定貨時(shí)可申請(qǐng)減去保護(hù)電路，以便能直接驅(qū)動(dòng)功率較大的負(fù)載，如電機(jī)，繼電器等。 TX05D的工作原理：當(dāng) TX05D接通電源后，即從模塊內(nèi)部的紅外線發(fā)射管向前方發(fā)射 38KHZ的調(diào)制紅外線，一旦有物體或人體進(jìn)入有效范圍內(nèi)時(shí)，紅外線就會(huì)有一部 分被反射回來，被與發(fā)射管同排安裝的光敏接收管收到并轉(zhuǎn)換成同頻率的電信號(hào)后，由模塊內(nèi)部電路進(jìn)行放大，解調(diào)，整形，比較處理后，在輸出端給出高電平信號(hào)。模塊的紅外線發(fā)射能力與工作電壓有關(guān)。工作電壓越高，紅外線發(fā)射功率越強(qiáng)，檢測(cè)距離就越遠(yuǎn)；反之，電壓低，檢測(cè)距離就相對(duì)較近。 在 TX05D的前方或側(cè)面不應(yīng)有大面積的阻擋物或反射物，影響其正常工作。所以根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求不宜采用這種控制電路。 （ 3）紅外線二極管控制：使用 紅外發(fā)光二極管獲得近紅外光是相當(dāng)簡(jiǎn)便的。紅外發(fā)光二極管是一種由 PN結(jié)構(gòu)成的注入電流型發(fā)光器件，在加上 合適的正向偏置電壓后，就可以發(fā)出一定波長的 近紅外光 。 紅外發(fā)光二極管的特性 ：紅外線是一種不可見光 ，人眼是覺察不到的。電子技術(shù)中是用紅外發(fā)光二極管 (又稱紅外發(fā)射二極管 )來產(chǎn)生紅外線。常用的紅外發(fā)光二極管 (如 SE30 PH303)，其外形和發(fā)光二極管 LED相似，紅外發(fā)光管正向?qū)üぷ鲿r(shí)，發(fā)出紅外光 (近紅外線約 )。二極管的管壓降約 ，工作電流一般小于 20mA。為了適應(yīng)不同的工作電壓，二極管的回路中常串有電阻作為二極管限流電阻。 采用紅外線二極管去控制受控裝置時(shí)，受控裝置中均有相應(yīng)的紅外光電轉(zhuǎn)換元件，如紅外接收二極管，光電三極管等。紅外線發(fā)射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式。直射式是指發(fā)光管和接收管相對(duì)安放在發(fā)射與受控物的兩端，中間相距一定距離；反射式指發(fā)光管和接收管并列在一起，平時(shí)接收管始終無光照，只在發(fā)光管發(fā)出的紅外光遇到反射物時(shí)，接收管收到反射回來的紅外線才工作。雙管紅外發(fā)射電路，可提高發(fā)射功率，增加紅外發(fā)射的作用距離 。 在本設(shè)計(jì)中紅外光發(fā)射模塊如圖 3所示， 555時(shí)基振蕩器產(chǎn)生一定占空比的脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管，使其發(fā)射出一系列等幅的紅外光脈沖信號(hào)。 紅外接收模塊如圖 4所 示。光電探測(cè)器（紅外光電二極管）用來將接收到的紅外脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。光電接收管在沒收到紅外光信號(hào)時(shí)，光電管中流過的電流很小，即只有很小的 “暗電流 ”，負(fù)載上無電脈沖信號(hào)輸出；當(dāng)有紅外光脈沖信號(hào)照射時(shí)，光電管的內(nèi)阻急劇減少，電流增大，并在負(fù)載電阻上得到相應(yīng)的電脈沖信號(hào)。由于檢測(cè)出的信號(hào)微弱，需經(jīng)電壓放大器放大后，輸出正極性脈沖信號(hào)，加至觸發(fā)電路，使觸發(fā)器可靠翻轉(zhuǎn)，并輸出規(guī)范的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。本裝置由語音電路和電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路組成。這種方案設(shè)計(jì)比較合理。因紅外遙控方式用量大，所以其紅外發(fā)射、接 收電路均有完整的配套器件， 這些器件不僅售價(jià)低而且可靠，電路簡(jiǎn)單。依據(jù)本課題的要求使用這種控制方式最為經(jīng)濟(jì)。 3 系統(tǒng)框圖 本設(shè)計(jì)是由多個(gè)模塊組成的控制電路，整個(gè)電路主要有紅外線發(fā)射模塊、紅外線接收模塊、互鎖控制模塊、語音控制模塊、模特動(dòng)作控制模塊等 5大模塊組成。系統(tǒng)各模塊之間的關(guān)系示意圖如圖 1所示。 圖 1 系統(tǒng)總體框圖 4 電路的工作原理 該電子迎賓機(jī)器人控制電路有紅外信號(hào)發(fā)射模塊、紅外信號(hào)接收模塊、互鎖控制模塊、語音控制模塊、模特動(dòng)作控制模塊等組成。 紅外信號(hào)發(fā)射模塊是由 555時(shí)基集成電路組成的多諧振蕩器和紅外線發(fā)光二極管 Ds Ds2組成的。其振蕩頻率為： f=[(R10+ R11+R9)C1] 由 555型時(shí)基集成電路組成的多諧振蕩器，其振蕩脈沖由 555的 3腳輸出。輸出的脈沖信號(hào)經(jīng) R12后可直接驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管 Ds Ds2向外發(fā)射控制信號(hào)。由于一個(gè)發(fā)射器要同時(shí)為進(jìn)、出兩個(gè)接收器發(fā)送控制信號(hào)。因此采用兩只紅外發(fā)射二極管串聯(lián)并分開安裝。 紅外接收器有兩個(gè)：一個(gè)為進(jìn)門接收器，另一個(gè)為出門接收器。兩個(gè)接收器均采用紅外光電二極管。這樣，當(dāng)電路通電后，其發(fā)、收的中心頻率一致， 在紅外光路傳輸正常（無人遮擋）時(shí)， Ds Ds2發(fā)出的紅外光脈沖信號(hào)直射在光電接收管 U U6的窗口上， U U6將該紅外光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，互鎖控制模塊 紅外線接收模塊 語 音 控 制 模塊 模特動(dòng)作控制模塊 紅外線發(fā)射模塊 經(jīng) LM324放大， D D4整流， R C2和 R C3限幅、濾波后，在其 4518的輸出端 14腳和 8腳輸出低電平信號(hào)。該低電平信號(hào)對(duì)后級(jí)電路不發(fā)生作用，即語音電路和機(jī)械裝置不工作。 當(dāng)有客人從大門走進(jìn)時(shí)，其紅外光路被人體遮擋住，進(jìn)門接收器 U5接收不到 Ds1發(fā)來的紅外光信號(hào)， U5輸出便轉(zhuǎn)呈高電平。該上跳變脈沖經(jīng) U12A、 U12D門電路兩次反向后，加至 CD4518的 1腳，經(jīng) CD4518的 3腳輸出，觸發(fā)語音電路發(fā)出 “歡迎光臨河南科技學(xué)院 “的禮貌問候語，同時(shí)門外的模特做出彎腰和伸手的動(dòng)作。并且 LM324的 14腳輸出高電平加至 CD4518的 9腳復(fù)位端，將另一發(fā)聲電路和機(jī)械裝置封死，使之不會(huì)發(fā)出 “歡迎下次再來 ”的出門歡送語音信號(hào)和機(jī)械動(dòng)作。 在另一條 “出 ”紅外光路中， “出 ”紅外光路的電路工作原理與上述 “進(jìn) ”紅外光路類同。當(dāng) “出 ”紅外光路傳輸正常（不受遮擋）時(shí)， U6輸出低電平，該低電平信號(hào)對(duì)后級(jí)的電路沒有影響 。當(dāng) “出 ”紅外光路中有人出門時(shí)，光路被遮擋，出門接收器 U6接收 不到 Ds2發(fā)來的紅外光信號(hào)， U6輸出便轉(zhuǎn)呈高電平。該上跳變脈沖經(jīng) U12B、 U12C門電路兩次反向后，加至機(jī)械裝置電路的 9腳 ，經(jīng) CD4518的 11腳輸出，觸發(fā)語音電路發(fā)出 “歡迎下次再來 ”的歡送聲，同時(shí)門內(nèi)的模特做出彎腰和伸手的動(dòng)作。并且， LM324的 8腳輸出高電平加至 CD4518的 1腳復(fù)位端，將另一發(fā)聲電路和機(jī)械裝置封死，使之不會(huì)發(fā)出 “歡迎光臨河南科技學(xué)院 ”的進(jìn)門問候語和機(jī)械動(dòng)作。 互鎖電路的作用是，在客人進(jìn)門時(shí)，使電路在發(fā)出 “歡迎光臨河南科技學(xué)院 ”的同時(shí)將 “歡迎下次再來 ”的觸發(fā)電路和機(jī)械裝置封鎖，使其不能 發(fā)聲和動(dòng)作；在客人出門時(shí)，使電路在發(fā)出 “歡迎下次再來 ”的同時(shí)將 “歡迎光臨河南科技學(xué)院 ”的觸發(fā)電路和機(jī)械裝置封鎖，使其不能發(fā)聲和動(dòng)作。 互鎖電路是有兩個(gè) T觸發(fā)器組成的單穩(wěn)態(tài)電路，它的作用是觸發(fā)、互鎖和延時(shí)?；ユi電路的關(guān)系是這樣形成的：首先在電路連接上，將單穩(wěn)態(tài)電路 U12A的脈沖端接到單穩(wěn)態(tài)電路 U12B的復(fù)位端，將 U12B的脈沖端接到單穩(wěn)態(tài)電路 U12A的復(fù)位端。這就使 U12B的輸出狀態(tài)受 U12A輸出狀態(tài)的控制，而 U12A的輸出狀態(tài)又受 U12B輸出狀態(tài)的控制。這樣，當(dāng)有客人進(jìn)門時(shí)， U1D輸出的正向脈沖首先將 U12A觸發(fā)， Q1端輸出高電平又將發(fā)聲電路觸發(fā)，使發(fā)聲電路發(fā)出一聲 “歡迎光臨河南科技學(xué)院 ”，同時(shí)模特做出彎腰和伸手的動(dòng)作。 在 U12A輸出高電平時(shí)， U12A的復(fù)位端必然為低電平，這一低電平加至 U12B的脈沖端，將 U12B封鎖，使其不能翻轉(zhuǎn)。這時(shí)，即使 U1C輸出觸發(fā)脈沖， U12B也不會(huì)翻轉(zhuǎn)，發(fā)聲電路不會(huì)發(fā)聲。 同理，當(dāng)有客人出門時(shí)， U1C輸出正向脈沖首先將 U12B觸發(fā)， Q2端輸出高電平，將另一路發(fā)聲電路觸發(fā)，使發(fā)聲電路發(fā)出 “歡迎下次再來 ”的歡送語，同時(shí) 模特做出彎腰和伸手的動(dòng)作。 在 Q2端輸出高電平時(shí)， U12B的復(fù)位 端必然為低電平，這一低電平加至 U12A的脈沖端，將 U12A封鎖，使其不能翻轉(zhuǎn) 。 這時(shí)，即使 U1D輸出觸發(fā)脈沖， U12A也不會(huì)翻轉(zhuǎn)，發(fā)聲電路不會(huì)發(fā)聲，機(jī)械裝置不會(huì)動(dòng)作。 這兩個(gè)語音電路是以語音集成電路 ISD1820為核心而組成的。兩塊 ISD1820分別儲(chǔ)有 “歡迎光臨河南科技學(xué)院 ”和 “歡迎下次再來 ”語言信號(hào)，采用電平、保持觸發(fā)方式，一經(jīng)觸發(fā)，便迅即發(fā)出內(nèi)存的語言信號(hào)，時(shí)長約為 。兩塊語音電路分別安裝在兩個(gè)模特身上。門外模特身上裝有存儲(chǔ) “歡迎光臨河南科技學(xué)院 ” 語言信號(hào)，門內(nèi)模特身上裝有存儲(chǔ) “歡迎下次再來 ”語 言信號(hào)。這樣就能完成自動(dòng)電子迎賓的目的。 5 模塊介紹 電源模塊 目前不同的供應(yīng)商在市場(chǎng)上推出多種不同的電源模塊，而不同產(chǎn)品的輸入電壓、輸出功率、功能及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等都各不相同。采用電源模塊可以節(jié)省開發(fā)時(shí)間，使產(chǎn)品可以更快推出市場(chǎng)，因此電源模塊比集成式的解決方案優(yōu)勝。本設(shè)計(jì)中 電源電路如圖 2所示。 系統(tǒng)采用 220V電壓供電， 220V交流電經(jīng)過 T降壓、 D1～ D4整流、 C1濾波后產(chǎn)生 12V直流電，作為繼電器的驅(qū)動(dòng)電壓。 12V電壓經(jīng)過 7805穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后產(chǎn)生5V電壓，作為控制器的主電源。電容 C2作為高頻旁路電 容，將高頻信號(hào)旁路到地。同樣電容 C3為濾波電容， C4為高頻旁路電容。 R1為限流電阻，在設(shè)計(jì)的過程中，濾波電容要盡量選擇的大，因?yàn)樵陔娐分幸箅妷罕容^穩(wěn)定。 其中 三端穩(wěn)壓器件 7805 是 78xx/79xx 系列三端穩(wěn)壓器件，它們是最常用的線性降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，目前也有大量先進(jìn)的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器層出不窮，例如低壓差線性穩(wěn)壓器 LDO 等（例如， NSC 的 LM29 LM265 LM5020，MAXIAM 的 MAX1747 等等）。 78xx/79xx 系列簡(jiǎn)單易用、價(jià)格低廉，直到今天還在大多電 路中采用。 78xx/79xx 系列在降壓電路中應(yīng)注意以下事項(xiàng)： 輸入輸出壓差不能太大 ,太大則轉(zhuǎn)換效率急速降低，而且容易擊穿損壞； 輸出電流不能太大， 是其極限值。大電流的輸出，散熱片的尺寸要足夠大，否則會(huì)導(dǎo)致高溫保護(hù)或熱擊穿； 輸入輸出壓差也不能太小 ,大小效率很差 。 7805 穩(wěn)壓集成電路參數(shù)： 輸出電壓： vmin vmax 電壓調(diào)整率 ： （ I0=500ma 8vvi18v） 7mv (min)50mv（ max） 電流調(diào)整率：（ I0=101000ma） 25200mv 靜態(tài)電流： Imax= 8ma 靜態(tài)電流變化 :（ IO=1100ma） （ max） ( vi=818v) (max) 紋波抑制比： （ IO=40ma f=100hz 8v18v vi ） 典型值 63db 輸出噪聲電壓： （ f=10100hz） 40 mv 輸出電壓溫度變化率：（ io 1ma） 1mv/ c 圖 2 電源電路 檢測(cè)模塊 紅外信號(hào)發(fā)射模塊 紅外信號(hào)發(fā)射模塊是以時(shí)基 NE555集成電路為核心，由 R1 R C1等組 成