【文章內(nèi)容簡介】 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含有 較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾波，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，負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)壓電路的作用是當電網(wǎng)電壓波動，負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。 氣體濃度檢測電路 在本設計中由于 proteus 庫中沒有 QM2 器件，所以用電位器 RV 代替。 武漢理工大學《電工電子綜合》課程設計說明書 12 當空氣中的有害氣體濃度未達到一定值時， QM2 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 定時器清零；如果空氣中的有害氣體濃度達到C1 時，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 定時器正常工作，輸出方波信號，使得三極管導通，進一步使得繼電器工作，從而驅(qū)動聲光報警電路和抽排電路工作。 聲音報警電路 當電壓比較器輸出高電平時，使得 555 定時器 3 端口輸出方波信號，高電平驅(qū)動燈泡發(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)。其周期計算如下： T=(R7+2R6)*，適當改變 C6,R7,R6 值 可以改變燈泡的工作頻率。同理，同樣通過 555 定時器發(fā)出的方波信號驅(qū)動喇叭工作，而采用兩個 555定時器發(fā)出不同頻率的方波，使得喇叭發(fā)出警笛聲。 報警電路的核心是由 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。 武漢理工大學《電工電子綜合》課程設計說明書 13 這樣，當檢測到有害氣體時，三極管集電極輸出低電平，通過反相器和運算放大器，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，揚聲器間歇報警，達到聲光報警的效果。三極管輸出電壓經(jīng)反相器后給換氣扇供電，使其工作，達到自動抽排的效果。 本電路中輸出的兩個聲頻的頻率一個為 ，占空比為 %；另 一個為 5MHz，占空比為 %。電路的音頻輸出端接乙類互補輸出電路，進行功率放大，增大輸出音頻聲音，利于實用。 光報警和抽排系統(tǒng) 此系統(tǒng)中抽排系統(tǒng)由繼電器進行控制，當檢測到煙霧時電壓比較器輸出高電平，使繼電器閉合，繼而電機接入 220V 電源電路，開始進行排煙；當煙霧排盡或人為使煙霧濃度降低時，電壓比較器輸出低電平，電機與電源之間斷開，電機停止排氣。 武漢理工大學《電工電子綜合》課程設計說明書 14 光報警則利用到 555 定時器構(gòu)成的多謝振蕩器，輸出矩形脈沖，控制報警燈頻繁閃爍，進行燈光報警。 去耦濾波 由于供電電源和配電 系統(tǒng)不是理想的電壓源，對每個電路進行去耦濾波是有必要的，以減少通過電源系統(tǒng)耦合的噪聲。阻容去耦網(wǎng)絡可以把供電電源與電路隔離開來，消除電路間的耦合，并避免電源噪聲進入電路。電源濾波使用的是大容量的電解電容，是用來去除直流電中工頻波形（ 50Hz－ 100Hz）減小直流電的波動程度，即起平滑波形的作用；去耦電容的容量很小，通常為 ，是用來濾除電路在工作時產(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。 武漢理工大學《電工電子綜合》課程設計說明書 15 系統(tǒng)仿真 系統(tǒng)仿真過程中經(jīng)調(diào)整代替 QM2 傳感 器的滑動變阻器阻值，模擬傳感器檢測到煙霧的狀況，則可看到報警燈頻閃，電機啟動進行抽排，聲音報警的功放可正常發(fā)出兩個頻率的矩形波信號，提醒人們檢測到危險的煙霧。當增大滑動變阻阻值即模擬傳感器檢測到煙霧濃度降低，可看到報警解除并且電機停止轉(zhuǎn)動。 武漢理工大學《電工電子綜合》課程設計說明書 16 所用部分元件原理說明 QMN5氣敏傳感器 QM2 氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)。當傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。 MQ2/MQ2S 氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。 多諧振蕩器 工作原理如下： 接通電源后，電容 C 被充電，當 VC 上升到 2/3VCC 時，觸發(fā)器被復位，同時發(fā)電 BJT T 導通，此時 VO 為低電壓，電容 C 通過 R2 和 T 放電，使 VC 下降。當 VC 下降到（ 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 可近似看成 tPL= 當 C 放電結(jié)束時， T 截止， VCC 將通過 R R2 向電容器 C 充電， VC 由（ 1/3）VCC 上升到（ 2/3） VCC 所需的時間為： tPH=(R1+R2)Cln2 可近似看成 tPH=(R1+R2)C 而當 VC 上升到（ 2/3） VCC 時，觸發(fā)器又周而復始，在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率為： f=1/( tPL +tPH) 可近似看成 f=[(R1+R2)C] 武漢理工大學《電工電子綜合》課程設計說明書 17 武漢理工大學《電工電子綜合》課程設計說明書 18 2 機器人行走電路設計 設計任務 任務：設計一個能前進、后退的機器人行走控制電路。 要求： 接通電源，機器人前進，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、后退時間可調(diào)。 設計總體方案 設計思路 方案選擇： 方案一：使用 74 系列芯片進行計時并控制顯示模塊，用 555 芯片組成一秒的延時電路，輸出脈沖控制 74 芯片，并用單刀雙擲開關進行前進和后退的控制。適用本方案原理簡單，但是不利于集 成，且應用芯片較雜，并不是最佳選擇。 方案二：用 89C51 單片機作主控芯片， 4 個獨立鍵盤作為控制端控制時間的輸入，三個普通開關來控制機器人是否啟動、機器人急停、機器人進退選擇，同時用兩個七段數(shù)碼管顯示當前前進或后退狀態(tài)下的剩余時間，數(shù)碼管直接用單片機輸出高低電平控制。直流電機用單片機控制，同時用 H 橋電路 L298 芯片作為電機的正反轉(zhuǎn)控制電路。 兩相比較，方案二所用元件數(shù)目較少，計時穩(wěn)定、精確，且僅需改變程序就可以改變電路相關參數(shù)，便于根據(jù)實際情況進行相應修改。故本電路采用方案二。 程序部分根據(jù)以上思路編寫。 設計總體方案 實驗電路圖主要由四部分組成： 89C51 單片機，時間鍵盤控制，總開關，顯示數(shù)碼管，電機及其控制裝置。 武漢理工大學《電工電子綜合》課程設計說明書 19 武漢理工大學《電工電子綜合》課程設計說明書 20 電路工作原理 由總開關控制單片機相應 I/O 口的高低電平，單片機控制 L298 芯片來控制機器人是否行進及其方向；鍵盤控制單片機相應 I/O 口的高低電平，單片機控制機器人的行進