【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(fù)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(dāng)電網(wǎng)電壓波動，負(fù)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(shè)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(xué)《電工電子綜合》課程設(shè)計說明書 12 當(dāng)空氣中的有害氣體濃度未達(dá)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(dá)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(dǎo)通，進(jìn)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(dāng)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(dāng)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(xué)《電工電子綜合》課程設(shè)計說明書 13 這樣，當(dāng)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(dá)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(dá)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(jìn)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(jìn)行控制，當(dāng)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(jìn)行排煙；當(dāng)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(xué)《電工電子綜合》課程設(shè)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(jìn)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(jìn)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(luò)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(jìn)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(xué)《電工電子綜合》課程設(shè)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(jìn)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(dāng)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(xué)《電工電子綜合》課程設(shè)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(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)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(yīng)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(dāng) VC 上升到 2/3VCC 時，觸發(fā)器被復(fù)位，同時發(fā)電 BJT T 導(dǎo)通，此時 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，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(dāng) 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(dāng) VC 上升到（ 2/3） VCC 時，觸發(fā)器又周而復(fù)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(xué)《電工電子綜合》課程設(shè)計說明書 17 武漢理工大學(xué)《電工電子綜合》課程設(shè)計說明書 18 2 機器人行走電路設(shè)計 設(shè)計任務(wù) 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： 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)。 設(shè)計總體方案 設(shè)計思路 方案選擇： 方案一：使用 74 系列芯片進(jìn)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(guān)進(jìn)行前進(jìn)和后退的控制。適用本方案原理簡單，但是不利于集 成，且應(yīng)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(guān)來控制機器人是否啟動、機器人急停、機器人進(jìn)退選擇，同時用兩個七段數(shù)碼管顯示當(dāng)前前進(jìn)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(guān)參數(shù)，便于根據(jù)實際情況進(jìn)行相應(yīng)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(shè)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(guān)，顯示數(shù)碼管，電機及其控制裝置。 武漢理工大學(xué)《電工電子綜合》課程設(shè)計說明書 19 武漢理工大學(xué)《電工電子綜合》課程設(shè)計說明書 20 電路工作原理 由總開關(guān)控制單片機相應(yīng) 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(jìn)及其方向；鍵盤控制單片機相應(yīng) I/O 口的高低電平，單片機控制機器人的行進(jìn)