【文章內(nèi)容簡介】 機(jī)器人行走電路設(shè)計(jì)便是智能控制的一個(gè)應(yīng)用，通過一定的電路控制便可實(shí)現(xiàn)當(dāng)有害氣體超標(biāo)時(shí)自動(dòng)報(bào)警的功能，保護(hù)人民的生命財(cái)產(chǎn)不受侵害，通過使設(shè)計(jì)機(jī)器人自動(dòng)行走便可利用機(jī)器人來完成一些在復(fù)雜地形上的任務(wù)，可以減少人工作業(yè)時(shí)的危險(xiǎn)性。本文主要介紹了機(jī)器人行走電路的設(shè)計(jì)方法，首先介紹了總體方案的設(shè)計(jì)，接著分析了單元電路的工作原理，再接著講解了所用元器件的基本功能。通過此課程設(shè)計(jì)可以鍛煉我們的思維，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，鞏固我們的理論基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)可以鍛煉我們的自主創(chuàng)新能力， 為將來走上工作崗位打下基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞 ： 智能控制 電機(jī)正反轉(zhuǎn) 計(jì)數(shù)器 555 定時(shí)器 武漢理工大學(xué)《電工電子綜合》課程設(shè)計(jì)說明書 1 小型智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 機(jī)器人行走電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù)和 要求 ： 設(shè)計(jì)一個(gè)能前進(jìn)、后退的機(jī)器人行走控制電路。 接通電源 后 ，機(jī)器人前進(jìn)，行走一段時(shí)間后，機(jī)器人自動(dòng)后退，退行一段 時(shí)間后自動(dòng)前行，周而復(fù)始； 機(jī)器人行走動(dòng)力只能使用干電池，不能使用動(dòng)力電源 ； 機(jī)器人前進(jìn)、后退時(shí)間可調(diào)。 總體方案框圖 圖 11 總體方案框圖 總體方案的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方案的選擇 要控制機(jī)器人的前進(jìn)與后退，可以 通過控制機(jī)器人內(nèi)部的電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)， 有以下幾種方案 ：①通過編寫程序，利用單片機(jī)來控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)及正反轉(zhuǎn)的時(shí)間。②通過 JK 觸發(fā)器的輸出信號(hào)來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，用計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)來控制 JK 觸發(fā)器，從而控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的時(shí)間，其時(shí)間的調(diào)節(jié)則可通過計(jì)數(shù)器的置數(shù)來實(shí)現(xiàn)。 通過比較可以發(fā)現(xiàn)方案一有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，那就是電機(jī)正反轉(zhuǎn)的時(shí)間調(diào)節(jié)很不方便，要改變正反轉(zhuǎn)的時(shí)間就得重新輸入程序，另外，利用單片機(jī)的成本要比方案二的成本要高，而且目前我們還沒有學(xué)單片機(jī)，對(duì)其功能還不是很了解，而方案二里用的芯片我們?cè)跀?shù)電課上 基本都學(xué)過，對(duì)它們的功能比較熟悉，綜合以上的考慮，我選擇了方案二。 設(shè)計(jì)思路 要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)與后退，就要想辦法來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，可以通過JK觸發(fā)器的輸出信號(hào)的翻轉(zhuǎn)來改變電機(jī)兩端電壓的極性來實(shí)現(xiàn)，而 JK 觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖信號(hào)可由計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)來代替，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到規(guī)定時(shí)間時(shí)， JK觸發(fā)器被觸發(fā)，輸出信號(hào)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，而正反轉(zhuǎn)的時(shí)間可以通過改變計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)間來調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)與后退時(shí)間可調(diào)的功能。計(jì)數(shù)器也需要時(shí)鐘脈沖信號(hào)來觸發(fā)，這就需要脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路，可以通過由 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器來實(shí)現(xiàn)。 設(shè)計(jì)原理系統(tǒng)框圖 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 控制電路 電動(dòng)機(jī) 機(jī)器人前進(jìn) 機(jī)器人后退 武漢理工大學(xué)《電工電子綜合》課程設(shè)計(jì)說明書 2 圖 12設(shè)計(jì)原理系統(tǒng)框圖 設(shè)計(jì)電路原理圖 圖 13設(shè)計(jì)電路原理圖 單元電路的設(shè)計(jì)與分析 脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)與分析 脈沖信號(hào)可由 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器來產(chǎn)生 ，由 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器的電路原理圖和波形圖如下圖所示 : 脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路 計(jì)數(shù)器 JK 觸發(fā)器 記時(shí)到規(guī)定時(shí)間 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 電機(jī) 前進(jìn) 后退 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn)武漢理工大學(xué)《電工電子綜合》課程設(shè)計(jì)說明書 3 圖 14多諧振蕩器電路圖及波形圖 電路的工作原理分析：剛接通電源時(shí)，電容 C2 兩端沒有存儲(chǔ)電荷，兩端的電 壓為零， 555定時(shí)器的 2和 6端的輸入電壓為零，即 6端的輸入電壓小于 2/3Vcc，2端輸入電壓小于 1/3Vcc,輸出信號(hào) Vo為高電平，電源對(duì)電容 C2充電，直到其兩端電壓略超過 2/3Vcc；電容 C 兩端的電壓超過 2/3Vcc 時(shí)，出現(xiàn) 6輸入端電壓大于 2/3Vcc， 2 端輸入電壓大于 1/3Vcc 的情況，輸出信號(hào) Vo 為低電平，電容C2開始放電，直到 C2兩端的電壓略低于 1/3Vcc，電容又回到充電的狀態(tài)，如此循環(huán)，便形成了振蕩，產(chǎn)生矩形脈沖信號(hào)。 電容 C2的充電時(shí)間為： t1=(R1+R2)C2ln2 =(R1+R2)C2 放電時(shí)間為： t2=R2C2ln2= 產(chǎn)生脈沖信號(hào)的周期即為： T=t1+t2=(R1+2R2)C2 脈沖信號(hào)的周期可以通過改變 R R2或電容 C的大小來調(diào)節(jié)，要產(chǎn)生周期為1秒的脈沖，通過計(jì)算可以取 R1=R2=， C2=47uF。 時(shí) 電路的設(shè)計(jì)與分析 計(jì)數(shù)器采用芯片 CT74LS192，由兩片 74LS192 構(gòu)成的置數(shù)可調(diào)的減計(jì)數(shù)器的電路原理圖如下圖所示 : 1/3Vcc 2/3Vcc VoH VoL 武漢理工大學(xué)《電工電子綜合》課程設(shè)計(jì)說明書 4 圖 15 計(jì)數(shù)器電路原理圖 其中脈沖信號(hào)從 U1 芯片的 DN 端輸入 ,U1 的借位輸出端與 U2的脈沖信號(hào) 輸入端相連 ,清零端接地 ,兩片芯片的借位輸出端相或后與置數(shù)端 PL 相連 ,當(dāng) U1 芯片減計(jì)數(shù)到零時(shí) ,其借位信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖?,觸發(fā) U2,即實(shí)現(xiàn)了向高位的借位 ,當(dāng)兩片芯片都減到零時(shí) ,借位信號(hào)都變?yōu)榈碗娖?,相或后的結(jié)果仍為低電平 ,計(jì)數(shù)器重新置數(shù) ,如此循環(huán) ,如果需要改變計(jì)數(shù)時(shí)間 ,可通過撥動(dòng)開關(guān)對(duì)計(jì)數(shù)器置數(shù)來實(shí)現(xiàn)。如此便構(gòu)成了置數(shù)可調(diào)的減計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)時(shí)到零時(shí)， U2 的借位信號(hào)從高電平變?yōu)榈碗娖?，?JK 觸發(fā)器剛好是在下降沿觸發(fā)，因此可將 U2 的借位輸出端接到 JK觸發(fā)器的脈沖信號(hào)輸入端作為它的觸發(fā)信號(hào)。 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控 制電路的設(shè)計(jì)與分析 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路原理圖如下圖所示 : 圖 16 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路原理圖 武漢理工大學(xué)《電工電子綜合》課程設(shè)計(jì)說明書 5 其中芯片 L298 是電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片， ENA 和 ENB 為使能端，當(dāng)使能端為低電平時(shí)，電機(jī)不工作，當(dāng)使能端為高電平時(shí)，由 IN1 和 IN2的組合情況決定電機(jī)的工作狀態(tài)，當(dāng) IN1 為高電平， IN2 為低電平時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng) IN1 為低電平， IN2為高電平時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，因此可以通過改變 IN1 和 IN2的輸入信號(hào)狀態(tài)來改變電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而控制機(jī)器人的前進(jìn)與后退，而輸入信號(hào)的改變可以通過 JK 觸發(fā)器來控制，通過數(shù)電課的理論知識(shí)我們知道，當(dāng)把 JK 觸發(fā)器的 J 和 K輸入端同時(shí)接高電平，觸發(fā)信號(hào)來臨時(shí)，其輸出信號(hào)便實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能。將 JK 觸發(fā)器的兩個(gè)反向輸出端分別接 L298 的 IN1和 IN2 便可控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。而 JK觸發(fā)器的輸出信號(hào)發(fā)生翻轉(zhuǎn)的時(shí)間可以通過前面計(jì)數(shù)器的借位信號(hào)控制，即可調(diào)節(jié)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的時(shí)間，圖中 SW1 為單刀雙擲開關(guān)，可以通過此開關(guān)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的使能端置 1 或置 0，置 1時(shí)驅(qū)動(dòng)芯片正常工作，置 0時(shí)芯片沒有輸出，電機(jī)不工作，由此便可控制電機(jī)的制動(dòng)。 整機(jī)工作原理說明 當(dāng)接通電源時(shí)，由 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器便開始工作，由前面的分析可知 ，其產(chǎn)生脈沖信號(hào)的周期 T=(R1+2R2)C2，可以通過計(jì)算選擇適當(dāng)大小的電阻和電容使產(chǎn)生脈沖信號(hào)的周期為一秒