電工電子課程設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-02-13 00:40 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 定表14摘要隨著科技的發(fā)展，智能控制越來越廣泛地被應(yīng)用于各行各業(yè)，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)上，利用智能控制可以減輕人的工作負(fù)擔(dān)，而且可以提高工作效率，減小誤差。有害氣體的檢測與抽排電路的設(shè)計(jì)和機(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，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15武漢理工大學(xué)《電工電子綜合》課程設(shè)計(jì)說明書小型智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 機(jī)器人行走電路設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)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)器人自動后退，退行一段時(shí)間后自動前行，周而復(fù)始；機(jī)器人行走動力只能使用干電池，不能使用動力電源；機(jī)器人前進(jìn)、后退時(shí)間可調(diào)。正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)控制電路電動機(jī)機(jī)器人前進(jìn)機(jī)器人后退圖11總體方案框圖 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)器的輸出信號來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，用計(jì)數(shù)器的輸出信號來控制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)，對其功能還不是很了解，而方案二里用的芯片我們在數(shù)電課上基本都學(xué)過，對它們的功能比較熟悉，綜合以上的考慮，我選擇了方案二。 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)鐘脈沖信號可由計(jì)數(shù)器的輸出信號來代替，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)，輸出信號發(fā)生翻轉(zhuǎn)，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，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)鐘脈沖信號來觸發(fā)，這就需要脈沖信號產(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)。脈沖信號產(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)動電路電機(jī)前進(jìn)后退正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) 圖12設(shè)計(jì)原理系統(tǒng)框圖圖13設(shè)計(jì)電路原理圖脈沖信號可由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:1/3Vcc2/3VccVoHVoL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Vo為高電平，電源對電容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。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)生脈沖信號的周期即為：T=t1+t2=(R1+2R2)C2脈沖信號的周期可以通過改變RR2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。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:圖15計(jì)數(shù)器電路原理圖 其中脈沖信號從U1芯片的DN端輸入,U1的借位輸出端與U2的脈沖信號輸入端相連,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,可通過撥動開關(guān)對計(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的借位信號從高電平變?yōu)榈碗娖?，而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)器的脈沖信號輸入端作為它的觸發(fā)信號。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)控制電路原理圖其中芯片L298是電機(jī)驅(qū)動芯片，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)信號來臨時(shí)，其輸出信號便實(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)對電
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