電工電子課程設計(編輯修改稿)
2025-02-13 00:40 本頁面
【文章內容簡介】 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用于各行各業(yè)，尤其是在工業(yè)生產上，利用智能控制可以減輕人的工作負擔，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計和機器人行走電路設計便是智能控制的一個應用，通過一定的電路控制便可實現(xiàn)當有害氣體超標時自動報警的功能，保護人民的生命財產不受侵害，通過使設計機器人自動行走便可利用機器人來完成一些在復雜地形上的任務，可以減少人工作業(yè)時的危險性。本文主要介紹了機器人行走電路的設計方法，首先介紹了總體方案的設計，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。通過此課程設計可以鍛煉我們的思維，將理論與實踐相結合，鞏固我們的理論基礎知識，同時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。關鍵詞：智能控制 電機正反轉 計數(shù)器 555定時器15武漢理工大學《電工電子綜合》課程設計說明書小型智能控制系統(tǒng)設計1 機器人行走電路設計：設計一個能前進、后退的機器人行走控制電路。接通電源后，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。正轉反轉控制電路電動機機器人前進機器人后退圖11總體方案框圖 要控制機器人的前進與后退，可以通過控制機器人內部的電動機的正反轉來實現(xiàn)，有以下幾種方案：①通過編寫程序，利用單片機來控制電機正反轉及正反轉的時間。②通過JK觸發(fā)器的輸出信號來控制電機的正反轉，用計數(shù)器的輸出信號來控制JK觸發(fā)器，從而控制電機正反轉的時間，其時間的調節(jié)則可通過計數(shù)器的置數(shù)來實現(xiàn)。 通過比較可以發(fā)現(xiàn)方案一有一個很大的缺點，那就是電機正反轉的時間調節(jié)很不方便，要改變正反轉的時間就得重新輸入程序，另外，利用單片機的成本要比方案二的成本要高，而且目前我們還沒有學單片機，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。 要實現(xiàn)機器人的前進與后退，就要想辦法來控制電機的正反轉，可以通過JK觸發(fā)器的輸出信號的翻轉來改變電機兩端電壓的極性來實現(xiàn)，而JK觸發(fā)器的時鐘脈沖信號可由計數(shù)器的輸出信號來代替，當計數(shù)器計數(shù)到規(guī)定時間時，JK觸發(fā)器被觸發(fā)，輸出信號發(fā)生翻轉，從而改變電機的轉動方向，而正反轉的時間可以通過改變計數(shù)器的計數(shù)時間來調節(jié)，以實現(xiàn)前進與后退時間可調的功能。計數(shù)器也需要時鐘脈沖信號來觸發(fā)，這就需要脈沖信號產生電路，可以通過由555定時器構成的多諧振蕩器來實現(xiàn)。脈沖信號產生電路計數(shù)器JK觸發(fā)器記時到規(guī)定時間電機驅動電路電機前進后退正轉反轉 圖12設計原理系統(tǒng)框圖圖13設計電路原理圖脈沖信號可由555定時器構成的多諧振蕩器來產生 ，由555定時器構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，電容C2兩端沒有存儲電荷，兩端的電壓為零，555定時器的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，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，產生矩形脈沖信號。電容C2的充電時間為：t1=(R1+R2)C2ln2 =(R1+R2)C2放電時間為：t2=R2C2ln2=產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的大小來調節(jié)，要產生周期為1秒的脈沖，通過計算可以取R1=R2=，C2=47uF。計數(shù)器采用芯片CT74LS192，由兩片74LS192構成的置數(shù)可調的減計數(shù)器的電路原理圖如下圖所示:圖15計數(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U1芯片減計數(shù)到零時,其借位信號由高電平變?yōu)榈碗娖?觸發(fā)U2,即實現(xiàn)了向高位的借位,當兩片芯片都減到零時,借位信號都變?yōu)榈碗娖?相或后的結果仍為低電平,計數(shù)器重新置數(shù),如此循環(huán),如果需要改變計數(shù)時間,可通過撥動開關對計數(shù)器置數(shù)來實現(xiàn)。如此便構成了置數(shù)可調的減計數(shù)器。當計時到零時，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。電機正反轉控制電路原理圖如下圖所示:圖16電機正反轉控制電路原理圖其中芯片L298是電機驅動芯片，ENA和ENB為使能端，當使能端為低電平時，電機不工作，當使能端為高電平時，由IN1和IN2的組合情況決定電機的工作狀態(tài)，當IN1為高電平，IN2為低電平時，電機正轉；當IN1為低電平，IN2為高電平時，電機反轉，因此可以通過改變IN1和IN2的輸入信號狀態(tài)來改變電機的正反轉，從而控制機器人的前進與后退，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，當把JK觸發(fā)器的J和K輸入端同時接高電平，觸發(fā)信號來臨時，其輸出信號便實現(xiàn)翻轉功能。將JK觸發(fā)器的兩個反向輸出端分別接L298的IN1和IN2便可控制電機的正反轉。而JK觸發(fā)器的輸出信號發(fā)生翻轉的時間可以通過前面計數(shù)器的借位信號控制，即可調節(jié)電機正反轉的時間，圖中SW1為單刀雙擲開關，可以通過此開關對電
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