机器人行走电路设计报告.doc

学 号： 0121211360725课 程 设 计题 目机器人行走控制电路设计报告学 院自 动 化专 业自动化班 级自动化1203姓 名王思凯指导教师田宇2012年6月27日 课程设计任务书学生姓名： 王思凯 专业班级： 自动化1203 指导教师： 田宇 工作单位： 自动化学院 题 目: 小型智能控制系统设计 一、 有害气体检测与抽排电路设计任务：设计一个当有害气体浓度超标时，能自动发出声光报警信号，同时启动有害气体抽排控制电路。要求：当检测到有害气体意外排放超标时，发出警笛报警声和灯光间歇闪烁的光报警信号，警笛声由5W/8的喇叭发出，闪烁的光源采用220V/60W的灯泡，同时自行启动抽排系统，抽排选择220V/1.5KW大功率排风负压风机，确保有害气体及时排出，保障人们的生命财产安全。抽排完毕后，系统自动回到实时检测状态。 二、机器人行走电路设计任务：设计一个能前进、后退的机器人行走控制电路。要求：1、接通电源，机器人前进，行走一段时间后，机器人自动后退，退行一段时间后自动前行，周而复始。 2、机器人行走动力只能使用干电池，不能使用动力电源。 3、机器人前进、后退时间可调。初始条件： 1. 实验室提供万用表、信号发生器、直流稳压电源、示波器等设备。2. 学生已学习了大学基础课程和电路原理、模拟电子技术、数字电子技术、电力电子变流技术等专业基础课程。3. 学生已参加过电工电子实习，掌握了用PROTEL绘制电路图的方法。4. 主要参考文献1) 新编电子电路大全 第1、2、3、4卷 中国计量出版社 组编2) 传感器及其应用电路 何希才 编著 电子工业出版社3) 电子线路综合设计 主编 谢自美 华中科技大学出版社4) 集成电路速查手册 王新贤 主编 山东科学技术出版社5) 电力电子电路设计 钟炎平 主编 华中科技大学出版社6) 电子技术工艺基础 王天曦 李鸿儒 编著 清华大学出版社要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、 课程设计结束时每个学生要提交一份按统一格式要求撰写的课程设计报告，并装订成册。2、 课程设计报告中要求绘制方框图、电原理图，阐述电路工作原理、每个元器件的主要参数、设计电路的性能指标、课程设计感言等。3、 说明书中除个人签名外，其它文字、符号、图形或表格一律用计算机打印。4、 文字、符号、图形等必须符合国家标准。5、 独立完成设计任务，杜绝相互抄袭现象发生，避免剽窃。时间安排：一周（6月17日6月24日）。6月17日上午，指导教师讲授课程设计的有关基本知识，布置设计任务等；6月17日下午6月18日上午学生搜集、查阅资料；6月18日下午6月20日下午学生初步设计；6月21日上午6月21日上午教师检查设计进度；6月21日下午6月23上午学生深化设计；6月24日上午6月24日上午答疑、质疑；6月24日下午6月24日下午进一步完善设计，形成设计报告电子文档并打印、装订、提交。 备注：1、两个题目，任选其一；2、设计电路须仿真通过。指导老师签名： 2014年 月 日 系主任（或负责教师）签名： 2014年 月 日 摘要 当代电子技术迅猛发展，为人们的文化，物质生活提供了良好的条件。因而，加强大学生自身能力建设具有十分重要的意义。此设计报告是关于小型智能控制系统的设计，包含以下两个设计题目：一是有害气体的检测、报警、抽排。当检测到有害气体意外排放超标时，发出警笛报警声和灯光间歇闪烁的光报警提示，同时自行启动抽排系统，以保障人们的生命财产安全。抽排完毕后，系统自动回到实时检测状态;二是机器人行走电路设计。机器人行走动力使用干电池，接通电源，机器人前进，行走一段时间后，机器人自动后退，退行一段时间后自动前行，周而复始，并且前进和后退的时间是可调的。本设计运用555定时器及l298,74hc190及电机等元器件完成该设计。关键字：555定时器电机电桥L29874HC190 目录1. 1意义与要求11.1.1意义11.1.2要求11.2总体框架设计11.2.1方案论证与选择11.3设计原理图与分析3 1.3.1 总体设计图.31.3.2 555多协震荡电路41.3.3计时器电路51.3.4 JK触发器实现信号翻转61.3.5 直流电机正反转电路61.4 仿真分析71.4.1仿真现象与结论71.4.2 仿真问题分析71.5所用芯片及其他器件说明8 1.5.1 JK触发器.81.5.2 L29891.5.3 74LS190加减计数器101.6附表二：机器人行走电路所用器件111.7 小结与体会11 1 机器人行走电路设计1. 1意义与要求1.1.1意义运用自学的单片机设计简单的小车控制电路，把理论与实际相结合，能够更好的掌握单片机的应用，同时提高自己的动手能力。同时结合电子技术基础知识设计电路，提高自己的运用，思考能力。1.1.2要求接通电源，机器人前进，行走一段时间后，机器人自动后退，退行一段时间后自动前行，周而复始。机器人行走动力只能使用干电池，不能使用动力电源。机器人前进、后退时间可调。1.2总体框架设计1.2.1方案论证与选择可采用两种方案，第一是555定时器产生脉冲信号，来激发计数器190与298组成的电路进行计时，同时驱动电机旋转，当计数到设定时间时，产生触发信号，触发JK触发器，JK触发器在触发信号控制下输出发生高低电平跳变触发器发出信号使直流电机两端电机两端电压发生跳变直流电机正反转，实现小车前进与后退。第二种则是通过单片机的某一输入端口来实现时间的设定，单片机内部电路实现计时功能，并通过引脚输出电压的转换产生正转和反转的控制信号，通过驱动电路来实现机器人的前进和后退。单片机控制可根据需要调整设置时间的范围，不需要更改电路，并且可通过编程实现其他一些复杂的功能。通过比较不难发现，方案一易于操作，更简捷方便，经济性高，方案二更加复杂，不易于上手操作，因此采用方案一555 定时器构成的脉冲激发模块计数模块时间显示模块电机驱动模块 图1.2.1系统框架图开始555定时器输出脉冲信号电机正转开始计数计数器归零否是电机翻转转向结束 图1.2.2系统流程图1.3设计原理图与分析 1.3.1总体设计图图1.3.1总体设计原理图总体原理说明：由555定时器构成的多谐振荡器产生方波脉冲信号，使计数器190开始计数，用两个190构成两位减计数器，并且通过8个单刀双掷开关构成两位计数器的置数输入端，并且显示在7段数码显示屏上，当计数到设定时间时，产生触发信号来触发JK触发器，JK触发器使控制电机的芯片l2998的电平发生逆转，从而反转电机转动方向，可以通过调节滑阻RV1来控制电机正反转时间1.3.2 555多协震荡电路 1.3.2 555多协振荡电路如图所示，接通电源，由555构成的多谐振荡器产生发广图 被充电，当Vc上升到2/3Vcc时，触发电容C1通过R2和T放电，使Vc下降。当Vc下降到1/3Vcc时，触发器又被置位，Vo翻转为高电平。使3端输出方波信号，此方波信号的周期T=0.7（R1+2RV2）C1，通过对RV1的调节可以改变3端输出的方波信号的周期T，从而控制电机正反转时间。1.3.3计时器电路由多谐振荡器3端输出的方波信号接到第一片74LS190的“CLK减计数”端，驱动74LS190进行减计数，然后将第一片的“RCO借位端”接到第二片74LS190的“CLK减计数”端，再将两片74LS190的“RCO借位端”接到一个或门，使其相或，相或产生的信号接到两个芯片的“PL置数端”。这样，当第一个芯片减到零时，向高位产生一个借位信号，使高位减一，依次循环，知道两个芯片均减到零时，两个借位端相或产生的信号使得两个芯片的置数端有效，使其指数，又回到起点。 图1.3.3 74LS190和七段共阴数码管构成的计数电路 1.3.4 JK触发器实现信号翻转用两片74LS190的“RCO借位端”接或门产生的信号作为JK触发器的触发信号，于是，当计数完成一个周期时，JK触发器接受到一个触发信号，使得Q端输出翻转 图 1.3.4 JK触发器翻转电路1.3.5 直流电机正反转电路JK触发器输出高电平时，L298的IN1和IN2分别输入1和0，芯片驱动电机顺时针转动，JK触发器触发输出为低电平时，L298的IN1和IN2分别输入0和1，芯片驱动电机逆时针旋转，从而实现机器人的前进和后退 图1.3.5 直流电机正反转电路1.4 仿真分析 图1.4.1 电路仿真截图1.4.1仿真现象与结论开始仿真，555多协振荡电路发出方波脉冲，计数器开始计数，数码管开始从置入的数21减计数，电机开始正转，当数码管显示为00时，JK触发器输出翻转，电机开始反转。并且电机正反转的时间可以通过滑动变阻器RV1和计数器的置数来调节，仿真达到了设计要求.1.4.2 仿真问题分析仿真过程中，数码管会有一段时间显示的不是数字，经分析，原因是置数端置入的数字超出以为数码管显示的范围，重新置数后问题解决。1.5所用芯片及其他器件说明 1.5.1 JK触发器JK触发器真值表：当JK触发器的J、K端均接高电平时，每来一个触发信号便使得其发生一次翻转，于是就实现了小车前进与后退的功能要求。图1.5.1 JK触发器真值表JK触发器逻辑图：图1.5.2 JK触发器逻辑图JK触发器功能说明：本电路中，欲将JK触发器接成T触发器，应使J、K均接高电平。于是便能实现翻转功能。1.5.2 L298 图1.5.3 L298逻辑功能表1.5.3 74LS190加减计数器 图1.5.4 74LS90加减计数器相关资料表1.6附表二：机器人行走电路所用器件名称规格型号位号数量555定时器NE555U11计数器74LS190U2、U32JK触发器74LS76U7A1七段数码显示管7SEG-BCD-GRN2直流电机MOTOR-DCM11或门74LS32U4A1电阻1KR11滑动电阻器10KRV11开关SW-SPDTSW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6、SW7、SW8、SW99电机驱动芯片L298U51反向器74LS04U61电容100uFC1、C22直流源+5VU2 1.7 小结与体会 通过此次课程设计学习，我对一些数电以及模电所学的知识有了一个更深的了解，例如对于555多协振荡电路以及计数芯片和触发器的使用，在设计当中，通过思考对一些元器件的使用有了更加具体的认识。对于电子电工设计软件的使用也有了很大的提高，例如Proteus就在此次设计中帮到很大忙。通过它们可以进行设计仿真，检验设计的正确性。在设计的过程中，我遇到了一些难题，例如仿真软件中各个元器件的代码以及软件使用当中的操作问题；通过上网查阅相关教程，也同时与同学相互探讨，不仅锻炼了自身的自学能力，也培养了自身的协作能力。课程设计为我们提供了将理论转化为实际的机会机会，并且在这个过程当中，不仅提高了自己的动手能力，同时自身的理论水平也有了很大的提高。课设过程中，大家自己独立思考，完成老师布置的题目，学习了很多东西，把自己所学用于实际，不仅检验了所学知识，同时在这个过程中完成设计后也充满了成就感。