商店机器人电子课程设计.doc

班级：电气3113 姓名：孙梓智 学号：19 课题：商店迎宾机器人电子技术课程设计报告课题： 商店迎宾机器人 班级： 电气3113 学号： 1111221119 学生姓名： 孙梓智 专业： 电气工程及其自动化 系别： 电子与电气工程学院 指导老师： 杨玉东 淮阴工学院电气与电子工程学院2013年12月 一设计目的：a）培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。b）学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。c）进行基本技术技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。d）培养学生的创新能力。二设计要求：1. 能判断顾客进门与出门，在有顾客进门时“欢迎光临”，出门时“谢谢光临”。2. 能实时统计来访人数及当前店内人数，并用数码管显示出来。3. 电路设计要求有抗干扰的措施。4. 统计误差不超过一人。5. 电路设计不能使用MCU，只能应用普通中小规模集成电路芯片。成本控制在20元内。 三总体设计工作原理电路如图所示，包括电源，光电计数和技术显示三大部分。 光电计数部分：当光敏三级管VT1接收到红外发光二极管VD1射来的红外线时，其增大亮电流，内阻减小，集电极输出低电平。此低电平加到电压比较器IC2-B的反向输入端6脚，同是因IC2-B的同向输入端5脚经R3,R4电阻分压后，电压为4.5V,因此6脚电压低于5脚电压。IC2-B的7脚输出高电平。此高电平又加到电压比较器IC2-A的反向输入端2脚，使2脚的电压高于同向输入端3脚电压。比较器IC2-A的1脚输出低电平，该低电平使光电耦合器内藏发光管点亮，对应的光敏管导通，三极管VT2也导通，VT2集电极输出低电平，当有物体通过红外发光二极管VD1和VT1接受管之间时，红外线被挡住，器件状态与上相反。从上所示可见当有物体通过VT1时，便在VT2集电极上输出计数脉冲。 计数显示部分：采用CD4581组成8421码同步十进制计数器，对VT2集电极输出的脉冲信号下降沿进行计数。满足计数要求，需将CD4518的cp端接地，计数脉冲信号按EN输入端。因CD4518内含有两个相同的计数器，可将第一级的Q4输出接第二极的EN端，构成两级串行计数，实现099的计数显示。CD4518的第7，15脚为清零Cr，通过电阻R12接地为零电平，与电容C4一起实现开机清零作用。译码电路采用两块CD4511分别组成BCD7译码器，驱动LED数码显示器。电阻R13R26为限流电阻。材料表1.迎宾机器人电路器件数量共阴数码管4CD4543译码驱动4CD4518十进制计数器2语音芯片（欢迎光临）1蜂鸣器1红外发光二极管SE3031光敏三极管3DU121电压比较器LM3931光耦4N35或TIL1171小功率NPN三极管2SC2181万用板1电容（详见表2）若干电阻（详见表2）若干 1.设计框图 信号放大信号检测译码 驱动计数信号整形音乐芯片数码显示 2.原理图 四单元电路设计1.整流部分桥式整流电路的有点是输出电压高，文波电压较小管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流共给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了广泛的应用 2.集成稳压电源 Ci用以抵消输入端较长接线的电感效应，防止产生自激振荡。接线时间较短可以不用。 Co是为了瞬时增减负载电流时不致引起输出电压较大波动， 输入与输出电压差不得小于2V 优点：结构简单，灵敏度高。 3.光敏三级管 红外线发光二级管当有光照射在基区时，激发产生的电子空穴对增加了少数载流子的浓度，使集电结反向饱和电流大大增加，这就是光敏三极管集电结的光生电流。该电流注入发射结进行放大，成为光敏三极管集电级与发射极间电流，它就是是光敏三极管的光电流。红外发射二极管（LED）红外灯 由红外发光二级管矩阵组成发光体。红外发射二极管由红外辐射效率高的材料（常用砷化镓GaAs）制成PN结，外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。其最大的优点是可以完全无爆红，寿命长。4.电压比较器电压比较器简称比较器，其基本功能是对两个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高电平或低电平电压，据此来判断输入信号的大小和极 性。电压比较器常用于自动控制、波形产生与变换，模数转换以及越限报警等许多场合。 电压比较器通常由集成运放构成，与普通运放电路不同的是，比较 器中的集成运放大多处于开环或正反馈的状态。只要在两个输入端加一个很小的信号，运放就会进入非线性区，属于集成运放的非线性应用范围。电平电压比较器结构简单，灵敏度高，但它的抗干扰能力差。也就是说，如果输入信号因干扰在阈值附近 变化时，输出电压将在高、低两个电平之间反复地跳变，可能使输出状态产生误动作。5.光电耦合器光电耦合器之所以在传输信号的同时能有效地抑制尖脉冲和各种杂讯干扰，使通道上的信号杂讯比大为提高，主要有以下几方面的原因：（1）光电耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大，通常为105106。据分压原理可知，即使干扰电压的幅度较大，但馈送到光电耦合器输入端的杂讯电压会很小，只能形成很微弱的电流，由于没有足够的能量而不能使二极体发光，从而被抑制掉了。（2）光电耦合器的输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地；之间的分布电容极小，而绝缘电阻又很大，因此回路一边的各种干扰杂讯都很难通过光电耦合器馈送到另一边去，避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。（3）光电耦合器可起到很好的安全保障作用，即使当外部设备出现故障，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪表。因为光耦合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压。（4）光电耦合器的回应速度极快，其回应延迟时间只有10s左右，适于对回应速度要求很高的场合。6.加法器CD4518是一个双BCD同步加计数器，由两个相同的同步4级计数器组成。CD4518引脚功能(管脚功能)如下：1CP、2CP：时钟输入端。1CR、2CR：清除端。1EN、2EN：计数允许控制端。1Q01Q3：计数器输出端。2Q02Q3：计数器输出端。Vdd：正电源。Vss：地。CD4518是一个同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为17和915.该CD4518计数器是单路系列脉冲输入（1脚或2脚；9脚或10脚），4路BCD码信号输出（3脚6脚；11脚14脚）。CD4518控制功能：CD4518有两个时钟输入端CP和EN,若用时钟上升沿触发,信号由CP输入,此时EN端为高电平（1）,若用时钟下降沿触发,信号由EN输入,此时CP端为低吨平（0）,同时复位端Cr也保持低电平（0）,只有满足了这些条件时,电路才会处于计数状态.否则没办法工作。将数片CD4518串行级联时，尽管每片CD4518属并行计数，但就整体而言已变成串行计数了。需要指出，CD4518未设置进位端，但可利用Q4做输出端。有人误将第一级的Q4端接到第二级的CP端，结果发现计数变成“逢八进一”了。原因在于Q4是在CP8作用下产生正跳变的，其上升沿不能作进位脉冲，只有其下降沿才是“逢十进一”的进位信号。正确接法应是将低位的Q4端接高位的EN端，高位计数器的CP端接USS。7.译码器译码管是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。它的作用是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数据分配，存贮器寻址和组合控制信号等。 CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段 码译码器，特点如下： 具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提 供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。 8.半导体数码管半导体数码管分为共阴级和共阳级。本课程中采用共阴极将二极管的阴极相连在接地端 六电路的测试及测试结果 1.电源部分 通过实验室的电源箱直接引出9V电压。2.光电计数部分 将电板接入电源，通过万用表对各输出点进行测量，在无遮挡物时IC2-B的6脚测量时应为低电平。IC2-B的5脚应为电源电压的一半。无光照时应正好相反，IC2-B的6脚应为高电平。3显示部分 首先测量CD4518的2脚看是否有电压七设计总结：“迎宾机器人”是一个数字电路和模拟电路在实践中的应用。通过红外线发射器和电路的转换发射脉冲信号来记录进入超市的人数。实现人工智能的作用。在未来的发展中这也是比较热门的行业。 通过这次课程设计使我们都更加懂得并亲身体会到理论与实践相结合的重要性，只要理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从实践中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实践动手能力和独立思考能力。在设计的过程中遇到很多问题，并在设计中发现自己的不足之处，发现自己之前所学的知识理解不够深刻，掌握不够牢固，有待加强。我们的工作是团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结团结协作的精神，某个人的离群都可能导致整项工作的失败。实训中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误就有可能导致整个项目失败，团结协作是我们实训成功的一项非常重要的保证。而这次课程设计业正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。虽然我们的课程设计在规定的时间内完成了任务，但是，由于知识和经验是欠缺，整个电路的排版不够完善，在设计的过程中冶遇到了很大的困难，比如早期的集成块的研究不够细致，给后面的搭线带来很大的时间消耗，所以中间做了一些无用功，但通过我们和老师的不懈努力，最终确定了所有器件的接线