dgqbqie有害气体声光报警器和机器人行走控制电路.

1、武汉理工大学电子电工课程设计说明书11我们 II 打败了敌人。2我们 II把敌人打败了、八刖言设计一个能自动检测有害气体浓度，且当有害气体浓度超标时，能自动发出声光报警，能自动抽排有害气体的控制电路。本设计运用555 定时器，气敏电阻来主控电路，实现要求的功能。设计一个能前进、后退的机器人行走控制电路。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。本设计以单片机为中心，控制机器人的行走武汉理工大学电子电工课程设计说明书2目录一有害气体声光报警器. 31.1 意义与要求. 31.2 设计总体方案 .

2、31.2.1 设计思路. 31.2.2 总体方框图. 41.2.3 完整原理图. 41.2.4 PCB 希 9 图. 61.3 设计原理分析. 61.3.1 声光报警及抽排电路 . 61.3.2 气敏传感器部分的电路 . 71.3.3 电源电路. 81.3.4 整体工作原理说明 . 91.4 所用芯片及其他器件说明 . 111.4.1 555 定时器 . 111.4.2 QM-N5 气敏传感器 . 111.4.3 继电器. 12附表一：声光报警器设计所用器件 . 13二. 机器人行走控制电路 . 142.1 意义与要求. 142.2 设计总体方案 . 142.2.1 设计思路. 142.2.2

3、 总体方框图 . 152.2.3 完整原理图. 152.2.4 PCB 制 9 图. 172.3 设计原理分析. 182.3.1单片机外围电路 . 182.3.2 电机控制电路. 192.3.3 键盘输入及控制电路 . 202.3.4 显示控制电路. 212.3.5 整体工作原理说明 . 212.4 程序. 222.4.1 程序设计思路. 222.4.2 整体程序及说明 . 232.5 主要器件说明 . 242.5.1驱动芯片 L298N. 24武汉理工大学电子电工课程设计说明书3附表二：机器人设计所用器件. 25三. 设计体会及小结. 26一有害气体声光报警器1.1 意义与要求意义：运用电子

4、技术及相关知识设计有害气体声光报警器，且具有自动抽排功能。 掌握传感器等一些器件的运用，设计简单的有害气体检测电路，联系实际，同时提高动手, 思考能力。要求：设计一个能自动检测有害气体浓度，且当有害气体浓度超标时，能自动发出声 光报警，能自动抽排有害气体的控制电路。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。1.2 设计总体方案1.2.1 设计思路气敏传感器是利用物质效应和化学效应对气体中的某些成分进行检测的器件，譬如半 导体气敏传感器主要是利用半导体与某些气体接触时，其特性

5、将发生变化这一现象来检测 气体的成分或浓度。故可利用这一特性，来设计电路。QM-N5%敏传感器可用于检测一些可燃性气体，如家用煤气，液化石油气等气体。当 看可燃气体浓度增大，气敏传感器 QM-N5 勺等效电阻降低，用电压比较器作为控制部分， 当输入电压大小反过来时，输出就会有高低电平的变化，就利用这高低电平的变化来控制 声光报警及有害气体的抽排。声光报警电路可用 555 组成的多谐振荡电路来控制，555 组成的电路输出方波信号， 驱动扬声器发出报警声音，驱动灯来得到闪烁的警灯本设计电路要用到继电器，来作为声光报警器的工作控制电路。武汉理工大学电子电工课程设计说明书41.2.2 总体方框图图 2

6、-1 :声光报警器原理方框图1.2.3 完整原理图用 protues 软件绘制成如下系统原理图武汉理工大学电子电工课程设计说明书5B普an一二ga一a.仪-.4:-GP-FLU:!轉yiL 亠T Trim-看.,o_fe话！IVM二L 花a*LI*_Lr J L- - J SB t:玄B常打二爲号=1J -月-S.C-3.LV-虫0SSX2I.-_:亠/T - *玄煜二_，=!5長：嘗U.韓壘話 I花III:图 2-2 :系统原理图武汉理工大学电子电工课程设计说明书61.2.4 PCB 制图图 2-3 : PCB 制图1.3 设计原理分析1.3.1 声光报警及抽排电路图 3-1 :声光报警及抽

7、排电路武汉理工大学电子电工课程设计说明书7原理说明：图 3-1 中用继电器控制声光报警及风扇抽排电路。如上图中的标注所示， 继电器的电感线圈的一端与电压比较器输出端相连。当电压比较器输出“低电平”时，继 电器内部的“开关”打开，声光报警电路及风扇抽排电路不工作；当电压比较器输出“高 电平”时，继电器内部“开关闭合，声光报警电路及风扇抽排电路在电源的供电下开始工 作。555 多谐振荡器输出端为个周期性的方波，其频率为：f=1/( tPL+tPH， 可近似看成 f=1.43/(Ri+R)C本设计中 R1=22k,R2=11k,C=33uf,可算得 f 约为 1hz,即 555 多谐振荡器会产生一秒

8、的 连续脉冲。至于 555 多谐振荡器的详细原理说明见 1.4 节。下面一副截图为 555 定时电路在正常工作下时所输出的波形1.3.2 气敏传感器部分的电路TELJR7lik51111旧13POT&O仃Puibwn 210 W I箱Source BC- Doven J图 3-2： 555 定时电路输出波形武汉理工大学电子电工课程设计说明书8原理说明：对于图 3-3 当空气中的有害气体浓度未达到一定值时，QM-N 气敏传感器电阻值很大，使电压比较器正相输入端的电压小于反相输入端的电压，电压比较器的输出 端为“低电平”，继电器不工作：如果空气中的有害气体浓度达到一定值时，传感器的电 阻值

9、变小，使电压比较器正相输入端电压大于反向输入端电压，比较器输出“高电平”， 继电器工作，从而驱动声光报警及风扇抽排电路。改变 RV2 滑动变阻器的阻值，可以改变电压比较器的反相输入端的电压，使声光 报警及风扇抽排电路可以在有害气体不同浓度下工作，即用气敏传感器实现对有害气体不 同浓度的测量。1.3.3 电源电路:R2；sSOOuf -BZX65C12S.EDI武汉理工大学电子电工课程设计说明书9图 3-4 :电源部分电路武汉理工大学电子电工课程设计说明书10原理说明：图 3-4 电路由家用 220v 电压，变压器，整流电路，及滤波稳压电路组 成，实现交流电到直流电的转变，在供电给后续电路工作。

10、电源变压器是将交流电网 220V 的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将 交流电压变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波 电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动，负载和温度 的变化而变化。因而在整流，滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网 电压波动，负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。1.3.4 整体工作原理说明由 220V 的交流电压经电源变压器，整流电路，滤波和稳压电路等四部分后变为直 流电压，供气敏传感器及声光报警电路工作，而风扇是由220V 的交流电驱动。当空气中的有害气体浓度未达到一定值时，QM-N

11、 气敏传感器电阻值很大，使电压比较器正相输入端 的电压小于反相输入端的电压，电压比较器的输出端为“低电平”，继电器不工作：如果 空气中的有害气体浓度达到一定值时，传感器的电阻值变小，使电压比较器正相输入端电 压大于反向输入端电压，比较器输出“高电平”，继电器工作，从而驱动声光报警及风扇 抽排电路。当室内有害气体的体积分数降到某一预定值时，该控制器会自动切断排风扇和 声、光报警电路的工作电源，使其停止工作，从而达到了自动控制室内有害气体的目的。下图（图 3-5）中用滑动变阻器 RV1 代替气敏电阻，当滑动变阻器阻值变小时，电压 比较器正相端电压变大，大于反相端电压时输出为高电平，使继电器共作，声

12、光报警电路 工作;反之不工作。武汉理工大学电子电工课程设计说明书11-031,1 XSFV-s图 3-5 :整体电路武汉理工大学电子电工课程设计说明书121.4 所用芯片及其他器件说明1.4.1 555 定时器图 4-1 : 555 定时器组成的多谐振荡器电路图如图 4-1 所示：由 555 组成的多谐振荡器工作原理如下：接通电源后， 电容 C 被充电， 当 VC上升到 2/3Vcc时， 触发器被复位， 同时发电 BJT T 导通，此时 VO为低电压，电容 C 通过 R2和 T 放电，使 VC下降。当 VC下降到（1/3）VCc时， 触发器又被置位，VO翻转为高电平。电容器 C 放电所需的时间

13、为：tPL=RCIn2，可近似看成 tPL=0.7R2C当 C 放电结束时，T 截止，VCC 将通过 R1、R2 向电容器 C 充电，。由（1/3）VCC上升到（2/3）VCC所需的时间为：tPH=（R 计 R）CIn2，可近似看成 tpH=0.7（R1+R）C而当 Vc上升到（2/3）VCC时，触发器又周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波， 其频率为：f=1/（ tPL+tPH），可近似看成 f=1.43/（R1+R）C1.4.2 QM-N5 气敏传感器气体与人类的日常生活密切相关，对气体的检测已经是保护和改善生态居住环境不 可缺少手段，气敏传感器发挥着极其重要的作用。QM-N5 型气敏

14、元件适用于天然气、煤气、氢气、烷类气体、烯类气体、汽油、煤油、 乙炔、氨武汉理工大学电子电工课程设计说明书13气、烟雾等的检测，属于 N 型半导体元件。灵敏度较高，稳定性较好，响应和恢 复时间短，市场上应用广泛。QM-N5%敏元件参数如下：标定气体（0.1%丁烷气体，最佳工作条件）中电压2V, 响应时间w10S,恢复时间w30S,最佳工作条件加热电压 5V、测量回路电压 10V、负载电 阻 RL 为 2K,允许工作条件加热电压 4.55.5V、测量回路电压 515V、负载电阻 0.5 2.2K。1.4.3 继电器继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又 称输出回

15、路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的 一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁继电器的工作原理和特性电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上 一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的 作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯， 从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。 当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使 动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、 切断的目的。对于继电器的“常开、常

16、闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断 开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电 器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格号。若手头已有继电器，可依据资料核 对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合适。若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小 型继电器主要考虑电路板安装布局。对于小型电器，如玩具、遥控装置则应选用超小型继 电器产品武汉理工大学电子电工课程设计说明书14附表一：声光报警器设计所用器件名称型号规

17、格位号数量电原220V, 50hzV1一个变压器TRAN-2P2STR1一个电桥电路DF02MBR1一个风扇无无一个555 芯片NE555U1一个报警灯LED-REDD6一个报警喇叭SpeakerLS1一个继电器无无一个电压比较器COMPIU2一个稳压管BZX85C12RD1一个气敏传感器QM-N5无一个三极管2N3019Q2一个二极管UF5404D2一个滑动变阻器10KRV1,RV2两个电解电容500ufC1,C2两个电容33ufC3一个电容0.01ufC4一个电阻240R1一个电阻510R2, R3两个电阻470R4一个电阻30R5一个电阻22KR6一个电阻11KR7一个电阻1KR8, R

18、9一个武汉理工大学电子电工课程设计说明书15二机器人行走控制电路2.1 意义与要求意义：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。要求：设计一个能前进、后退的机器人行走控制电路。当接通电源，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。2.2 设计总体方案2.2.1 设计思路用单片机作主控芯片，用数字键盘作为输入部分，控制时间的输入，同时用七段数码管显示（用

19、七段显示译码器驱动显示）。直流电机用单片机控制，同时用H 桥电路作为电机的正反转控制电路。程序部分根据以上思路编写。武汉理工大学电子电工课程设计说明书16222总体方框图图 2-1 :机器人行走控制原理方框图2.2.3 完整原理图用 protues 软件绘制成如下系统原理图（图 2-2）武汉理工大学电子电工课程设计说明书17CT1P8自咅匚 Hi?asJJWialszGloRwWI_adF hr brSIjLLzElzKH2t-z愎藝WE *-s,3 -52 4i片 證7-2pwdPSKt-8ir帛g 2.? -$-SWTF-=6图 2-2 整体原理图H2a#ric&Lgo62u H1

20、,武汉理工大学电子电工课程设计说明书182.2.4 PCB 制图图 2-3 : PCB 制图武汉理工大学电子电工课程设计说明书192.3 设计原理分析2.3.1 单片机外围电路图 3-1 :单片机外围电路说明：图 3-1 是单片机外围基本电路。只有具备这些基本外围电路，单片机才能正 常工作（注意：其中单片机电源，接地端被隐藏）外围基本电路有时钟产生电路（本电路用内部产生方式），复位电路（本电路带有 手C2R8U1XTAL1PO O/ADOniH 4r-dlIr 0.1/ADIXTAL2P0.2/AD2rU.j/AUJP0.4/AD4RSTPlJ.s/AUbP0.6/AD6P07/AD7P2DX

21、A8P21/A9P2.2A10PSENP2.3/A11ALEP2 4/A12EAP2 5如3P2.6/A14PI .0P1 1P1.2P2.7A15P3.0iRXDP3,inxoP32/1NT0P1.3P3JMMT1P1.4P3 4/T0P1.5P35JT1PI P3.6/WRP1.7P3.7/RF392122GNDTEXT口19Xi:CRYSTAL?0pTEXI35武汉理工大学电子电工课程设计说明书20动复位，便于控制单片机的复位武汉理工大学电子电工课程设计说明书212.3.2 电机控制电路图 3-2 :电机控制电路工作原理说明：芯片 L298 是恒压恒流桥式 2A 驱动芯片，内部是由两块

22、H 桥电路封装而成。IN1,IN2,ENA 是一部分，IN2,IN3,ENB 是一部分，其中 ENA ENB 是使能控制端。表一：L298 功能模块ENAIN1IN2运转状态0任意任意停止110正转101反转111制停100停止由表一 L298 功能模块可以看出电机的工作状况，由单片机控制IN1,IN2 的输入,从而很好的控制电机的正转反转，达到设计目的。武汉理工大学电子电工课程设计说明书22恒压恒流桥式 2A 驱动芯片 L298 的具体介绍见 2.5 节。武汉理工大学电子电工课程设计说明书232.3.3 键盘输入及控制电路图 3-3 :键盘输入及控制电路原理说明：图中的 MM74C92 为键

23、盘控制芯片。MM74C92 与数字键盘的对应关系如下面的表格所示，并在上图中表上了各键的代表数字。没有键按下时，MM74C922 中的 OA=0 当有键按下时 0A=1 经反相器，使输出时能端“ 0E 非”（即十三脚）为 0，此时键值（二进制）由 A,B,C,D 输出，把 A, B, C, D 相应的输入单片机，单片机就可得 到相应的值，再经数码管显示出来即可，同时可以控制机器人的前进，后退时间。表二：MM74C92 与数字键盘的对应关系开关位置0Y1,X11Y1,X22Y1 ,X33Y1,X44Y2,X15Y2,X26Y2,X37Y2,X48Y3 ,X19Y3 ,X210Y3,X311Y3,

24、X412Y4,X113Y4,X214Y4,X315Y4,X4A0101010101010101B0011001100110011C0000M110 :000111啟-705 4-. T1-.XI堆増抽Y1Y2Y3网L武汉理工大学电子电工课程设计说明书24D0000000011111111武汉理工大学电子电工课程设计说明书252.3.4 显示控制电路74LS47译码器后退时间显示图 3-4 :显示控制电路原理说明：七段显示译码器 74LS47 为输出低电平有效，用以驱动共阳极显示器，它 把由 ABCD 俞入的二进制译码后，显示在数码管上，直观的显示了时间。74LS47 的具体说明见 2.5 节2

25、.3.5 整体工作原理说明当数字键盘有键按下时，经 MM74C92 键盘控制芯片，使ABCD输出相应的二进制, 此二n-1A曰CD曰圧LT7126AQABQBCQCDQDDIJRBOQERBIFLTQG前进时I可显示TU77 12 8 4 5 -J0;k-) for(j=20;j0;j-)for(i=248;i0;i-);void mai n( ) while(1) if(da=1)if (kqbh=1)a0=P0;P1=a0; /elsea1=P0;P2=a1; /if(kts=0)break;while(1) in 1=1;in 2=0;for(;P10;P1-) /delay1s();

26、delay1s(); P1=a0;in 1=0;in 2=1;for(;P20;P2-) delay1s(); delay1s();P2=a1;秒延时程序存储前进显示时间于 a0中存储后退显示时间于 a1中前进显示程序/后退显示程序武汉理工大学电子电工课程设计说明书292.5 主要器件说明2.5.1驱动芯片 L298NL298 是 SGS 公司的产品，比较常见的是 15 脚 Multiwatt 封装的 L298N,内部同样包 含 4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N 可接受标准 TTL 逻辑电平信号 VSs, VSs可接 4. 57 V 电压。 4 脚

27、 VS接电源电压，VS电压范围VH为+ 2. 546 V。输出电流可达 2. 5 A，可驱动电感性负载。1 脚和 15 脚 下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298 可驱动 2 个电动机，0UT1 0UT2 和 0UT3 OUT4 之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台 电动机。5, 7, 10，12 脚接输入控制电平，控制电机的正反转。乩，BB接控制使能端，控制电机的停转。表 1 是 L298N 功能逻辑图。呼 翠屯*11雷fflr I 艸:i%會辭诵増持1 L29BN功徒模块JIniI话耗轶空0XX1 101 011料帶10In3 , In4 的逻辑图与表 1 相同。由表 1 可知BA为低电平时，输入电平对电机控制