武汉理工大学自动化暑期课设机器人行走电路设计

武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书目录目录1电工电子课程综合设计大纲 2课程设计任务书3摘要 .51设计要求 .52设计总体方案 .52.1 设计原理系统框图 52.2 设计原理图 63设计方案分析.63.1 多谐振荡电路分析 63.2 74LS192计数器和计数器显示电路 73.3 JK触发器实现信号翻转 .83.4 直流电机正反转电路 83.5 整体工作原理说明 94所用芯片及其他器件说明 104.1 74LS192 计数器 104.2 JK 触发器 .11附录 13附表：机器人行走电路所用器件 13课程设计感言.12致谢 .15参考文献 .15本科生课程设计成绩评定表 16#电工电子课程综合设计大纲电工电子课程综合设计是根据教学计划和课程教学目标的要求，综合应用电路原 理、模拟电子技术、数字电子技术、电工电子实习、传感器原理及接口技术、电 力电子变流技术等课程知识而开设的实践性课程。以期对自动化、电气自动化专业学生 进行电工电子类设计思想和设计方法的初步训练，使学生掌握基本电子线路的设计技能。一、 课程设计的目的通过课程设计的实际训练，加深学生对相关课程基础知识与基本理论的理解，培养学 生综合运用所学知识的应用能力，使其在理论分析、工程计算、制图标准与规范、查阅设 计手册与资料以及计算机应用能力等方面得到综合训练，促进学生养成严谨求实的科学学 风，激发学生自主创新的精神。二、 课程设计的运作过程1、指导教师拟定题目难易适当的课程设计任务书，既保证大多数学生得到基本训练，通 过查阅资料、手册、分析、计算能顺利完成设计任务，又能使学习优秀的学生充分发 挥创新思维，激发探索科技知识的积极性。2、设计开始前，指导教师讲解有关设计的目的、要求及注意事项，介绍设计原则、方法 和范例，增补学生在过去的学习阶段尚未涉猎的相关知识。3、设计期间，指导教师对学生遇到的问题及时解答，并对课程设计的内容组织质疑和答解。4、每个学生在设计结束时要提交一份按统一格式要求书写的课程设计说明书。说明书中 要求绘制方框图、电原理图，阐述电路工作原理，元器件参数计算、设计电路的性能 指标等。三、 设计时间1周四、 其他1、课程设计说明书封面由教务处统一规范的格式打印。2、课程设计报告除教学管理部门要求必须用手写的内容外，一律打印上交。3、课程设计成绩通过质疑和答辩，结合设计过程中的学习态度、设计思想、设计报告 综合评定。课程设计任务书学生姓名： 专业班级：指导教师：周晓年 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/8Q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）5、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。6、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。7、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。8、文字、符号、图形等必须符合国家标准。9、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日一6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日下午一一6月18日上午学生搜集、查阅资料；6月18日下午一一6月20日下午学生初步设计；6月21曰上午一一6月21日上午教师检查设计进度；6月21日下午一一6月23上午学生深化设计；6月24日上午一一6月24日上午答疑、质疑；6月24日下午一一6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6 月17 日系主任（或负责教师）签名： 2014年 月 日摘要此次可自行行走的机器人电路是基于目前学过的课程设计的，能够自行前进和后 退，并且可以调节前进与后退的时间。通过这次电路设计，可以发掘自己的潜能和创新意 识，锻炼自己的能力和思维方式，加强理论知识运用于解决实际问题的能力。机器人行走电路由驱动电路和直流电机的正反转电路两个单元构成。电路通过运用555构成的多谐振荡电路，同步计数器 74LS192 JK触发器等基本单元电路，通过上述基 本电路的级联组合，构成机器人行走电路。电路有效地实现机器人的行走与后退，通过调 节阻值的大小而控制行走的时间，时间在数码显示管显示。利用三极管的导通和截止控制 机器人的行走方向，从而满足设计电路的要求。关键字:时间可调、数码显示、正反转、555定时器1设计要求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。2设计总体方案2.1设计原理系统框图图2.2.1设计原理系统框图武汉理工大学电工电子综合课程设计课程设计说明书#2.2设计原理图图2.2.2设计原理图3设计方案分析3.1多谐振荡电路分析I.1DnF«V1 IS!,用 .1k. C2 a 11XUF.S W5.TEOi.U1图2.3.1多谐振荡电路接通电源后，电容C2被充电，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器被复位，电容 C2通 过R1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， 如此周而复始，使3端输出方波信号，此方波信号的周期 T=0.7* (R1+2RV】 *C2,通过对 RV1的调节可以改变3端输出的方波信号的周期To3.2 74LS192计数器和计数器显示电路由多谐振荡器3端输出的方波信号接到74LS192的“DN减计数”端，驱动74LS192 进行减计数，然后将“ TCD借位端”接到“ PL置数端”。这样，当芯片减到零时，置数端 低有效，使其置数，又回到起点开始计数，如此周而复始。图2.3.2 74LS192计数器和七段共阴极数码管构成的计数器显示电路图2.3.3 JK触发器及翻转电路3.3 JK触发器实现信号翻转用74LS192的“TCD昔位端”产生的信号作为JK触发器的触发信号，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。另外，图中在JK触发器的 Q输出端接一个反相器和一个单刀双掷开关，在机器人前进或后退的过程中，若将开关打 到另一端，则可以实现机器人实时转向的功能。3.4 直流电机正反转电路当JK触发器输出为高电平时，Q1,Q4截止，Q2,Q3导通，直流电机两端电势差为-4.0v, 直流电机反转，小车后退图2.3.4直流电机正反转电路当JK触发器输出为底电平时，Q1,Q4导通，Q2,Q3截止，直流电机两端电势差为4.0v , 直流电机正转，小车前进。于是就实现了小车前进后退的要求。且时间相等。3.5 整体工作原理说明由前面的分析可知各部分的工作原理，当整体开始工作时，多谐振荡器产生的方波信 号周期及计数周期均可由人为调节，故可以较精确地实现小车的前进后退且时间可调的功 能。例如，当希望小车先前进 7秒，然后后退7秒，如此循环，则可以调节 RV1使得3端 输出的方波信号的周期T=1秒，74LS192置“7”于是，小车前进及后退的时间均为1*7=7秒，便实现了以上要求的功能。另外，我认真听取了老师的意见，在实验电路图添加了去耦滤波电路以及三极管保 护电路，使电路能经受住实际运用中遇到的考验。4所用芯片及其他器件说明4.1 74LS192 计数器74LS192真值表：MODE SELECT TABLEMRPLCPuCPDMODEHXXXReset (Asyn.)LLXXPreset (Asyn.)LHHHNo ChangeLH,THCount UpLHHJCount DownL = LOV' -'cltage “beH = HIGH dtagwL三馆a = Dont Care-T = LCuV-to-HI"rarsilicn图2.4.1 74LS192真值表74LS192管脚图:(a)(b)图2.4.2 74LS192管脚图74LS192逻辑图:OUTPUBOOTFVncp3 (Dg HCWW T>o COUNTS向吠HR ,必F fCLEARi PL；LGAC-|；P COUNT；PN<D(D%©°3圉1 74LS192逻辑图图2.4.3 74LS192 逻辑图74LS192具体功能:1 .异步清零:当MR=1时，计数器输出将直接清零，与其他输入端的状态无关，这就是异步清零2 .力口、减计数功能：当MR=0,PL=1,CPD=10寸,CPU端接脉冲信号，就实现了加计数功能；相反，当 MR=0,PL=1,CPU=时，CPD®接脉冲信号，就实现了减计数功能。3 .置数功能：当MR=0 PL=0时，计数器输出端与输入端相同，即实现置数功能。4 .2 JK触发