电工电子综合课程设计说明书-小型智能控制系统设计(编辑修改稿)

电工电子综合课程设计说明书-小型智能控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

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。 气体浓度检测电路 在本设计中由于 proteus 库中没有 QM2 器件，所以用电位器 RV 代替。 武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书 12 当空气中的有害气体浓度未达到一定值时， QM2 气敏传感器电阻值很大， 使电压比较器正相输入端的电压均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， 555 定时器清零；如果空气中的有害气体浓度达到C1 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 ”， 555 定时器正常工作，输出方波信号，使得三极管导通，进一步使得继电器工作，从而驱动声光报警电路和抽排电路工作。 声音报警电路 当电压比较器输出高电平时，使得 555 定时器 3 端口输出方波信号，高电平驱动灯泡发光，低电平使得灯泡变暗，于是灯泡处于间歇的工作状态。 其周期计算如下： T=(R7+2R6)*，适当改变 C6,R7,R6 值 可以改变灯泡的工作频率。 同理，同样通过 555 定时器发出的方波信号驱动喇叭工作，而采用两个 555定时器发出不同频率的方波，使得喇叭发出警笛声。 报警电路的核心是由 555 定时器构成的多谐振荡器。 武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书 13 这样，当检测到有害气体时，三极管集电极输出低电平，通过反相器和运算放大器，给多谐振荡器提供工作电压使其输出方波脉冲，从而使二极管闪烁，扬声器间歇报警，达到声光报警的效果。 三极管输出电压经反相器后给换气扇供电，使其工作，达到自动抽排的效果。 本电路中输出的两个声频的频率一个为 ，占空比为 %；另 一个为 5MHz，占空比为 %。 电路的音频输出端接乙类互补输出电路，进行功率放大，增大输出音频声音，利于实用。 光报警和抽排系统 此系统中抽排系统由继电器进行控制，当检测到烟雾时电压比较器输出高电平，使继电器闭合，继而电机接入 220V 电源电路，开始进行排烟；当烟雾排尽或人为使烟雾浓度降低时，电压比较器输出低电平，电机与电源之间断开，电机停止排气。 武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书 14 光报警则利用到 555 定时器构成的多谢振荡器，输出矩形脉冲，控制报警灯频繁闪烁，进行灯光报警。 去耦滤波 由于供电电源和配电 系统不是理想的电压源，对每个电路进行去耦滤波是有必要的，以减少通过电源系统耦合的噪声。 阻容去耦网络可以把供电电源与电路隔离开来，消除电路间的耦合，并避免电源噪声进入电路。 电源滤波使用的是大容量的电解电容，是用来去除直流电中工频波形（ 50Hz－ 100Hz）减小直流电的波动程度，即起平滑波形的作用；去耦电容的容量很小，通常为 ，是用来滤除电路在工作时产生的高频谐波成分。 本电路中的去耦滤波电容包括 C1，C6， C12， C10 和电解电容 C8。 武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书 15 系统仿真 系统仿真过程中经调整代替 QM2 传感 器的滑动变阻器阻值，模拟传感器检测到烟雾的状况，则可看到报警灯频闪，电机启动进行抽排，声音报警的功放可正常发出两个频率的矩形波信号，提醒人们检测到危险的烟雾。 当增大滑动变阻阻值即模拟传感器检测到烟雾浓度降低，可看到报警解除并且电机停止转动。 武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书 16 所用部分元件原理说明 QMN5气敏传感器 QM2 气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。 当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。 使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。 MQ2/MQ2S 气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。 这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。 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放电所需的时间为： tPL=R2Cln2 可近似看成 tPL= 当 C 放电结束时， T 截止， VCC 将通过 R R2 向电容器 C 充电， VC 由（ 1/3）VCC 上升到（ 2/3） VCC 所需的时间为： tPH=(R1+R2)Cln2 可近似看成 tPH=(R1+R2)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=[(R1+R2)C] 武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书 17 武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书 18 2 机器人行走电路设计 设计任务 任务：设计一个能前进、后退的机器人行走控制电路。 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。 设计总体方案 设计思路 方案选择： 方案一：使用 74 系列芯片进行计时并控制显示模块，用 555 芯片组成一秒的延时电路，输出脉冲控制 74 芯片，并用单刀双掷开关进行前进和后退的控制。 适用本方案原理简单，但是不利于集 成，且应用芯片较杂，并不是最佳选择。 方案二：用 89C51 单片机作主控芯片， 4 个独立键盘作为控制端控制时间的输入，三个普通开关来控制机器人是否启动、机器人急停、机器人进退选择，同时用两个七段数码管显示当前前进或后退状态下的剩余时间，数码管直接用单片机输出高低电平控制。 直流电机用单片机控制，同时用 H 桥电路 L298 芯片作为电机的正反转控制电路。 两相比较，方案二所用元件数目较少，计时稳定、精确，且仅需改变程序就可以改变电路相关参数，便于根据实际情况进行相应修改。 故本电路采用方案二。 程序部分根据以上思路编写。 设计总体方案 实验电路图主要由四部分组成： 89C51 单片机，时间键盘控制，总开关，显示数码管，电机及其控制装置。 武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书 19 武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书 20 电路工作原理 由总开关控制单片机相应 I/O 口的高低电平，单片机控制 L298 芯片来控制机器人是否行进及其方向；键盘控制单片机相应 I/O 口的高低电平，单片机控制机器人的行进。