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dgqbqie有害气体声光报警器和机器人行走控制电路
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1我们‖打〈败〉了敌人。
②我们‖〔把敌人〕打〈败〉了。
前言
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
一.有害气体声光报警器
1.1意义和要求
意义:
运用电子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和某些气体接触时,其特性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气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的等效电阻降低,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。
1.2.2总体方框图
图2-1:
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
图2-2:
系统原理图
1.2.4PCB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:
声光报警及抽排电路
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和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/[(R1+R2)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
图3-2:
555定时电路输出波形
1.3.2气敏传感器部分的电路
图3-3:
气敏传感器部分电路
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
图3-4:
电源部分电路
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。
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,声光报警电路工作;反之不工作。
图3-5:
整体电路
1.4所用芯片及其他器件说明
1.4.1555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BJTT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=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,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=0.7(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=1.43/[(R1+R2)C]
1.4.2QM-N5气敏传感器
气体和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,市场上使用广泛。
QM-N5气敏元件参数如下:
标定气体(0.1%丁烷气体,最佳工作条件)中电压≥2V,响应时间≤10S,恢复时间≤30S,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4.5~5.5V、测量回路电压5~15V、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(又称输出回路),通常使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和静触点(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,使动触点和原来的静触点(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
附表一:
声光报警器设计所用器件
名称
型号规格
位号
数量
电原
220V,50hz
V1
一个
变压器
TRAN-2P2S
TR1
一个
电桥电路
DF02M
BR1
一个
风扇
无
无
一个
555芯片
NE555
U1
一个
报警灯
LED-RED
D6
一个
报警喇叭
Speaker
LS1
一个
继电器
无
无
一个
电压比较器
COMPI
U2
一个
稳压管
BZX85C12R
D1
一个
气敏传感器
QM-N5
无
一个
三极管
2N3019
Q2
一个
二极管
UF5404
D2
一个
滑动变阻器
10K
RV1,RV2
两个
电解电容
500uf
C1,C2
两个
电容
33uf
C3
一个
电容
0.01uf
C4
一个
电阻
240
R1
一个
电阻
510
R2,R3
两个
电阻
470
R4
一个
电阻
30
R5
一个
电阻
22K
R6
一个
电阻
11K
R7
一个
电阻
1K
R8,R9
一个
二.机器人行走控制电路
2.1意义和要求
意义:
运用自学的单片机设计简单的小车控制电路,把理论和实际相结合,能够更好的掌握单片机的使用,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。
2.2.2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)
图2-2整体原理图
2.2.4PCB制图
图2-3:
PCB制图
2.3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(本电路带有手动复位,便于控制单片机的复位
2.3.2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H桥电路封装而成。
IN1,IN2,
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