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1、实训项目(论文)题 目 简易机器狗的制作 学生姓名 马骏 专业班级 机械11-1班 所在院系 机械工程系 指导教师 完成日期 年 月 日1. 简介机器狗产品如Error! Reference source not found.所示，它具有机、电、声、光、磁结合的特点，当外界发出拍手声、或者用磁铁靠近狗的尾部、或者用手电筒照射狗的眼睛，机器狗均会自动行走一段距离，然后自动停下，当再次有声、光、电触发时又会重复上述过程。 图1-12机器狗的工作该装置主要由声控检测电路、光控检测电路、磁控检测电路、触发电路、单稳态电路、开关组成。声敏元件麦克风V1与电阻R1、R2，组成声敏取样电路，主要是将声信号转
2、变为电信号，为单稳态电路提供触发信号。光敏三极管、干簧管可以将光信号、磁场信号转变为电信号，为单稳态电路提供触发信号。2.1控制电路原理图 图1-22.2单稳态触发器工作原理用555定时器组成的单稳态触发器电路如图1-3所示。其工作原理如下：（1）t0t1稳态输入脉冲信号u1，加在置位控制输入端2号引脚上，平时为高电平。在电路接通电源后，有一个进入稳态过程，即电源通过R向电容C充电，当其上电压uC2/3Vcc，则6号引脚状态为1，而u1的2号引脚状态也为1，则输出为0，放电管T导通，电容上电压uC通过7号引脚放电，使6号引脚状态变为0，则输出不变，仍为0，电路处于稳定状态。（2）t1t2暂稳态
3、在t1时刻，输入u1为下降沿触发信号，2号引脚状态为0，而6号引脚状态仍为0，这时电路输出发生翻转为1，放电管T截止，电容开始充电，电路进入暂稳态。此后，在t2时刻，电容电压还未充到2/3Vcc，输入u1必须由0变为1，故6号、2号引脚状态在t1t3为0、0和0、1，输出一直为1，放电管处于截止状态。（3）t3时刻恢复稳态在t3时刻电容上电压被充到2/3Vcc时，这时6号、2号引脚状态为1、1，使输出由1翻转为0，暂稳态结束，电路又恢复稳态。这时放电管T导通，uc立即快速放电，使6号、2号引脚状态为0、1，输出维持不变，为0态，电路处于稳态。综上所述，单稳态触发器电路平时（即触发信号未到来时，
4、总是处于一种稳定状态。在外来触发信号的作用下，它能翻转成新的状态。但这种状态是不稳定的，只能维持一定时间，因而称之为暂稳态（简称暂态）。暂态时间结束，电路能自动回到原来状态，从而输出一个矩形脉冲，由于这种电路只有一种稳定状态，因而称之为“单稳态触发器”，简称“单稳电路”或“单稳”。单稳电路的暂态时间的长短tW，与外界触发脉冲无关，仅由电路本身的藕合元件RC决定，因此称RC为单稳电路的定时元件。图1-3为单稳态触发电路及其工作波形。本电路工作波形可在软件仿真时观察。 图1-32.3机器狗工作原理2.3.1声控工作原理当声敏元件麦克风V1没有声音激发时，其导电率很低，且呈高阻抗，使得Q1反偏截止，
5、电源通过R10加在Q2的基极上Q2截至，IC1的2脚输入高电平，处于复位状态，3脚输出低电平，M1关断，则电机没有工作，机器狗保持静止状态。当声敏元件麦克风V1处在一定的声波之中时，其内部会产生一系列电子密度的变化，因而麦克风V1电阻变得很小。这时，声波检测信号通过C1直接耦合到Q1的基极上而导通，并且反向，再通过C3直接耦合到Q2的基极，与通过R10的电压叠加变成高电平，Q2导通，使得ICI等元件组成的单稳态电路2脚输入从高电平跳变为低电平，IC1被触发翻转，3脚输出高电平，M1开通，电动机开始工作，机器狗便开始行走了，同时行走的时间将延长到单稳态触发器的延时时间。当IC1的3脚输出高电平可
6、以带动电机工作的同时，D2被导通，将直接加到Q3的基极上，Q3被导通，进而Q2被截止，IC1的2脚输入由低电平跳为高电平。IC1处于复位状态。由于声波的延续，使得声敏元件麦克风V1连续不断地受到声波的作用，则IC1的2脚会不断得到触发，3脚持续输出高电平，这时该电路将一直驱动电机M1工作，机器猫会持续行走，直到声波消失。2.3.2光控、磁控工作原理当光敏三极管或干簧管被激发时，他们可以直接将光信号、磁信号转变为电信号，使得IC1等元件组成的单稳态电路2脚由高电平跳变为低电平，从而IC1被触发翻转，3脚输出高电平，M1开通，电动机开始工作，机器猫便开始行走了，同时行走的时间将延长到单稳态触发器的
7、延时时间。当IC1的3脚输出高电平可以带动电机工作的同时，D2被导通，将直接加到Q3的基极上，Q3被导通，进而Q2被截止，IC1的2脚输入由低电平跳为高电平。IC1处于复位状态。由于光信号、磁信号的延续，使得光敏接收管和干簧管连续不断地受到光信号、磁信号的作用，则IC1的2脚会不断得到触发，且3脚持续输出高电平，这时该电路将一直驱动电机M1工作，机器狗会持续行走，直到光信号或磁信号消失为止。3.仿真原理图及仿真结果3.1仿真原理图图1-4为机器狗的仿真电路图，仿真过程中分别用开关K1、K2、K3、光藕合器U1模拟仿真声控、磁控和光控；灯泡代替电动机。每当按下其中一个开关时，灯泡即发光，一段时间
8、后自动熄灭，相当于机器狗的“走停”过程。可通过调整C5、R6各自数值的大小改变电动机工作时间的长短。 图1-4 本电路元件清单EDA仿真电路元件清单如Error! Reference source not found.所示，由于Multisim元件库里没有9014及8050型号的三极管，故用性能参数相近的2SC945和2N2222A代替做仿真。 表1-1 数量描述库参考标识封装1TIMER, LM555CMU1GenericM08A（DIP-8）2RESISTOR, 150kOhm_5%R2, R3GenericRES0.5（AXIAL0.4）3RESISTOR, 4.7kOhm_5%R5,
9、R4, R9GenericRES0.5（AXIAL0.4）2RESISTOR, 10kOhm_5%R6, R7GenericRES0.5（AXIAL0.4）2RESISTOR, 1.0MOhm_5%R1, R10GenericRES0.5（AXIAL0.4）1RESISTOR, 1.5kOhm_5%R11GenericRES0.5（AXIAL0.4）2RESISTOR, 100Ohm_5%R8, R12GenericRES0.5（AXIAL0.4）2CAP_ELECTROLIT, 1uF-POLC1, C3GenericELKO5R5（RB-.1/.2）1CAP_ELECTROLIT, 220
10、uF-POLC6GenericELKO10R5（RB-.2/.4）4BJT_NPN, 2SC945Q1, Q2, Q3, Q4GenericTO-921BJT_NPN, 2N2222AQ5GenericTO-181CAPACITOR, 10nFC2GenericCAP3（RAD0.2）4SWITCH, SPSTK2, K1, K3, K4GenericSPST1DIODE, 1N4148D2GenericDO-35（DIODE0.4）1DIODE, 1N4001GPD1GenericDO-204AL（DIODE0.4）15V_1W, 5V_1WX1GenericLAMP1CAP_ELECTRO
11、LIT, 470uF-POLC5GenericELKO10R5（RB-.2/.4）1CAP_ELECTROLIT, 47uF-POLC4GenericELKO8R5（RB-.2/.4）1OPTOCOUPLER_VIRTUAL，4N25U2虚拟元件2POWER_SOURCES, GROUND0虚拟元件1DC_POWER, 4.5 V V虚拟元件1DC_POWER, 3 V V1虚拟元件3.2仿真结果如图1-5 图1-54.焊接、组装及调试4.1焊接步骤准备：焊接前必须做好焊接的准备工作，它包括选用合适功率的电烙铁和烙铁头，烙铁头的清洁和上锡，焊接部位的清洁处理，预焊，元器件引线的成形及插装，焊接
12、工具及焊接材料的准备，使连接点处于随时的状态。加热：就是用烙铁头加热焊接部位，使连接点的温度加热到焊接需要的温度。在加热中，热量供给的速度和最佳焊接温度的确定是保证焊接质量的关键。通常焊接温度控制在260C左右。但考虑电烙铁在使用过程中的散热，可把温度适当提高一些，控制在300C左右。加焊料：当烙铁加热到一定温度后，即可在烙铁头和连接点的结合部或烙铁头对称的一侧，加上适量的焊料，焊料量的多少，应使导线的外形保持可见或保证能够覆盖接点。在施焊过程中，要求焊接者针对不同的焊接对象，掌握正确的焊接时间。通常焊接时间控制在23s之内。冷却：焊接时间结束之后，焊料和烙铁头都已撤离，焊点应自然冷却，不要用
13、嘴吹或其它强制冷却的方法，以免影响焊点的形成，在焊料凝固过程中，连接点不应受到任何外力的影响而改变位置。清洗：焊接完成之后，必须进行清洗，除去残留在焊点周围的焊剂，油污等，以防残留物的污染及腐蚀，并使焊点清洁美观。4.2组装及调试步骤(1)检测和调试。焊接完毕后，我们接着对机器狗电子电路进行安全检测和调试。其步骤如下所示：第一步：用三用表蜂鸣档测试印刷板上各个焊点焊接情况，一旦发现有的焊点发生短路、断路现象应立即加以修改。第二步：仔细检查每一条连线是否正确特别是：电源正、负极的焊接和电机正负极的焊接，以及传感器的焊接，这些地方焊接非常容易混乱，一定要仔细检查。4.2焊接、组装注意事项4.21焊
14、接注意事项注意电烙铁的正确使用，尤其避免烫坏导线发生触电事故。焊接时间不可太长，不可用力使覆铜拱起。注意区分有极性元器件的极性。尽量避免重复焊接。4.22组装注意事项干簧管放在狗后部，贴紧机壳，便于磁感应红外接收管通过钻孔放在狗胸前，便于感受光照麦克的放置要求不多，这点由声音的传导性质决定5.心得体会在安装机器狗的过程中，出现了许多问题，尤其是在在电路板的焊接和调试过程中，比较细的电线容易误焊断，导致加重了焊接的工作量，同时声敏传感器不耐热，焊接难度相当大，同时电线繁多，容易接错，这也是组装的一个难点之一。经过我们细心而且耐心的检查和组装，最终也完成了机器猫，但仍有些许瑕疵：内部电线繁多，不利于散热，应设法减少电线数量和长度。总体而言，经
