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1、课程设计任务书学生姓名： 罗潇汝 专业班级： 自动化1007 指导教师： 田 宇 工作单位： 武汉理工大学 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：设计一个能够检测有害气体浓度和抽排的电路，当浓度高于正常值时候报警系统进行报警，同时抽排系统进行工作降低有害气体浓度直至恢复正常。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。二、机器人行走电路设计任务：设计一个能前进，停止，后退的机器人行走控制电路，并且其时间可以实时监测。要求：1、接通电源，机器人
2、前进，行走一段时间后，机器人停止一段时间，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，停止，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、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
3、 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）1、 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。2、 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、设计心得体会等。3、 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。4、 文字、符号、图形等必须符合国家标准。5、
4、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：二周（6月20日7月1日）。6月20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20日下午6月23日下午学生查阅资料；6月24日上午6月26日下午学生初步设计；6月27日上午6月29日下午检查设计进度，深化设计，答疑、质疑；6月30日上午6月30日下午进一步完善设计，形成设计报告电子文档；7月1日课程设计报告打印、装订、提交。指导老师签名： 2012 年 7 月 5 日 系主任（或负责教师）签名： 2012 年 7 月 / 摘 要当代电子技术迅猛发展， 为人们的文化， 物质生活提供了良好的提供了良好的条件。 因而，
5、加强大学生自身能力建设具有十分重要的意义。此设计报告是关于小型智能控制 系统的设计，包含以下两个设计题目：一是有害气体的检测、报警、抽排。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;二 是机器人行走电路设计。机器人行走动力使用干电池，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，并且前进和后退的 时间是可调的。本设计运用 555 定时器及 l298,74hc192 及电机等元器件完成该设计。 关键字：555 定时器 电机 电桥 L2
6、98 74HC192目 录前 言I1有害气体检测与抽排电路设计11.1设计要求11.2 方案论证及选择11.3设计总体方案21.3.1 设计系统模块框图21.3.2 设计原理流程框图21.3.3设计原理图31.4 设计方案分析41.4.1电源电路模块41.4.2自动检测模块41.4.3排气电路模块51.4.4声光报警控制模块61.4.5工作原理说明81.4.6 QM-N5气敏传感器说明91.5仿真结果分析91.6元件列表112机器人行走电路设计122.1设计要求122.2方案选择与论证122.3设计总体方案132.3.1 设计系统模块框图132.3.2 设计原理流程框图132.3.3 设计原理
7、图142.4 设计方案分析152.4.1时钟脉冲模块152.4.2 计数器和计数器显示模块152.4.3 机器人行走模块162.4.4定时模块182.4.5 所用芯片及其他器件说明182.5仿真结果分析212.6 元件列表22小结与体会23致 谢24参考文献25前 言在日常生活中，我们经常听到某某因煤气中毒而失去宝贵的生命，这是一个家庭安 全隐患问题；除此之外人们还希望机器人能代替人类做事，这样可以节省很多劳力，并可 以避免很多危险的侵害。针对以上两种情况，我们这次主要设计的就是典型的家庭智能控 制系统，包括有害气体检测与抽排电路设计和机器人行走电路设计。 通过课程设计，加深学生对相关课程基础
8、知识与基本理论的理解和掌握，培养学生综 合运用所学知识的能力，并增强解决实际问题的能力。增强理论分析、设计计算、制图标 准与规范、查阅设计手册与资料的能力，同时加强我们的计算机的应用能力。 两个设计要求综合运用所学电子电路的知识，是模拟电子技术和数字电子技术的综合 运用，需要灵活运用所学知识，根据设计要求，来达到目的，分析原理、参数计算、元器 件选用。 这两个设计都以555 定时器为核心，驱动各个部分电路工作，灵活运用555 定时器组 成的单稳态触发器和多谐振荡器。小型智能控制系统设计1有害气体检测与抽排电路设计1.1设计要求1）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报警，
9、同时自行启动抽排系统，以保障人们的生命财产安全。2）抽排完毕后，系统自动回到实时检测状态。3）对设计电路进行仿真。1.2 方案论证及选择本次设计有两套方案可供选择：方案一：是采用220v交流电源，经过变压、整流与稳压给各部分电路供电。再利用继电器，电压比较器来感应气敏电阻值得变化。当有害气体浓度升高，通过气敏电阻值变化来控制继电器的闭合，从而来控制声光报警与电机驱动电路工作，对与声光报警电路采用555定时器，采用两片555时基集成电路组成的变调音频调制振荡器构成，它的输出音频频率从4002500Hz范围循环变化，类似公安警车的警笛声，驱动喇叭发声并且灯光报警；方案二：是对于声报警电路，可以采用
10、LC179来驱动控制喇叭发声。同时将芯片的第三管脚借到气敏电阻一端，通过感知其输出电平高低来驱动喇叭发声，使之在有害气体浓度超标时出现声报警。而光报警电路中可以采用两级直接耦合晶体管放大器，构成了自激多谐振荡器，通过调节滑阻值来控制时间。综上所述：由方案对比可以看出，方案一简捷易于实现，稳定性高，从经济上看，方案一也更经济，故采用方案一。1.3设计总体方案1.3.1 设计系统模块框图电源模块 提供12V直流 自动检测模块提 检供 声光报警 测 220V 模块 信 交 号 流抽排模块图1.1模块方框图1.3.2 设计原理流程框图 声光系统和排气系 统都不工作 返回自 毒气浓度 抽排后，毒 动检测
11、 小于C 气浓度小于C 有毒气体浓度开始 自动检测 返回自 毒气浓度 动检测 大于C 声光系统工作 排气系统工作 图1.2 设计原理系统框图注：其中浓度C为毒气超标浓度。1.3.3设计原理图图1.3 设计原理图1.4 设计方案分析1.4.1电源电路模块原理说明：电源电路由 220v交流电压，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。见图1.4为电源电路模块。电源电路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
12、。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。稳压电路主要由滤波电容和集成稳压电路组成。电容C6选择1000uf、击穿电压为320v的电容，C1选择1000uf、击穿电压为15v的电容，C2选择0.01uf、击穿电压为15v的电容。U1则是7812三脚集成稳压器。图1.4 电源电路1.4.2自动检测模块 见图1.5自动检测模块。为当空气中的有害气体浓度未达到一定值时，QM-N5气敏传感器电阻值很大，使两个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
13、端为“低电平”，继电器不工作，多谐振荡输出脉冲与低电平进行与运算，输出低电平；如果空气中的有害气体浓度达到C时，传感器的电阻值变小，使下面的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”，谐振荡输出脉冲与高电平进行与运算，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。同时，比较器输出“高电平”，会使得继电器工作，从而驱动风扇抽排电路。 改变滑动变阻器RV2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。RV1为5k、额定功率为1/16W,RV2为2k、额定功率为1/16W。R1为4k，R2为2k，额定功率都为1/16W。注：此处由于在元件库
