1、武汉理工大学小型智能控制系统设计课程设计说明书1目录1 有害气体的检测与抽排电路设计.61.1 设计要求及意义.61.1.1 设计要求.61.1.2 设计意义.61.2 设计方案论证及选择.61.3 设计方案.71.3.1 设计系统模块图.71.3.2 设计原理流程图.81.3.3 设计原理图.91.4 设计方案分析.101.4.1 供电模块分析.101.4.2 检测模块分析.101.4.3 触发抽排模块分析.111.4.4 报警模块分析.121.5 所用芯片及原理说明.121.5.1 555 定时器.131.5.2 QM-N5 气敏传感器.131.5.3 继电器.141.6 PCB 封装.1
2、51.7 电路仿真.161.8 原件列表.162 机器人行走电路设计.182.1 设计要求及意义.182.1.1 设计要求.182.1.2 设计意义.182.2 设计方案论证及选择.18武汉理工大学小型智能控制系统设计课程设计说明书22.3 设计方案.192.3.1 设计系统模块图.182.3.2 设计原理流程图.192.3.3 设计原理图.202.4 设计方案分析.212.4.1 脉冲信号模块分析.212.4.2 计时显示模块分析.222.4.3 电机正反转模块分析.232.5 所用芯片及原理说明.232.5.1 555 定时器.232.5.2 74LS192 计数器.242.5.3 JK
3、触发器.262.6 PCB 封装.262.7 电路仿真.272.8 原件列表.273 心得体会.284 参考文献.29武汉理工大学小型智能控制系统设计课程设计说明书3前言此课题包含两个设计题目，有害气体的检测与抽排电路设计和机器人行走电路设计。第一个设计的题目为有害气体的检测与抽排电路设计，在我们日常生活中应用很广，可以运用在矿井以及家庭中，检测各种有害气体，及时进行报警，告知有关人员进行相应的撤离。同时也能完成有毒气体的抽排，确保人等生命的安全。第二个设计题目是机器人行走电路设计，当今社会科技日益发展，机器人代替人类进行各种作业，辅助人类完成一些简单的任务已经可以实现。这样的设计可以大大节约
4、人力资源的使用，通过机器人来完成一些简单的动作。两个设计都可以用我们已经学习过的有关知识进行设计，仿真。在两个设计实验中都以 555 芯片为设计核心，驱动各个单元进行工作。实验主要以 Altium Designer及 PROTEUS 两个软件作为技术支持，来实现原理图的绘制，PCB 的封装设计以及电路的仿真。通过这两个设计不仅可以巩固所学的知识，很好的对课本知识运用于实践，同时也可以激发学生学习于专业相关的一些知识，从而扩大自己知识面的广度，更重要的是能锻炼同学们的自主创新能力和自主学习能力，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。武汉
5、理工大学小型智能控制系统设计课程设计说明书4课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 1. 题目：有害气体检测与抽排电路设计应用气体传感器，检测到煤气泄漏或其他有害气体意外排放时，自动启动抽排系统，以保障人们的生命财产安全。抽排完毕后，系统回到实时检测状态。2.题目：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。4）对设计电路进行仿真初始条件： 1. 实验室提供万用表、信号发
6、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. 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) 电力电子变流技术 黄俊 王兆安 编 机械工业出版社4) 集成电路速查手册 王新贤 主编 山东科学技术出版社武汉理工大学小型智能控制系统设计课程设计说明书55) 集成电路速查大全 尹雪飞 陈克安 编 西安电子科技大学出版社6) 晶体二极管手册 各种版本皆可7) 晶体三极管手册 各种版本皆可要求完成的主要任务：1、 课程设计
7、结束时每个学生要交一份按统一格式要求撰写的课程设计说明书，并装订成册。2、 课程设计说明书中每个题目要求有方案比较、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、 独立完成设计任务，杜绝相互抄袭现象发生。时间安排：二周（6 月 24 日7 月 5 日） 。6 月 24 日上午，指导教师讲授课程设计的有关基本知识等；6 月 24 日下午7 月 1 日学生设计；7 月 2 日7 月 3 日教师质疑，学生答辩；7 月 4 日7 月 5 日课程设计
8、打印装订。指导老师签名： 年 月 日 系主任（或负责教师）签名： 年 月 日武汉理工大学小型智能控制系统设计课程设计说明书61 有害气体检测与抽排电路设计1.1 设计要求及意义1.1.1 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，同时自行启动抽排系统，排出有毒气体，更换空气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。1.1.2 设计意义厂矿工作和日常生活中经常发生煤气或者其他有毒气体泄漏的事故，给人们的生命财产安全带来了极大的危害。因此，及时检测出人们生活环境中存在的有害气体并将其排除是保障人们正常生活的关
9、键。本人运用所学的电子技术知识，联系实际，设计出一套有毒气体的检测电路，可以在有毒气体超标时及时抽排出有害气体，使人们的生命健康有一个保障。1.2 设计方案论证及选择本次设计有两套方案可供选择。第一种是采用 220v 交流电源，经过变压、整流与稳压为各部分电路供电。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，通过 555 定时器连接 SPEAKER 和 LAMP 灯进行声光报警。第二种是武汉理工大学小型智能控制系统设计课程设计说明书7对于声报警电路，可以采
10、用 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。从经济上看，方案一也更经济，故采用方案一1.3 设计方案1.3.1 设计系统模块图图 1.1 设计系统模块图220V 交流电源降压、整流、滤波、稳压检测模块抽排模块报警模块武汉理工大学小型智能控制系统设计课程设计说明书81.3.2 设计原理流程图图 1.2 设计原理流程图1.3.3 设计原理图驱动检测电
11、路降压整流滤波稳压220V交流电源触发555芯片产生频率信号驱动报警模块工作武汉理工大学小型智能控制系统设计课程设计说明书9图 1.3 设计原理图武汉理工大学小型智能控制系统设计课程设计说明书101.4 设计方案分析1.4.1 供电模块分析图 1.4 供电模块图如图 1.4 所示，直流电源电路采用 220v 交流电压供电，由电源变压器、桥式整流电路、滤波电路、稳压电路等四部分组成。电源变压器将交流网 220v 电压变化后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还还有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但是这样的电压还随着电网电压波动（一般有 10%左右的波动） 、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后还要接一个稳压电路在电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流的稳定。1.4.2 检测模块分析
