电工电子课程设计
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武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书
I 摘要
本次电工电子课程设计共有两个主题,一个是有害气体检测与抽排电路设计,设计一个自动检测有害气体浓度的电路,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,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。另一个是机器人行走电路设计,设计一个能前进、后退且时间按可控的机器人行走控制电路。
两个设计在日常生活中都有实用性,可以智能控制,两个设计都用到基础电子电路、模拟电子技术、数字电子技术等知识,同时也将用到实际中经常用到的器件,例如器皿传感器、继电器、稳压器等。本次设计需根据设计要求,分析原理、计算参数、选用元件、进行仿真。
有害气体检测与抽排电路以555定时器为核心,机器人行走以运算放大器UA741为核心,组成多谐振荡器,来驱动各个部分电路工作。
本次设计需要用仿真软件进行仿真,例如proteus、ptotel等,熟悉各常用元件在元件库中的位置,掌握一些实用的操作方法。
关键字:气敏传感器、报警电路、智能控制、555定时器、UA741
武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书
II 目录
前言………………………………………………………………………………………... 1
1有害气体检测与抽排电路设计……………………………………………………….. 2
1.1设计要求………………………………………………………. ……………… 2
1.2设计总体方案………………………………………………………………….. 2
1.2.1设计原理系统框图……………………………………. …………………3
1.2.2设计原理流程图 ……………………………………. …………………3
1.2.3设计原理图………………………………………………………………..4
1.3设计方案分析……………………………………………………………………..5
1.3.1电源电路…………………………………………………………………..5
1.3.2气敏传感器工作原理……………………………………………………..5
1.3.3声光报警控制电路………………………………………………………..6
1.3.4排气电路工作原理………………………………………………………..7
1.3.5整体工作原理说明………………………………………………………..7
1.4所用芯片及其他器件说明………………………………………………………..8
1.4.1 555定时器构成的多谐振荡器工作原理………………………………..8
1.4.2 QM-N5气敏传感器………………………………………………………..9
1.4.3继电器……………………………………………………………………..9
2机器人行走电路设计…………………………………………………………………….11
2.1设计要求………………………………………………………………………….11
2.2设计总体方案…………………………………………………………………….11
2.2.1设计原理系统框图 ………………………………………………………11
2.2.2设计原理流程图 ………………………………………………………11
2.2.3设计原理图…………………………………………………………………12
2.3设计方案分析 …… …………………………………………………………… 14
2.3.1多谐振荡电路分析 ………………………………………………………14
2.3.2 74LS192计数器和计数器显示电路………………………………………15
2.3.3 D触发器实现信号翻转 …………………………………………………..15
2.3.4直流电机正反转电路…………………………………...............................16
2.3.5暂停和电机速度调节……………………………………...........................17
2.3.6整体工作原理说明……………………………………...............................17
2.4所用芯片及其他器件说明 …………………………………...............................17
2.4.1 74LS192计数器………………………………………...............................17
2.4.2 D触发器 ………………………………………………………………….19
3附录……………………………………………………………………………………….20
3.1附表一:有害气体检测与抽排电路设计所用器件……………………………20
3.2附表二:机器人行走电路所用器件………………………...............................21
小结与体会…………………………………………………………………………….…..22
参考文献 ………………………………………………………………………………… 24武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书
1 前言
随着科学技术的日益发展,尤其在工业上,要求我们用智慧去解决一些繁琐、周而复始的工作,减轻人的负担,而且使工作效率、效果更好。日常生活中经常发生煤气或者其他有毒气体泄露的事故,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键,通过智能控制,不仅减少了很多的体力劳动,还使得工作更还更快的完成。有毒气体检测与抽排电路可以在有毒气体超标时及时抽排出有毒气体,使人们的生健康有一个保障。
利用电子电工知识设计一个可以自行行走的机器人,能够自行前进与后退,并且可以改进成小车来搬运一些轻便的货物,给日常生活的人们带来了方便,同时也让电子科技更加接近人们的生活,也提高了创新意识和思维能力。
本次课程设计可以为以后的课程设计积累经验,通过此次课程设计,可以巩固所学知识,锻炼自主学习、独立思考和融汇各学科知识的能力,增强动手能力丰富知识面,为以后走上工作岗位打下夯实的基础。
武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书
2 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
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设计原理系统框图
220V
图1.1 设计原理系统框图
整流
滤波
稳压
电压比较模块 一级驱动模块 一级声光报警模块
一级排气模块
二级驱动模块 二级声光报警模块
二级排气模块 武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书
3 1.2.2设计原理流程图
整流滤波
否 否
是 是 是
图1.2设计原理流程图
开始
220V交流电
12V 直流电
气敏传感器采集信号
浓度小于C1 浓度大于C1小于C2 浓度大于C2
灯泡、喇叭、电机不工作 灯泡、喇叭工作,一级电机旋转 灯泡、喇叭工作,一、二级电机旋转 武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书
4 1.2.3设计原理图
图1.3 设计原理图 武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书
5 1.3设计方案分析
1.3.1电源电路
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。
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
图1.4 电源电路 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。
1.3.2气敏传感器工作原理
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
图1.5 气敏传感器工作原理图 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”,555定时器正常工作,输出方波信号,