有害气体声光报警器和机器人行走控制电路.docx

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1、有害气体声光报警器和机器人行走控制电路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操纵电路。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、后退的机器人行走操纵电路。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，操纵机器人的行走目录一.有害气体声光报警器21. 1意义与要求21.2 设计总体方案21.2. 1设计思路21.3. 2总体方框图31.4. 3完整原理图31.5. 4PCB制图51.3 设计

2、原理分析51.3.1 声光报警及抽排电路51.3. 2气敏传感器部分的电路61.3.3电源电路71.3 .4整体工作原理说明81.4 所用芯片及其他器件说明101.4. 1555定时器101.4.2 QM-N5气敏传感器101.4.3 继电器11附表一：声光报警器设计所用器件11二.机器人行走操纵电路122.1意义与要求122. 2设计总体方案132.1.1 1设计思路132.1.2 2.2总体方框图132.1.3 完整原理图142.1.4 PCB制图162.3设计原理分析172.3.1单片机外围电路172.3.2电机操纵电路182.3.3键盘输入及操纵电路192.3.4显示操纵电路202.3

3、.5整体工作原理说明202. 4程序211. 4.1程序设计思路212. 4.2整体程序及说明222.5要紧器件说明232.5.1驱动芯片1298N23附表二：机器人设计所用器件24三.设计体会及小结24一.有害气体声光报警器1.1 意义与要求意义：运用电子技术及有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操纵电路。当检测到有害气体意外排放超标时，发出警笛报警声与灯光间歇闪烁的光报警提示，同时自行

4、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与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要紧是利用半导体与某些气体接触时，其特性将发生变化这一现象来检测气体的成分或者浓度。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，用电压比较器作为操纵部分，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操纵声光报警及有害气体的抽排。声光报警电路可用

5、555构成的多谐振荡电路来操纵，555构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操纵电路。122总体方框图图21：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1kR5匝22: Ss落压sR1c2.SD”.TEO-力.cou*cTO务555定盹器TReR10.22K.vTE)gR11.11Kr-C6.TOOU.TBCR9/米R12.：丁讦Ike-20119氐订D61ED-RH)声报警1E.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原理说明：图

6、3-1中用继电器操纵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与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(tp1+tp,1),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Ihz,即555多谐振荡器会产生一秒的连续脉冲。至于555多谐振荡器的全面原理说明见1.4节。下面一副截图为555定时电

7、路在正常工作下时所输出的波形图32：555定时电路输出波形13.2气敏传感器部分的电路原理说明：关于图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：假如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，能够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能够在有害气体不一致浓度下工作，即用气敏传感器实现对有害气体不一致浓

8、度的测量。1.3.3 电源电路R1输犯商流由源图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，及滤波稳压电路构成，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，务必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，负载与温度的变化而变化。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，负载与温度变化时，维持输出直流电压的稳固。1.3.4 整体工作原理说明由220V的交流

9、电压经电源变压器，整流电路，滤波与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：假如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，该操纵器会自动切断排风扇与声、光报警电路的工作电源，使其停止工作，从而达到了自动操纵室内有害气

10、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RiOFcc5551.4所用芯片及其，OD1F1.4.1 555定时器图4T：555定时器构成的多谐振荡器电路图如图4-1所示：由555构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，如今V。为低电压，电容C通过R?与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

11、为：tp1=R2C1n2,可近似看成tp=0.7R2C当C放电结束时，T截止，VCC将通过RI、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=（R+R2）C1n2,可近似看成tpH=0.7（R1+R2）C而当VC上升到（2/3）Va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（tP1+tra）,可近似看成f=143（R+R2）C1.4.2 QM-N5气敏传感器气体与人类的日常生活密切有关，对气体的检测已经是保护与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、

12、烯类气体、汽油、煤油、乙快、氨气、烟雾等的检测，属于N型半导体元件。灵敏度较高，稳固性较好，响应与恢复时间短，市场上应用广泛。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22V,响应时间W1OS,恢复时间W30S,最佳工作条件加热电压5V、测量回路电压10V、负载电阻R1为2K,同意工作条件加热电压4.55.5V、测量回路电压515V、负载电阻0.51.4.3 继电器继电器是一种电子操纵器件，它具有操纵系统（又称输入回路）与被操纵系统（又称输出回路），通常应用于自动操纵电路中，它实际上是用较小的电流去操纵较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保

13、护、转换电路等作用。电磁继电器的工作原理与特性电磁式继电器通常由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等构成的。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与静触点（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先的位置，使动触点与原先的静触点（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。关于继电器的“常开、常闭”触点，能够这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称之“常开触点”；处于接通状态的静触点称之“常闭触点”。选用继电器

14、时，通常操纵电路的电源电压可作为选用的根据。操纵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固的。查阅有关资料确定使用条件后，可查找有关资料，找出需要的继电器的型号与规格号。若手头已有继电器，可根据资料核对是否能够利用。最后考虑尺寸是否合适。若是用于通常用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器要紧考虑电路板安装布局。关于小型电器，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,50hzV1一个变压器TRAN-2P2STR1一个电桥电路DF02MBR1一个风扇无无一个555芯片NE555U1一个报警灯1ED-REDD6一个报警喇叭Speaker1S1一个继电器无无一个电压比较器COMPIU2一个稳压管BZX85C12RD1一个气敏传感器QM-N5无一个三极管2N3019Q2一个二极管UF5404D2个滑动变阻器IOKRV1,RV2两个电解电容500ufC1,C2两个电容33ufC3一个电容0.O1ufC4一个电阻240R1一个电阻