畢業(yè)設計機器貓

機器貓的設計與制作機器貓可以是高級整合控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學的產物?，F(xiàn)在市面上有著令人眼花繚亂的玩具，而電動車、電動貓等電動玩具，不僅價格便宜，而且趣味性強和能動性好，深受廣大家長和兒童們的歡迎。進一步調查可以發(fā)現(xiàn)，簡單的電池驅動玩具的價格遠低于有一定的智能型的玩具，而將簡單的電池驅動玩具“升級”為智能玩具的硬件成本很低，將普通的電動玩具升級成智能化玩具是極具市場價值的工作。本文選取了一種簡易的電池驅動玩具機器貓并將其改裝成能進行一定智能控制的玩具。實踐表明改裝方案可行，極大的提高了玩具的趣味性。 關鍵詞：機器人 傳感器 信號處理 電機驅動 目錄1 引言2 關于機器人2.1 機器人的發(fā)展史2.2 現(xiàn)階段發(fā)展狀況3 機器貓的實現(xiàn)3.1 電路的組成和各部分的作用3.2機器貓結構框圖：3.3機器貓的原理設計圖3.4電路的組成.各部分的過程 PCB板3.4.1、直流穩(wěn)壓電源的設計3.4.2、連續(xù)脈沖發(fā)生電路3.4.3、開關電路及階梯波形成級電路設計3.4.4、運算放大器LM324應用3.4.5 PCB制作步驟及方式4 機器貓的裝配與調試5 設計中遇到的問題及解決辦法6 完成本電路所具備的能力7 展望結論致謝參獻文稿1 引言實際上，機器貓是自動執(zhí)行工作的機器裝置。機器貓的制作以及其工作原理都與所見的機器人是一樣的，機器人可接受人類的指揮，可以執(zhí)行先編排的程序，也可以根據以人工智能技術制定的原則綱領運動。本次介紹的機器貓也包含了這么多的優(yōu)點，并能夠通過光、聲、磁控等的工作原理制作出完美的機器貓。2 關于機器人2.1 機器人的發(fā)展史機器人（Robot）是自動執(zhí)行工作的機器裝置。機器人可接受人類指揮，執(zhí)行預先編排的程序，根據人工智能技術制定的原則綱領行動。它取代或協(xié)助人類工作的工作，例如制造業(yè)、建筑業(yè)等工作。機器人能力的評價標準包括：智能，指感覺和感知，包括記憶、運算、比較、鑒別、判斷、決策、學習和邏輯推理等；機能，指變通性、通用性或空間占有性等；物理能，指力、速度、連續(xù)運行能力、可靠性、聯(lián)用性、壽命等。因此，可以說機器人是具有生物功能的空間三維坐標機器。2.2 現(xiàn)階段的發(fā)展狀況目前在工業(yè)、醫(yī)學甚至軍事等領域中均有重要用途?，F(xiàn)在，國際上對機器人的概念已經逐漸趨近一致。一般說來，人們都可以接受這種說法，即機器人是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。聯(lián)合國標準化組織采納了美國機器人協(xié)會給機器人下的定義：“一種可編程和多功能的，用來搬運材料、零件、工具的操作機；或是為了執(zhí)行不同的任務而具有可改變和可編程動作的專門系統(tǒng)?！?機器人能力的評價標準包括：智能，指感覺和感知，包括記憶、運算、比較、鑒別、判斷、決策、學習和邏輯推理等；機能，指變通性、通用性或空間占有性等；物理能，指力、速度、連續(xù)運行能力、可靠性、聯(lián)用性、壽命等。因此，可以說機器人是具有生物功能的空間三維坐標機器。1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷爾恰佩克在他的科幻小說羅薩姆的機器人萬能公司中，根據Robota(捷克文，原意為“勞役、苦工”)和Robotnik(波蘭文，原意為“工人”)，創(chuàng)造出“機器人”這個詞。3 機器貓的實現(xiàn)3.1 電路組成和部分作用該裝置主要由聲控檢測電路、光控檢測電路、磁控檢測電路、觸發(fā)電路、單穩(wěn)態(tài)電路、開關組成。聲敏元件麥克風V1與電阻R1、R2，組成聲敏取樣電路，主要是將聲信號轉變?yōu)殡娦盘?，為單穩(wěn)態(tài)電路提供觸發(fā)信號。光敏三極管、干簧管可以將光信號、磁場信號轉變?yōu)殡娦盘?，為單穩(wěn)態(tài)電路提供觸發(fā)信號3.2 機器貓結構框圖：生敏傳感器放大單穩(wěn)功放磁敏傳感器紅外線接受管電機3.3 機器貓原理設計圖 3.4 電路的組成.各部分的過程 PCB板設計階梯波發(fā)生電路，通過電路產生階梯波簡易數模轉換（D/A）主要由直流電源模塊、連續(xù)脈沖信號發(fā)生模塊、階梯波形成級模塊和階梯波放大級模塊等組成。下圖為模塊示意圖： 階梯波放大器電路階梯波形成級電路脈沖發(fā)生器電路直流穩(wěn)壓電源開關電路3.4.1、直流穩(wěn)壓電源的設計直流穩(wěn)壓電源電路圖：用三端集成穩(wěn)壓源7809。W7809典型穩(wěn)壓值輸出電流典型值為（最小值），最小管壓降，時的最大允許功耗。最大輸入電壓，內部設有熱過載和過流短路保護電路，工作結溫范圍。存儲溫度范圍。極性電容起到濾波的作用。本次實驗中直接采用直流電池直接供電，；利用9V電池將其轉化為5V的直流電壓，為芯片供電。 3.4.2、連續(xù)脈沖發(fā)生電路（1）利用555定時器構成多諧振蕩器充電時間:放電時間：故電路的振蕩周期：振蕩頻率：輸出脈沖占空比：占空比可調的多諧振蕩器此電路的振蕩頻率為0.01Hz500kHz實驗要求輸出頻率為1k500kHz只需讓調節(jié)滑動變阻器可實現(xiàn)占空比的變化3.4.3、開關電路及階梯波形成級電路設計開關電路由計數器電路及模擬選通開關實現(xiàn)其功能，通過計數器控制模擬選通開關的工作狀態(tài)，來實現(xiàn)開關電路功能。階梯波形成級電路由權電阻網絡或倒T型網絡電阻構成，通過運算放大器實現(xiàn)功能。（一）計數器電路設計獲得N進制的計數器常用的方法有兩種：一是用時鐘觸發(fā)器和門電路進行設計；二是用集成計數器構成。本實驗中利用集成計數器實現(xiàn)：1.的情況在M進制計數器的順序技術過程中，若使之跳過個狀態(tài)，就可實現(xiàn)N進制計數器?？捎脙煞N方法實現(xiàn)：（1）置零法置零法適用于有異步置零輸入端計數器。工作原理：當原有計數器全0狀態(tài)開始計數并接收了N個計數脈沖以后，電路進入狀態(tài)。如果將譯碼產生一個置零信號加到計數器的異步置零輸入端，則計數器將立刻返回狀態(tài)，這樣就可以跳到個狀態(tài)而得到N進制計數器。由于電路一進入狀態(tài)后立即又被置成狀態(tài)，所以狀態(tài)僅在極短的瞬時出現(xiàn)，在穩(wěn)定的狀態(tài)循環(huán)中不包括狀態(tài)。（2）置數法置數法適用于有預置數功能的計數器。置數法通過計數器重新置入某個數值來跳過個狀態(tài)，從而獲得N進制計數器。對于同步預置數的計數器，在其計數過程中，可將它輸出的任何一個狀態(tài)譯碼，產生一個預置數控制信號反饋至預置數控制端，在下一個CP作用后，計數器就會把預置數輸入端的狀態(tài)置入輸入端。預置數控制信號消失后，計數器就從被置入的狀態(tài)開始重新計數，即LD=0的信號應從狀態(tài)譯出待下一個CP信號到來時，才將置入的數據置入計數器中，穩(wěn)定的狀態(tài)循環(huán)中包括狀態(tài)。對于異步置數的計數器，只要=0信號一出現(xiàn)，立即會將數據置入計數器中，而不受CP信號的控制，因此LD=0信號應從狀態(tài)譯出。狀態(tài)只在極短的瞬間出現(xiàn)，穩(wěn)定的狀態(tài)循環(huán)不包括這個狀態(tài)。置數法按具體方法可分為三種：置全零法：將初值設為全零置最大數發(fā)： 將初值設為置最小數法：將初值設為2. 用多片M進制集成計數器組合起來。一是將N分解成為分別對n個計數器利用置零法和置數法進行設計，再將這n個計數器級聯(lián)起來，級聯(lián)方法可分為串聯(lián)型及并聯(lián)型。二是先將n個計數器形成一個的計數器，在對這n個計數器進行整體置零或整體置數。（二）數/模轉換電路設計數/模轉換電路是將數字量轉化為模擬量的裝置，轉換方式分為并行轉換方式及串行轉換方式，常用的為并行轉換方式。并行轉換是將轉換的各位數字代碼同時送到轉換器相應的輸入端，轉換時間只取決于轉換器中電流或電壓建立的時間以及求和時間，所以轉換速度快，用得最多。數/模轉換器的輸入輸出可用下式表示：式中：模擬輸出電壓（或電流） 基準電壓 輸入的數字量，若D是二進制整數，可用下式表示：（1）權電阻網絡D/A轉換器由下圖可知，權電阻網絡D/A轉換器實際上是一個輸入信號受電子開關控制的反向比例加法器。根據比例加法器輸入信號和輸出信號的關系式可得：（2）倒T型電阻網絡D/A轉化器倒T型電阻網絡只有R和2R兩種組織（其中豎向電阻的阻值為2R橫向電阻的阻值為R），此電路解決了權電阻電路阻值相差太大的缺點。3.4.4、運算放大器LM324應用LM324是四運算集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝。它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運放可用右圖表示。五、多路模擬選通開關 CMOS多路模擬開關電路是由地址譯碼器和多路雙向模擬開關組成，可以通過外部地址輸入，經電路內部的地址譯碼器譯碼后，接通與地址碼相對應的其中的一個開關。它允許從n線到1線的傳送或1線到n線的信號分離，以及允許信號的并一串轉換。CD4053是一組二路模擬開關。3.4.5 PCB制作步驟（1） 根據要求畫出電路圖?？傠娐穲D:各模塊電路圖電源部分及脈沖產生電路圖：權電阻電路圖：（2） 檢查電路連接是否有錯（3）建立PCB板，要求板寬40英寸，板高30英寸，導入原理圖。（4）按輸入到輸出的順序擺放器件。（5）對PCB板進行布線，要求特殊線路（如GND、VCC）線寬60mil。4 機器貓的組裝與仿真4.1實驗目的通過制作機器貓完成從仿真到安裝實踐的全程訓練過程。完成從電路原理仿真驗證，到元器件檢測、焊接、安裝、測試產品的全過程，達到工程實踐能力的目的。4.2實驗步驟實驗板焊接：按焊接板所標注的位置，將元器件全部臥式焊接（參見下圖）。 8mm （a）三極管 （b）電解電容 （c）二極管、電阻焊接技術要求1焊接表面必須保持清潔，可用松香作為助焊劑。2焊接時溫度、時間要適當（不應超過3秒鐘），加熱均勻3焊點要有足夠的機械強度4焊接必須可靠，保證導電性能質量好的焊點應該是：焊點光亮、平滑；焊料層均勻薄潤，且與焊盤大小比例合適，結合處的輪廓隱約可見；焊料充足，成裙形散開；無裂紋、針孔、無焊劑殘留物。如圖所示為典型焊點的外觀，其中“裙”狀的高度大約是焊盤半徑的1I.2倍。4.3整機裝配與調試：注意：裝線時應拆開機殼，避免燙傷自己及機殼。電機不可拆！連線步驟：電 動 機J1J6無需過長，適度長度即可。名 稱代表字符名 稱代表字符名 稱代表字符電動機M麥克風（聲控）S紅外接收（光控）I電 源V干簧管（磁控）R電動機：打開機殼，電動機（黑色）已固定在機殼底部。電動機負極與電池負極有一根連線，改裝電路，將連在電池負極的一端焊下來，改接至線路板的“電動機”（M），由電動機正端引一根線J1到印制板上的“電動機”（M）。音樂芯片連接在電池負極的那一端改接至電動機的負極，使其在貓行走的時候才發(fā)出叫聲。電源：由電池負極引一根線J2到印制板上的“電源”（V）。“電源”（V）與“電機”（M）相連，不用單獨再接。磁控：由印制板上的“磁控、”（R、R）引兩根線J3、J4，分別搭焊在干簧管（磁敏傳感器）兩腿，放在貓后部，應貼緊機殼，便于控制。干簧管沒有極性。紅外接收管（白色）：由印制板上的“光控、”（I、I）引兩根線J5、J6搭焊到紅外接收管的兩個管腿上，其中一條管腿套上熱縮管，以免短路，導致打開開關后貓一直走個不停。紅外接收管放在貓眼睛的一側并固定住。應注意的是：紅外接收管的長腿應接在“I”上。聲控部分：屏蔽線兩頭脫線，一端分正負（中間為正，外圍為負）焊到印制板上的S、S；另一端分別貼焊在麥克風（聲敏傳感器）的兩個焊點上，但要注意極性，且麥克易損壞，焊接時間不要過長。焊接完后麥克安在貓前胸。通電前檢查元器件焊接及連線是否有誤，以免造成短路，燒毀電機發(fā)生危險。尤其注意在裝入電池前測量“電源”（V）?！半娫础遍g是否短路，并注意電池極性。靜態(tài)工作點參考值： 代號型號靜態(tài)參考電壓EBCQ190140V0.5V4VQ29014D0V0.6V3.6VQ390140V0.4V0.5VQ490140V0V4.5VQ58050D0V0V4.5VIC15551：0V 2：3.8V3：0V 4：4.5V5：3V6：0V7：0V 8：4.5V組裝：簡單測試完成后再組裝機殼，注意螺釘不宜擰得過緊，以免塑料外殼損壞。裝好后，分別進行聲控、光控、磁控測試，均有“走?！边^程即算合格。4.4實驗器件：（1）電阻R1 R10 1MR2 R3 150KR4 R5 R9 4K7R6 R7 10KR8 100（2）二極管二極管：IN4007穩(wěn)壓二極管（3）集成塊IC555（4）三極管 Q5 S8050 Q1、Q2、Q3、Q4 S901（5）電容 電解電容： C1 C3 1F光敏三極管 C4 C5 470F C6 220F 瓷介電容（6）光敏三極管（紅外接收管）由兩個PN結組成，它的發(fā)射極具有光敏特性。它的集電極則與普通晶體管一樣，可以獲得電流增益，但基極一般沒有引線。（7）干簧管（舌簧開關）干簧管傳感器由一對磁性材料制造的彈性舌簧組成，密封于玻璃管中，舌簧端面互疊留有一條細間隙,觸點鍍有一層貴金屬，使開關具有穩(wěn)定的特性和延長使用壽命。當恒磁鐵或線圈產生正負麥克風（8）麥克風（聲敏傳感器）將感應到的聲音或振動轉化為電信號，外圍負，用屏蔽線焊接。5 設計中遇到的問題及解決辦法只有通過查找資料請教老師，掌握充分的知識和足夠技能，對電路的原理才能有很好地了解。焊接電路板時可能遇到的問題如：出現(xiàn)虛焊，跨接導線時會出現(xiàn)的裸露現(xiàn)象導致短路，只有認真細心才能積極避免這種現(xiàn)象的產生。在仿真時，仿真軟件的選取往往與理想的狀態(tài)不是很符合，要會分析與轉化。在調試時可能會對于出現(xiàn)的現(xiàn)象不理解，要多請教老師與書本，才能變知識為自己所用。6 完成本電路所具備的能力通過本次設計，我們更進一步加強了自己對模擬電路和數字電路的理論知識的理解與應用，近距離接觸了以前自己從未感想過的機器人原理與實現(xiàn)方法。更進一步提高了自己一的動手能力，其中包括：合理排版布線、“快、準、好”的焊接技術。能清楚地了解電路的工作原理，對于電路中出現(xiàn)的問題能及時地發(fā)現(xiàn)并正確地解決。7 展望本次研究將電子技術與汽車機械相結合，成功構建出一個簡易機器人系統(tǒng)。該系統(tǒng)，能迅速檢測黑色跟隨黑色移動，具備前進、轉彎等基本陸地行動功能，設想此系統(tǒng)在汽車失控時方才啟動，同時將白色涂于人行道，黑色涂于汽車道上，即可使醉酒或汽車事故者避免對他人造成傷害。 慣