尋光機器人畢業(yè)論文基礎工程設計說明書

1、基礎工程設計說明書題 目：尋光機器人通過課設，加深對電路分析基礎、模擬電子技術、數(shù)字電子技術等課程知 識的理解，進一步訓練和提高工程實際應用能力，能夠綜合運用基礎課程所學的知識， 設計并制作出實際應用電路或系統(tǒng)用555定時器設計電路,555定時器的2、6管腳連接到一起，構成一個施密特觸發(fā) 器。左右兩邊的光強差使兩個光敏電阻的阻值發(fā)生變化，對電源分壓，A點的電壓作為施密特觸發(fā)器的觸發(fā)信號，使3管腳的輸出信號產(chǎn)生翻轉，驅動兩個電機本次制作，讓我把課堂上所學的知識運用到實際應用中，從一個新的角度來思考所 學知識，體會到考試和動手操作是完全不同的，只要能夠把所學的知識運用到實際中， 才算真正理解，這些

2、知識才算真正屬于自己的。在查找資料的過程中，了解到555定時器的廣泛應用，不僅可以用來制作定時器，報警器，還可以制作控制電路，比如：水位 控制器，智能溫室系統(tǒng)等等。所以，在以后的電子制作中，要拓展思路，不要只局限于 單片機。關鍵詞：尋光機器人；555定時器；施密特觸發(fā)器；3333444444445677799910 錯誤!未定義書簽。12錯誤!未定義書簽。212引言1.設計目的.1.1機器人的定義1.2設計目的.2.設計要求.2.1功能要求.2.2器件要求.3.設計方案3.1設計原理.3.1.1 光敏電阻的特性 3.1.2 電機的特性 定時器的功能 3.2題目分析3.3 方案一3.3.1 工作

3、原理3.3.2 調試3.4方案二工作原理4. 方案對比5. 結論謝辭 參考文獻附錄PCB 圖元器件清單引言湯問篇記載說：“周穆王西巡狩，越昆侖，【不】至山。反還，未及中國，道有 獻工名偃師。穆王薦之，問曰：若有何能？偃師曰：臣唯命所試。然臣己有所造， 愿王先觀之。穆王曰：日以俱來，吾與若俱觀之。越日偃師謁見王。王薦之，曰：若與偕來者何人邪？對曰：臣之所造能倡者。穆王驚視之，趨步俯仰，信人也。” 這記載的是匠人偃師為周穆王制造的機器人。距今已有3000多年，是有文獻記載的最早的機器人。現(xiàn)代第一臺可編程機器人是1954年由美國人喬治德沃爾制造出來的，這種機器人 能按照不同的程序從事不同的工作，具有

4、一定的通用性和靈活性。20世紀以來，機器人技術得到迅速發(fā)展，水下機器人、空間機器人、空中機器人、 地面機器人、微小型機器人等各種用途的機器人相繼問世，在各行各業(yè)得到廣泛應用， 現(xiàn)如今，機器人已經(jīng)發(fā)展成為一門集機械學、電子學、計算機、自動控制、人工智能、 仿生學等多個學科與一體的綜合學科。未來的機器人將向著智能化發(fā)展。當今世界，機器人研究水平最高的當屬美國和日本。 隨著機器人在各行各業(yè)的運用， 特別是工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應用越來越廣泛，研究出最新型，功能最強大的的機器人對 于提高國家的綜合實力就顯得越來越重要了。制作機器人是很多電子愛好者都做過的， 本次課設，要求設計制作一個尋光機器人。 這個要求

5、很簡單，原理也很清楚，很多芯片都可以做到，比如：單片機。這應該是初學 者首先想到的，但是，用單片機制作，不僅成本高，還需要編程。本次課設，選用的是 555定時器制作尋光機器人，成本低，制作簡便。1、設計目的1.1機器人的定義廣泛的定義，機器人就是在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)和科研領域中，能代替人工作 的機械裝置。雖然現(xiàn)在機器人的應用非常廣泛，但是，不同國家，不同領域的學者 給出的定義并不一樣。最多人認可的是美國機器人協(xié)會給出的定義：機器人是一種 用于移動各種材料、零件、工具或者專用裝置，通過可編程程序動作來執(zhí)行各種任 務并具有編程能力的多功能機械手。1.2設計目的通過課設，加深對電路分析基礎、模擬電子

6、技術、數(shù)字電子技術等課程知 識的理解，進一步訓練和提高工程實際應用能力，能夠綜合運用基礎課程所學的知識， 設計并制作出實際應用電路或系統(tǒng)。在畫原理圖、PCB的時候，把CAD課程中所學到的知識運用到實際操作中，加深對 DXP的理解與記憶；在制作電路板的過程中，懂得板子的制作流程；在查找資料以及設 計制作尋光機器人和調試的過程中，加深對 555定時器的功能的理解，掌握直流電機的 運動控制原理，掌握光敏電阻的應用，并對現(xiàn)代機器人有一定的了解與認識。2、設計要求2.1功能要求NE555工作在雙穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，構成施密特觸發(fā)器模式。光敏電阻用來檢測機器人前方 的環(huán)境光。機器人的左眼與右減速電機、右眼與左減速電

7、機，是彼此協(xié)同工作的，根據(jù) 雙眼檢測到的環(huán)境光線的差異，由 NE555驅動兩只電機做差速運轉，驅動小車向著光線 的方向前進。2.2器件要求一片NE555兩個光敏電阻、2個減速電動機、其他分立元件。3、設計方案3.1設計原理光敏電阻的特性光敏電阻器是一種對光敏感的元件，它的電阻值能隨著外界光照強弱（明暗）變化 而變化。 光敏電阻器按其光譜特性可分為可見光光敏電阻器、紫外光光敏電阻器和紅 外光光敏電阻器。此方案用的是可見光光敏電阻。當光敏電阻遇光時，電阻發(fā)生了改變。粗略地測試 了常光和黑暗中的電阻，由于不同的地方光強略有差異，所以只給出大概的圍，如表3-1 所示：表3-1光敏電阻特性圖光照電阻常光

8、幾十K（ 32K）黑暗20 多 M (23M電機的特性電機泛指能使機械能轉化為電能、電能轉化為機械能的一切機器。特指發(fā)電機、電 能機、電動機。是指依據(jù)電磁感應定律實現(xiàn)電能的轉換或傳遞的一種電磁裝置。電動機 俗稱馬達。按照使用電能的種類，可分為直流電機和交流電機。此方案用的是直流電機。加在直流電機兩端的電壓方向不同，電機的轉向會不同； 加在直流電機兩端的電壓大小不同，電機的轉速會不同。555定時器的功能555時基電路誕生于20世紀70年代初，最初它僅僅是為制作電子定時器電路而設 計制作的，隨著在實踐中的應用，人們發(fā)現(xiàn)它不僅僅只限于用了制作定時器，還有著更 為廣泛的用途。例如：可以組成振蕩器產(chǎn)生的

9、矩形波脈沖可以作為計數(shù)器電路和程序控 制電路的時鐘脈沖；可以產(chǎn)生音頻脈沖，通過發(fā)聲元器件輸出音響信號；可以組成雙穩(wěn) 態(tài)觸發(fā)器，用了制作控制電路的開關；可以組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用了定時、延時、或脈沖整形；可以組成施密特觸發(fā)器，應用到控制電路中。由于555定時器工作性能穩(wěn)定,價格便宜，由555定時器組成的這些基本電路已經(jīng)廣泛運用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、家用電器、 科研、通信、儀器儀表、兒童玩具等方面。555定時器的管腳圖和部結構圖如圖 3-1,圖3-2所示：TWtKiEJifT txrrpuifTWtSltT3 Vn- TJdischargf-TicoirntaL圖3-1 555定時器管腳圖圖3-2 555定

10、時器部結構圖555定時器組成的基本電路多諧振蕩器：多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號， 便能自動地產(chǎn)生矩形脈沖。用555定時器組成的多諧振蕩器的電路特點是：引腳 2、 6接在一起，通過連接一個電容接地，輸出端 3通過一個電阻與2、6接到一起。 單穩(wěn)態(tài)電路：單穩(wěn)態(tài)電路，就是說該電路只有一個穩(wěn)定狀態(tài)，另一個狀態(tài)為不穩(wěn)定 狀態(tài)或者暫穩(wěn)定狀態(tài)，這種電路在平時處于穩(wěn)定狀態(tài)，當需要時，用一個觸發(fā)信號區(qū)觸發(fā)它，使它翻轉進入暫穩(wěn)狀態(tài)，經(jīng)過一段時間后電路又自動恢復到穩(wěn)態(tài)。555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)電路特點是：將一個具有一定時間常數(shù)的 RC電路接到555電路 的2、6管腳，RC電路的一端接

11、工作電源，另一端接地，將觸發(fā)信號接到2、6管腳。 雙穩(wěn)態(tài)電路：雙穩(wěn)態(tài)電路就是當對電路加入一個觸發(fā)信號后，觸發(fā)器的輸出電平就 會發(fā)生翻轉。即電路如果原來的輸出電平為高電平，當電路被觸發(fā)翻轉后，輸出低電平，如果不加觸發(fā)信號，則電路的輸出狀態(tài)會一直保持不變。用555定時器組成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點：引腳2、6作為觸發(fā)信號的輸入端，2端口要用低電平觸發(fā)，6腳要用高電平觸發(fā)。施密特觸發(fā)器：把用555定時器組成的雙穩(wěn)態(tài)電路的兩個觸發(fā)信號輸入端連接在一 起，就構成了施密特觸發(fā)器，嚴格上說，施密特觸發(fā)器也是雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的一種。 但是施密特觸發(fā)器的特殊之處在于，電路被觸發(fā)信號觸發(fā)發(fā)生翻轉后，這個觸發(fā)信 號不能被撤

12、除，否側，觸發(fā)器會立即恢復到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。所以說，施密特觸發(fā) 器是靠觸發(fā)信號電壓來維持的，這有點像單穩(wěn)態(tài)電路，但又不是單穩(wěn)態(tài)電路。3.2題目分析尋光機器人的關鍵地方，在于能讓電機做差速運動，電機的差速運動，則由光敏電 阻檢測到光強差控制，如圖3-3所示機器人的兩只眼睛，用光敏電阻代替，當兩只眼睛，即光敏電阻檢測到左右兩邊的 光強差時，控制兩個電機做差速運動。當左邊光照強時，左電機減速，機器人向左邊運動。當右邊光照強時，右電機減速，機器人向右邊運動。要控制電機做減速運動，就要控制電機兩端的電壓。額定電壓，電機兩端的電壓越 大，電機的轉速越大，且加在電機兩端的電壓方向不同，轉向也會不同。3.3方

13、案一：如圖3-4所示555定時器的2、6管腳連接到一起，構成一個施密特觸發(fā)器。左右兩邊的光強差使 兩個光敏電阻的阻值發(fā)生變化，對電源分壓，A點的電壓作為施密特觸發(fā)器的觸發(fā)信號， 使3管腳的輸出信號產(chǎn)生翻轉，驅動兩個電機。vcc左電刊I右電朮I(UTVCCTHRbOLTISCTRIGGNDOUTPlPZVCC11 亍左眼右眼GKD圖3-4原理圖根據(jù)仿真結果，得出：A點的電壓和B點電壓的關系如表3-2所示:表3-2輸入電壓UA輸出電壓UB0 =UA 2/3VCCVCC2/3VCC =UA= VCC0工作原理當兩邊的光照強度一樣時，左右眼的光敏電阻的阻值一樣，A點的電壓等于二分之一 VCC即小于三分

14、之二VCC所以B點的電壓等于VCC此時，左電機向前轉動， 右電機幾乎不動，機器人在向右轉圈。當右邊的光照強于左邊時，右眼的光敏電阻的阻值遠遠小于左眼， A點的電壓近乎 等于0,即小于三分之二VCC所以B點電壓等于VCC此時右電機幾乎不動，左電 機向前轉，機器人向右轉。當左邊的光照強于右邊時，左眼的光敏電阻的阻值遠遠小于右眼， A點的電壓近乎 等于VCC即大于三分之二VCC所以B點的電壓等于0,此時左電機幾乎不動，右 電機向前轉，機器人向左轉。圖3-5實物圖3.4方案二：如圖3-6所示圖3-6方案二是由方案一稍微修改得出的，通過光強差，改變光敏電阻 R1, R2的阻值, 從而改變A點的電壓。用兩

15、個與非門的輸入端并接連成兩個非門。用仿真軟件觀察知道, 光照照右眼，B點輸出高電平，C點輸出低電平，所以此時左電機轉動，右電機減速。圖3-7圖3-8通過仿真，見圖3-7圖3-8，知道，當D點的電壓，即與非門的輸入小于或等于2.5V 時，在數(shù)字電子技術中等同于低電平“ 0”當與非門的輸入大于2.5V時，等同于高電 平“ 1”。工作原理如圖3-6所示。當光敏電阻有光強差時，兩個電阻的阻值發(fā)生變化，所以A點的電阻也發(fā)生了變化。當左眼光照強時，A點的電壓大于2.5V，相當于高電平“1”，經(jīng)過一次“非”，B點 為低電平“ 0”再經(jīng)過一次“非”，C點為高電平“ 1”所以此時左電機不轉，右電機向前轉，機器人

16、向左轉。當右眼光照強時，A點的電壓小于2.5V，相當于低電平“ 0”經(jīng)過一次“非” ,B點 為高電平“ 1”再經(jīng)過一次“非”，C點為低電平“ 0”所以此時右電機不轉，左電 機向前轉，機器人向右轉。兩邊光照一樣時，A點等于2.5V，相當于低電平“ 0”經(jīng)過一次“非”，B點為高電 平“1”再經(jīng)過一次“非”，C點為低電平“ 0”所以此時右電機不轉，左電機向前 轉，機器人向右轉。4、方案對比雖然兩個方案都能實現(xiàn)尋光的指標，但是最后綜合考慮，還是方案一好。因為：方案一成本低：555定時器比74LS00與非門便宜74LS00與非門的輸入大于2.5V，即相當于高電平“1”所以為了易于控制，機器人 的驅動電壓

17、VCC應該在5V左右比較好，但是這個電壓對于電機的驅動電壓來說， 比 較小。5、調試把實際電路圖做好后，安裝小車調試。發(fā)現(xiàn)機器人在實際運動中，對光還是比較敏 感的，能夠分辨出左右兩邊的光強差，從而做出預期的運動，基本實現(xiàn)了要求。但是機 器人兩邊的光強差必須要比較明顯才可以。在原本設計中，是打算用 6V的直流電源驅動機器人的，但在實際試驗中發(fā)現(xiàn)，用 6V直流電源驅動的機器人行動緩慢，并且時不時有卡頓的現(xiàn)在，通過在直流電機兩側加 6V直流電源，在電機轉動后，逐步加大電機兩端的電壓，發(fā)現(xiàn)轉速明顯變快。而后，在 555定時器的4、8管腳加上6V電壓，并逐步加大電壓，發(fā)現(xiàn)加到 8V多的時候，555定 時

18、器會出現(xiàn)明顯發(fā)熱的現(xiàn)象，所以綜合考慮，打算用7.5V電壓，即5節(jié)干電池驅動機器人。在隨后的試驗中發(fā)現(xiàn)，雖然用 7.5V電壓驅動機器人，可以保證機器人能夠正常行 動，而且不再出現(xiàn)卡頓情況，并且 555定時器也能正常工作，但是機器人的速度增加， 導致尋光的靈敏度下降，機器人可以很靈敏地左轉 ，但是當光照在右邊時，右轉很困難。 所以，為了很好地達到尋光的目的，最后依然采用的是6V電壓驅動機器人。在最后的調試中，把機器人輪子仔細調整，減少摩擦的地方，也解決了機器人出現(xiàn)卡頓的問題。5、結論本次制作，讓我把課堂上所學的知識運用到實際應用中，從一個新的角度來思考所 學知識，體會到考試和動手操作是完全不同的，

19、只要能夠把所學的知識運用到實際中， 才算真正理解，這些知識才算真正屬于自己的。在查找資料的過程中，了解到555定時器的廣泛應用，不僅可以用來制作定時器，報警器，還可以制作控制電路，比如：水位 控制器，智能溫室系統(tǒng)等等。所以，在以后的電子制作中，要拓展思路，不要只局限于 單片機。謝辭經(jīng)過一周多的努力，成功地完成了課設。在此，感謝黎蓮花老師的指導，感謝科協(xié) 幫忙打印PCB的同學，感謝身邊同學的建議和幫忙，因為有你們，這次課設才得以更加 順利的完成了。參考文獻1機器人的發(fā)展百度文庫2最早的機器人光明日報:2008年1月28日3光敏電阻器參數(shù)及分類電子發(fā)燒友4閻石.數(shù)字電子技術基礎第五版高等教育肖景和

20、.555集成電路應用精粹.人民郵電PCB圖元器件數(shù)量NE555P1個芯片底座DIP81個光敏電阻2個排針1排1.5V干電池4節(jié)小車輪子2個萬向輪1個杜邦線10根小車模型1臺元器件清單畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明 原創(chuàng)性聲明業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝 的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含 我為獲得及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明 并表示了謝意。作書一簽 名：一 日 期： 指導教師簽名： 日 期：使用授權說明本人完全了解大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學 校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽 服務；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不 以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉咳?。作者簽名： 日 期：學位論文原創(chuàng)性聲明本人重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取 得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的容外，本論文不包含任何其 他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的 個人和集體，均已在文中以明