迎宾机器人--.doc

14

《电子技术》课程设计报告

课题：商店迎宾机器人电路

班级 电气1125班 学号 1121205501
学生姓名
专业 电 气 信 息 类
系别 电子与电气工程学院
指导老师 杨 玉 东

淮阴工学院
电子与电气工程学院
2014年5月
一． 设计目的：
a）培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。
b）学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。
c）进行基本技术技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。
d）培养学生的创新能力。
二． 设计要求：
1. 能判断顾客进门与出门，在有顾客进门时“欢迎光临”，出门时“谢谢光临”。
2. 能实时统计来访人数及当前店内人数，并用数码管显示出来。
3. 电路设计要求有抗干扰的措施。
4. 统计误差不超过一人。
5. 电路设计不能使用MCU，只能应用普通中小规模集成电路芯片。成本控制在20元内。

三.原理框图
. 检测A
检测B

判断单元
语音芯片
加减法计数单元
店内当前人数显示
加法计数单元
当前来访人数显示

四．原理图

图2机器人光电数字显示电路
原理：
（1）光电输人电路
该电路由红外发射管和光电三极管组成。在该电路中，红外发射管VD1是由9V直流电源通过R1的限流直接驱动的，这是因为在该电路中，发射管与接收管固定安置且距离较近。因此红外发射管既不需要通过脉冲驱动来提高发射功率和增大发射距离，又不需要通过改变频率来区分控制频道。这种电路结构既满足了电路工作的需要，又使电路结构变得简单。
（2）光电三极管接收电路
光电三极管3DU12将发射管发送来的红外光接收后转化为信号电压，并进行一级放大后输出。由光电三极管的特性可知，当它受光照射时，集电极输出为低电平；当光被阻挡时，集电极输出立即变为高电平，阻挡物过后输出又变为低电平。这就是说，当一个物体从光电三极管与红外发光管之间通过时，光电三极管的输出端会输出一个正向的脉冲电压，该脉冲的宽度与物体通过的速度有关。
（3）脉冲形成电路
该电路由两级电压比较器、光耦合器和晶体管开关电路等组成。电压比较器IC1A、IC1B由四电压比较器(LM339)组成，它的两个同相端作为比较基准端，并且被R3、R4分压后偏置于VDD/2，即4.5V，作为比较器的参考电压。
电压比较器在电路结构上相当于一个增益不可调的运算放大器，它有一个同相输人端（＋）、一个反相输入端（一）和一个输出端。如果以同相输入端作为比较基准端，则当反相输人端的电压小于基准端的参考电压时输出端为高电平，当反相输入端的电压大于参考电压时输出端为低电平。
在该电路中，光电三极管的输出端与第一电压比较器IC1A的反相输入端（一）相连，第一电压比较器的输出端与第二电压比较器的反相输入端（一）相连。平时，光电三极管受光的照射，输出端为低电平，这一低电平远小于参考电压（4.5V），所以IC1A输出高电平。这一高电平加至IC1B的反相端并且高于参考电压，使IC1B输出低电平。IC1B的输出端接光耦合器发光管的负极，使发光管发光，光耦合器4N35中的光电三极管导通，流过光电三极管的电流在R9上形成较高的电压降。这一电压经R9与R10分压后加至VT2的基极，使VT2导通，其集电极输出低电平。当接收光电管被物体遮挡后，它的输出端变为高电平，通过两级电压比较器及光耦合器的变换使VT2截止，它的输出端输出高电平。阻挡物移走过后，VT2又导通，其集电极又变为低电平。这样，每当光电三极管被物体阻挡一次，VT2的输出端就会形成一个由低变高、再由高变低的过程。当这个（由高变低的）过程发生后，开关管VTZ的集电极就会输出一个脉冲电压，这个脉冲的下降沿就可作为计数器的计数脉冲输入计数器的下降沿计数脉冲输人端。当物体从红外发射管与光电三极管之间一个个通过时，就会有一个个计数脉冲输人计数器，于是计数器就将通过的物体统计出来。

五． 元器件列表
材料表1.迎宾机器人电路
器件
数量
共阴数码管
4
CD4543译码驱动
4
CD4518十进制计数器
2
语音芯片（欢迎光临）
1
蜂鸣器
1
红外发光二极管SE303
1
光敏三极管3DU12
1
电压比较器LM393
1
光耦4N35或TIL117
1
小功率NPN三极管2SC218
1
万用板
1
电容（详见表2）
若干
电阻（详见表2）
若干
材料表2.电阻与电容
器件
规格
数量
器件
规格
数量
R1
2.4K
1
C1
220μ
1
R2
30K
1
C2
470μ
1
R3
62K
1
C3
100μ
1
R4
62K
1
C4
1μ
1
R5
1M
1

R6
10K
1

R7
3.9K
1

R8
10K
1

R9
30K
1

R10
10K
1

R11
4K
1

R12
30K
1

R13~26
1K
14

六. 单个元器件介绍

(1) CD4518同步加计数器
计数器IC3为双BCD同步加计数器（CD4518），该电路内包含两个结构相同的计数单元。每个计数单元有两个计数脉冲输人端：上升沿触发端CP和下降沿触发端。若用CP端触发，则将端接高电平；若用端触发，则将CP端接低电平。它有四个输出端，即Q1～Q4，输出为二一十进制码。另外，它还有一个清零端R，该端为高电平时计数器清零，各输出端为低电平。
在该电路中，CD4518中的第一计数器用于个位数计数，当计数脉冲从端不断输入时，它的输出端IQ1～IQ4就会依次输出从0000～1001的二进制码。这个二进制码通过译码器IC5的译码，就会在数码显示器上显示0～9的十个数字。CD4518中的第二计数器用于十位数计数，它的计数脉冲来自第一计数器的IQ4端的输出脉冲。当第一计数器计数至1001后，若再输入一个脉冲，则计数器便会复零，输出端变为0000，在IQ4由1变0的过程中会形成一个脉冲的下降沿。这个下降沿作为计数脉冲输人第二计数器的端，使十位数计1，这个1被认为是个位数的进位。

CD4518 引脚图

引脚功能：

引脚
符号
功能
1 9
CLOCK
时钟输入端
7 15
RESET
消除端
2 10
ENABLE
计数允许控制端
3 4 5 6
Q1A-Q4A
计数输出端
11 12 13 14
Q1B-Q4B
计数输出端
8
VSS
地
16
VDD
电源正

（2）数码译码器（CD4543）
它可将计数器输出的四位二进制码通过译码变为数字显示器的数码笔段，这些笔段分别与数字0～9的笔段相对应。
数码译码器（CD4543）是一只具有锁存功能的七段字形译码电路，它内部设有锁存单元，可以防止在计数过程中显示的数字发生翻动现象。该电路为十六脚扁平塑封结构，它有四个输人端（即A、B、C、D，用来输人由计数器输出的二进制码）、七个笔段输出端（即a～g，接数码显示管的笔段输人端）、一个锁存控制端LE（当LE＝1时，数据被送至出端；LE＝0时，数据被锁存）、一个消隐控制端BI（当BI＝1时，显示器消隐；BI＝0时，正常显示）和一个共阴共阳控制端DFI（当DFI＝1时可接共阳LED数码管；DFI＝0时接共阴数码管）。
在该电路中，LE＝1，接电源。DFI、BI接地，采用共阴数码显示管。

引脚功能：

引脚
符号
功能
1 9
CLOCK
时钟输入端
7 15
RESET
消除端
2 10
ENABLE
计数允许控制端
3 4 5 6
Q1A-Q4A
计数输出端
11 12 13 14
Q1B-Q4B
计数输出端
8
VSS
地
16
VDD
电源正

三、LM393
结构
LM393 是双电压比较器集成电路。
该电路的特点如下：
比较器数:2
工作温度范围:0°C -- +70°C
SVHC(高度关注物质):No SVHC (18-Jun-2010)

器件标号:393
通道数:2
逻辑功能号:393
工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源： 2～ 36V， 双电源：±1～±18V；
消耗电流小， ICC=0.8mA；
输入失调电压小， VIO=±2mV；
共模输入电压范围宽， VIC=0～VCC-1.5V；
输出与TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；
输出可以用开路集电极连接“或”门；
结构图
LM393内部采用双列直插8脚塑料封装（DIP8）和微形的双列8 脚塑料封装（SOP8）

应用说明
LM393是高增益,宽频带器件，像大多数比较器一样，如果输出端到输入端有寄生电容而产生耦合，则很容易产生振荡。这种现象仅仅出现在当比较器改变状态时，输出电压过渡的间隙，电源加旁路滤波并不能解决这个问题，标准PC板的设计对减小输入—输出寄生电容耦合是有助的。减小输入电阻至小于10K将减小反馈信号，而且增加甚至很小的正反馈量(滞回1.0~10mV)能导致快速转换,使得不可能产生由于寄生电容引起的振荡，除非利用滞后，否则直接插入IC(集成电路板integrated circuit，缩写：IC) 并在引脚上加上电阻将引起输入—输出在很短的转换周期内振荡，如果输入信号是脉冲波形，并且上升和下降时间相当快，则滞回将不需要。
比较器的所有没有用的引脚必须接地。
LM393偏置网络确立了其静态电流与电源电压范围 2.0~30V无关。
通常电源不需要加旁路电容。
差分输入电压可以大于Vcc并不损坏器件，保护部分必须能阻止输入电压向负端超过-0.3V。
LM393的输出部分是集电极开路，发射极接地的NPN输出晶体管，可以用多集电极输出提供或OR 。
主要功能
输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上，不受 Vcc端电压值的限制.此输出能作为一个简单的对地SPS开路(当不用负载电阻没被运用)，输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的β值所限制.当达到极限电流(16mA)时，输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升。输出饱和电压被输出晶体管大约60ohm 的γSAT限制。当负载电流很小时,输出晶体管的低失调电压(约1.0mV)允许 输出箝位在零电平。
四、光电耦合器
如图

光电耦合器（opticalcoupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器，由于它具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，输出和输入之间绝缘，单向传输信号等优点，在数字电路上获得广泛的应用。

七．设计总结
“迎宾机器人”是一个机电结合的制作。在现实当中，当客人来到门口时，会向客人热情的说一句“欢迎光临”，同时记下进入人数，同样当有客人从门口离去时，它向客人热情的道一句“谢谢光临!”同时记下输出人数。
大型展览馆迎宾机器人、科技馆导游机器人、博物馆导游机器人、旅游景点导游机器人，游乐场迎宾导游机器人.高校、研究所等进行网络控制机器人和服务机器人研究的单位。企业促销、产品展示、会展中心、大型商场、高级宾馆、银行、医院等服务行业的导游，导购，多媒体信息查询等特殊服务。.大型酒店、餐饮机构（菜单介绍、点菜餐位预定与管理）。迎宾机器人的商业应用

八.心得体会

这次我们在设计电路的时间，遇到了很多挫折。通过查阅书籍，还有网上一些资料，遇到很多知识都不理解，通过老师，才懂得一些，但是由于对这方面的了解还很不够。后来我和我的同伴决定设计数字电路，通过数字电路学到的知识还有自学的一些知识，做起来比较顺利。通过一段时间完成电路以后，给老师检查，老师给一些意见后经过改进，我们就开始焊接电路了。先列出原件清单，到电子城买齐原件开始焊接。焊接的时候，遇到很多困难，才发现都是对知识的掌握不够牢固的结果。连接电路时，需要很细心，因为电路中有很多电阻的连接，不然将不能正常计数。通过设计，焊接电路，还有多次的调试，让我都那些元器件有了多一些的了解，他们的功能和使用等。通过这次课程设计，把学到的东西真正运用到实践，对于电子仪器的运用也加深了不少，万用表、电源、脉冲输入、示波器等都能够正确的使用帮助检测电路。在这两周的课程设计中，让我深刻明白了自己对知识掌握的知识还是远远不够的，纸上得来终觉浅，得知此事要躬行，这是我在课程设计中懂得，不过幸亏有老师在旁边指导我们，给我们讲解，让我们理清了思路，才能完成课程设计。在此要谢谢老师对我们的指导，真挚的说一声：“老师，您辛苦了！”

九.参考文献

[1]. 杨元挺《电子技术技能训练》·电子工业出版社
[2]. 李萧 郭明琼《常用数字集成电路原理与应用》·人民邮电出版社
[3]. 余孟尝《数字电子技术基础简明教程》·高等教育出版社 
[4]. 李中发 《数字电子技术基础》·中国水利水电出版社
[5]. 曹国清 《数字电路与逻辑设计》·中国矿业大学出版社
[6]. 杨绪东 刘景行《实用电子电路精选》·化学工业出版社
[7]. 葛汝明. 电子线路实验与课程设计.山东大学出版社.
[8康华光，陈大钦.电子技术基础模拟部分（第五版）. 北京: 高等教育出 版社，2005年7月第五版].
[9].康华光，陈大钦.电子技术基础数字部分（第五版）. 北京: 高等教育 出版社，2005年7月第五版

14