【2017年整理】光控电机正反转电路的设计.doc

光控电机正反转电路的设计 设计内容： （1）根据设计题目要求，查阅相关资料完成总体的模块化设计应用不同的模块组合要实现所需功能； （2）根据模块的不同功能及特性，依次分析组成每个模块所需的电路，完成单一模块内的电路设计； （3）按照功能将各模块组合起来，并加以整合，使其实现完整的电路功能，绘制电路原理图并进行电路仿真； （4）画出ＰＣＢ版图； （5）搭建硬件实现系统并进行测试，对整合后的电路进行调试，确保能够正常工作； （6）编写设计报告； 技术要求： （1）使用光敏电阻在有光和无光的情况下有很大区别，驱动电机工作，实现光控电机驱动电路。 （2）选择常用元器件、成本低、可靠性高、节能。 1. 方案论证与对比 1.1 方案一 光敏电阻在有光和无光情况下其阻抗有很大区别，随着光照的增强电阻减小。将光敏电阻接在控制晶体管的基极电路中，光的强弱不同晶体管基极电流不同。利用电阻和三极管组成两级放大电路，电流经过放大后就可以驱动电机。 1.2方案二 利用光电三极管将外界环境的明暗变化转换为逻辑量，将光信号转换为电信号。光照到光电三极管，三极管导通，输出的电压为低电平，当光没有照到光电三极管，三极管不导通，输出的电压为高电平。 这个时候通过555定时器组成施密特触发器对波形进行整形。555定时器是一种集模拟，数字于一体的中规模的集成电路，可用于信号的产生和信号的 产生和变换。 施密特触发器及微分电路得到脉冲信号，触发单稳态触发器，最后，利用功率驱动环节驱动直流电机的转动。 1.3方案对比与选择 方案一： 优点：① 元器件均为常用元器件。 ② PCB布线较为简单。 缺点：① 元器件较多。 方案二： 优点：① 结构简单，容易制作。 ② 元器件较少。 缺点：① 元器件中的芯片较贵。 ② 元器件较难获得。 经本组成员讨论后决定选用方案一实现设计要求。 2.电路设计 2.1电路原理图设计 2.2单元电路介绍 2.2.3 电机正反转电路 电机正反转电路由Q1、Q2、Q3、Q5、Q7、Q8、R4、R5、R6、R7 、D2、D3、D5、D6、M1组成。其中Q1、Q2、Q7、Q8为H桥电机驱动电路，如图5所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。 按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。因为在同一时刻定时器U1、U2只有一个输出高电平，假设U2的输出端3输出高电 平，则Q5导通，Q5导通使得Q2、Q7基极产生电流，Q2、Q7导通。此时电流的路径 由VCC至Q2至电机M至Q至地，电机正转。 同理，当U1输出高电平时，电机反转。这部分电路采用H桥的结构使电机的 工作电压更加稳定且使前后电路相互隔离。由于电机属于感性器件，因此加了四个续流二极管以保护电路。 图5 H桥电机驱动电路 2.2.4 保护电路 稳压电路的工作原理：稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变。这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变，表现出稳压特性，。因而广泛应用于稳压电源与限幅电路之中。稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。 （a） （b） 图6 稳压二极管工作特性及电路组成结构 斯密特触发器的输出电压大于VCC+0.7V时，则二极管正向导通，使斯密特触发器 电的最高输出电压不能大于VCC+0.7V，从而保护了单稳态触发器。 2.2.5 光控电路 光耦合器工作原理：用于传递模拟信号的光耦合器的发光器件为二极管、光接收器为光敏三极管。当有电流通过发光二极管时，便形成一个光源，该光源照射到光敏三极管表面上，使光敏三极管产生集电极电流，该电流的大小与光照的强弱，亦即流过二极管的正向电流的大小成正比。由于光耦合器的输入端和输出端之间通过光信号来传输，因而两部分之间在电气上完全隔离，没有电信号的反馈和干扰，故性能稳定，抗干扰能力强。