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迎宾机器人设计

1引言

1.1设计目的

机器人可以干人不愿意干的事,把人从有毒的、有害的、高温的或危险的,这样的环境中解放出来,同时机器人可以干不好干的活,比方说在汽车生产线上我们看到工人天天拿着一百多公斤的焊钳,一天焊几千个点,就重复性的劳动,一方面他很累,但是产品的质量仍然很低;另一方面机器人干人干不了的活,这也是非常重要的机器人发展的一个理由,比方说人们对太空的认识,人上不去的时候,叫机器人上天,上月球,以及到海洋,进入到人体的小机器人,以及在微观环境下,对原子分子进行搬迁的机器人,都是人们不可达的工作。

机器人是一个具有有类人的功能,比如说作业功能;感知功能;行走功能;还能完成各种动作,还有一个特点是根据人的编程能自动的工作,这里一个显著的特点,就是可以编程,改变工作、动作、工作的对象和工作的一些要求。是人造的机器或机械电子装置,所以这种机器人仍然是个机器。但是目前还没有一个统一的有关机器人定义,一般来说认为机器人是计算机控制的可以编程的目前能够完成某种工作或可以移动的自动化机械,这是美国工程师协会定的一个定义,但日本和其他国家也对机器人有不同的看法,从完整的更为深远的机器人定义来看,应该更强调机器人智能,所以又提出来机器人的定义是能够感知环境,能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器。那么这给机器人提出来更高层次的要求,所以要求设计出机器人。

1.2设计背景

首先我介绍一下机器人产生的背景,机器人技术的发展,它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果,也同时,为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术,它的发展归功于在第二次世界大战中,各国加强了经济的投入,就加强了本国的经济的发展。

另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果,也是人类自身发展的必然结果,那么人类的发展随着人们这种社会发展的情况,人们越来越不断探讨自然过程中,在改造自然过程中,认识自然过程中,实现人们对不可达世界的认识和改造,这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。

“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在公共场所以智能机器人作为企业宣传和产品广告的载体,除了可以起到流动宣传车的作用外,最大的优势在于其与观众的互动性,观众可以通过语音对话等形式了解公司和产品的更多细节。这种方式可以大大提高民众的关注度,很容易引来媒体报道,达到花钱做媒体广告的同等效果。对于高新技术企业来说,机器人做宣传员,可以突显企业的高科技色彩,成为企业的形象代言人。这方面最成功的例子就是本田公司,该公司的asimo机器人可以说是风靡世界,为本田公司带来了非常不错的宣传效应。对于需要大客流量的机构,例如商场、科技馆,“聪明活泼”的智能机器人可以有效地聚集人气,对青少年群体尤其具有吸引力,就如同动物园里的大明星——熊猫一样,虽价值不菲,但绝对物有所值。

Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图,并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容,这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计,这也使其更适合电子学教育。通过Multisim 和虚拟仪器技术,PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真,能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim,您可以立即创建具有完整组件库的电路图,并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器,您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证,从而缩短建模循环。

2设计原理与思路

拿到题目,得到如下要求:

1.能判断顾客进门与出门,再有顾客进门时“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。

分析题目和要求,得到思路如下。整体功能的实现应需要三个模块来实现:判断电路模块、加法计数、加减计数模块(用以计算进门人数及店内的人数)及一个语音模块。

迎宾机器人设计是应用电子技术和计算机技术的综合设计,使用机器人时对机器人的功能有特定的要求,首先从机器人的功能上分析要求机器人能够在不用集成芯片的情况下实现计数功能并在数码管上显示出计数人数,然后还要在费用问题上进行分析比较尽可能降低设计成本。通过对题目要求的分析和各种芯片功能及费用的比较我们决定用74LS192、74LS161和7448芯片进行设计和电路连接。

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图1原理框图

3电路原件功能介绍

3.1电路元件介绍

74LS192D-----------------------------------2个

74LS161D-----------------------------------2个 7448N--------------------------------------4个 74LS04D------------------------------------1个 七段显示器---------------------------------4个 电阻(200)-------------------------------28个 电阻(1000)———————————————-3个 VCC---------------------------------------6个 开关---------------------------------------3个

3.2 74LS192功能

十进制可逆计数器74LS192引脚图管脚及功能表 74LS192D 是同步十进

制可逆计数器,它具有双时钟输入,并具有清除和置数等功能

U11

74LS192D

A 15

B 1

C 10

D 9UP 5QA 3QB 2QC 6QD 7DOWN

4

~LOAD 11~BO 13~CO

12

CLR 14图2逻辑符号

图中:~load 为置数端,UP 为加计数端,DOWN 为减计数端,~BO 为非同步进 位输出端, ~CO 为非同步借位输出端,A 、B 、C 、D 为计数器输入端, CLR 为清除端,QA 、QB 、QC 、QD 为数据输出端

3.3 74LS161功能

74LS161是常用的16进制可预置的同步加法计数器,他可以灵活的运用在各种数字电路,以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能

U6

74LS161D

QA 14QB 13QC 12QD 11RCO

15

A 3

B 4

C 5

D 6ENP 7ENT 10~LOAD 9~CLR 1CLK

2

图3

当清零端~CLR=“0”,计数器输出QD 、QC 、QB 、QA 立即为全“0”,这个时候为异步复位功能。当CLR=“1”且LOAD=“0”时,在ENP 信号上升沿作用后,74LS161输出端QD 、QC 、QB 、QA 的状态分别与并行数据输入端D 、C 、B 、A 的状态一样,为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CLK 脉冲上升沿作用后,计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO ,其逻辑关系是CO=

Q0·Q1·Q2·Q3·CET 。合理应用计数器的清零功能和置数功能,一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。

3.4 7448功能

U4

7448N

A 7

B 1

C 2

D 6OA 13OD 10O

E 9O

F 15OC 11OB 12OG

14

~LT 3~RBI 5~BI/RBO

4

图4

数字显示译码器是驱动显示器的核心部件,它可以将输入代码转换成相应的数字显示代码,并在数码管上显示出来。图4所示为七段显示译码器7448的引脚图,输入A 、B 、C 和 D 接收四位二进制码,输出OA ~OD 为高电平有效,可直接驱动共阴极显示器,三个辅助控制端 、 、 ,以增强器件的功能,扩大器件应用。

4 系统各模块电路设计

4.1 加减人数模板

加减人数模板是通过芯片74LS192D来实现的,该芯片和数字显示译码管7448N联接,通过开关来模拟人进出。

有人进店时,模板及时得到消息并完成判断,使显示数码管U12显示数字自动加1,显示进出人数。

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74LS192D

图5

4.2显示总人数模板

显示总人数模板是通过芯片74LS161D来实现的,该芯片和数字显示译码管7448N联接,通过开关来模拟人进入的总人数。

有人进店时,模板及时得到消息并完成判断,使显示数码管U5显示数字自动加1,显示总人数。

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图6

4.3控制开关模板

触动开关产生触发脉冲触发JK锁存器,是JK锁存器锁存,以实现判断(如图7)

有客人进入时,控制模板及时判断并把判断结果运输到其他模板。因此,控制模板是设计的基本部分

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图7

5电路仿真图

下图为调试开始时电路,按下置零开关后四个译码器均为零. 主要是J3控制,J3分别连接两片74LS192D的LOAD端和两片74LS160N的CLR端,在J3闭合时,通过74LS192D的LOAD端进行置数操作,使4SL192D输出低电平,通过7448N进行译码,使数码管显示0。同时J3作用在74LS160N的CLR端,进行清零操作,通过7448N进行译码,最后七段显示数码管U2、U5、U8、U12显示的数字都变为零。置零模块如图8

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图8

下图为有人进店时同时累加调试电路.开始有客人进入,首先检测模块成功检测出,J1触动。J1通过对74LS19274D的UP和LS160N的CLK的触发使其进行加法计数,然后计数单元控制显示单元的7448N,使7448N进行译码,使导致加减法计数模块和加法计数模块显示同时加一,经过电路,最后七段显示数码管U5、U12显示出的数字均为一,由此可以得知现在这一时刻店中一共有一人和共有一人进入店中的准确讯息。

每个人进入都会产生相同的过程,最后进入店内总人数通过七段显示管U5、U8显示在工作人员面前,其中U8表示十位数,U5表示个位数,U5与U8结合显示准确实时的总人数。

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图9

下图为有人退出店后电路。

当有客人从店中出来的情况发生时,通过检测,检测成功后触动开关J2。J2通过对74LS19274D的DOWM的触发使其进行减法计数,经过电路,然后计数单元控制显示单元的7448N进行译码,导致加减法计数模块减一,但加法技术模块无变动,最后七段显示数码管U5、U12显示出的数字不同,并展现在大家面前若承接上图,可以得知现在这一时刻店中已经没有人和共有一人进入店中的准确讯息。

有一个人进入都会产生相同的过程,最后进入店内总人数通过七段显示管U5、U8显示,而店内总人数通过U2、U12展现在工作人员面前,其中U2表示十位数,U12表示个位数,U2与U12结合显示准确实时的总人数。

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图10

6总结

通过这课设,我有如下几点心得:

首先,我进一步熟悉数字电路的知识,并将其应用于实际,并且掌握了几种常用芯片的工作原理,熟记他们的真值表。更深刻地了解了74LS192,74LS161,7448片的使用,主要是管脚的连接。了解一般科学实验的基本步骤,学会用科学精神去处理实际问题,初步培养了科学严谨的工作作风和实事求是的工作态度。

其次,电路的调试是一个十分重要的环节。大部分电路图接好后都不会一次性成功,都会或多或少的存在一些问题,毕竟理论和实际是有差距的。这时就要调试电路,首先应该根据错误初步估计出错的地方和原因,有针对性的检查电路,对错误进行改正。

完成这次课程设计后,真正体会到将所学知识运用到实践中的快乐,最终得到了完美的结果,但是最重要的是经历一次如此难忘的过程。

设计电路最重要的是思路要清晰,一旦有了自己的思路就应该有层次有条理的探索下去,只要坚持自己的观点和判断,就一定能实现,即便最后发现走进了死胡同,但是探索设想与求证的过程却是通往另一条道路必不可少的环节。

在完成这次设计的过程中,我也有参考相关的设计课题,甚至还花了很长的时间去弄清楚别人的设计,以至于后来被束缚住,对自己的设计没有了头绪。学习吸收别人的长处是应该的,但是不能完全沉浸进去,要有自己的思路和观点,并且努力去实现。这就是快乐的最大源泉。

在完成设计的过程中自己不断解决了一个个的难题,要通向最后的成功,绝不会一蹴而就,饭要一口一口地吃,路要一步一步地走,做事要踏实,实事求是,不能好高骛远。在电路设计和芯片连接时,也出现了很多问题,问题多并不可怕,可怕的是在反复的受挫中没有革新,不能改进自己的方法和思路。

通过这次课程设计,我对数字电子技术中的诸多知识有了更深层次的理解,也初步学会了如何将理论知识有机地与实际结合加以运用。这是一次获益匪浅的实习

参考文献

[1] 付家才.电子工程实践技术.北京:北京工业出版社,2003

[2] 毕满清.电子技术实验与课程设计.北京:机械工业出版社,2001

[3] 阎石主编.数字电子技术基础(第五版).北京:高等教育出版社,2009

[4] 丁润涛主编.电子工程手册.北京:机械工业出版社,1995

附录1 器件明细表

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附录2电路仿真图

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