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1、4控制算法第四讲 常见的工控算法 常用的算法这是08年瑞士洛桑联邦理工学院智能系统实验室设计的一款大小似蚱蜢、体重仅7克的机器人，这款机器人能够像蚱蜢一样跳跃，而且其跳跃的距离能够达到体长的27倍。 水开报警器 摩托车防盗报警器本例介绍的摩托车防盗报警器，具有动作灵敏、简单易制等特点，可用于各种电起动摩托车。使用时，在停好车后将报警器设置为防盗警戒状态，当盗车贼移动摩托车或试图用钥匙开锁起动摩托车，报警器触发动作并发出声光报警，同时会锁定引擎，使摩托车无法完成电起动。 电路工作原理该摩托车防盗报警器电路由触发控制电路和声光报警电路组成，如图1-115所示。 电路中，触发控制电路由水银开关S1（

2、传感器）、功能转换开关S2、摩托车锁开关S3、电阻器R1一R3、二极管VD1、V D2、电容器C1、C2、晶体管V和继电器K组成；声光报警电路由报警器HA、电子闪光器和摩托车转向灯HL1、HL2组成。 摩托车停好后，将开关S2置于“1：（报警）位置，使防盗报警器进人警戒状态，此时VT1和VT2均截止，HA不发声，HL1和HL2不亮。当有人触动或移动摩托车时，水银开关Si接通，使VTl受触发而导通，HA发出报警声，同时电子闪光器也通电工作，驱动转向灯HL1和HL2闪烁发光。若盗车贼使用“万能”钥匙起动摩托车，将锁开关S3接通（置于ON位置）时，则V饱和导通，使K通电吸合，其常开触头断开，常闭触头

3、闭合，使VT2受触发而导通，HA发出报警声，HL1和HL2闪烁发光。在防盗报警状态下，摩托车点火电路的工作电源被S2切断，摩托车无法完成电起动。只有车主把开关S2拨向2（起动）位置，解除防盗报警状态后，才能用钥匙开关起动摩托车。元器件选择R1一R3选用1/4W金属膜电阻器或碳膜电阻器。C1和C2均选用耐压值为50V的铝电解电容器。VD1选用1 N5404型硅整流二极管；VD2选用1 N4007型硅整流二极管。V选用S8050或2SC1815型硅NPN晶体管。VT1和VT2选用MCR100一或BT136、BT139型晶闸管。S1选用玻璃壳水银开关，使用时应注意调整其摆放位置和方位，确保报警器动作

4、的灵敏度；S2选用单极双位拨动式开关，使用时应安装在隐蔽位置。K选用12V直流继电器。HA选用自带报警音源的12V高响度报警扬声器。 水位报警器如图所示为水位控制电路。该控制电路由降压整流电路、555触发电路(IC1、IC2)、继电器控制电路等组成。其中降压整流电路为整个控制电路提供直流电压，触发电路IC1对应水塔低水位泵水控制电路，触发电路IC2对应水井高水位泵水控制电路。 当水塔内的水位探极B、D高于塔内的水位线时，IC1脚为“地”电位，使IC1发生置位，脚输出的高电平使继电器J1吸合，触点J1-1闭合，抽水电机因得电而运转，进行抽水；当水位上升至探极A时，相应IC1复位，输出的低电平使J

5、1释放，触点J1-1断开，抽水机断电停转，从而对水塔水位实现自动控制。 置于水井中的探极B、D，正常情况下应在水面以下一定深度处，使IC2(555)因2脚为高电平而复位，脚输出的低电平使J2吸合，触点J2-2闭合。当因连续抽水而使B、D探极高于水面时，IC2因脚为低电平而发生置位，脚输出的高电平使J2释放，触点J2-2断开，电机断电停转，从而避免电机空转，同时对水井水位进行检 楼道开关Rl选用1/2W金属膜电阻器;R2-R8选用1/4W或1/8W的金属膜电阻器。RG选用MG44或MG45系列的光敏电阻器。Cl选用耐压值为25V的铝电解电容器;C2选用耐压值为16V的铝电解电容器;C3-C5均选

6、用独石电容器。VDl-VD4均选用1N4007型硅整流二极管;VD5选用1N4148型硅开关二极管。VS选用lW、9.lV的硅稳压二极管。VT选用2P4M(2A、400V)型晶闸管。IC选用CD4011型四与非门集成电路 应急照明灯本例介绍的应急照明灯有两个特点：一是能自动给电瓶充电，充足自停;二是具有记忆功能，即如果有电时室内电灯原是开着的，则停电时应急电灯自动点亮，恢复供电时应急电灯自动熄灭。如果有电时室内电灯是关着的，则停电时应急电灯不会点亮。它可避免停电后又来电，并不需要灯亮，但会造成误开灯的现象。工作原理有记忆功能的应急照明灯电路如图所示。电源变压器T和VD1VD5等组成充电电源电路

7、，EL1是室内220V照明灯泡，EL2是6V应急照明小灯泡，D1D4是CD4011中的4个与非门。D1与VT1等组成一个简单的自动充电电路。当电池G电压偏低时，经RP、R3分压后加在D1输人端的电压低于其阂值电压，DI输出高电平，VT1导通，G被充电。反之，当G电压较高时，D1输人端电位高于其阑值电压，D1输出低电平，VT1截止，G停止充电。R1用于G的涓流充电，它可避免D1和VT1在临界充电电压附近的频繁翻转和通断。光电耦合器IC2、D2D4及VT2、继电器K等组成记忆型应急照明控制电路。在有市电时，无论ELI是否点亮，D2输人端均为高电平，其输出端4脚即D3输人端8脚为低电平，D3输出端1

8、0脚为高电平，D4输出端11脚为低电平，VT2截止，K在释放状态，EL2不亮。当室内有人将ELI点亮(K闭合)时，ELI两端电压经R4降压、VD7整流、C2滤波后使光电耦合器IC2工作，D3输人端9脚为高电平，且C3被充满电。由于D3的8脚仍为低电平，故EL2仍不会点亮。此时若发生停电，则因C3上电荷通过R7, EL2释放较慢，使D3的9脚在较长时间内仍保持高电平，而C1上电荷通过R5释放较快。使D2输人端很快变为低电平，而输出变为高电平。这样，当D3的两输人端同时为高电平时，其输出翻转为低电平，D4输出高电平，VT2导通，K吸合，EL2被点亮。同时，EL2上的电压由R7反馈到D3的输人端9脚

9、，使D3、D4、K的状态保持不变，EL2自锁发光。如停电后又恢复来电，则ELI点亮(因K是闭合的)，D3的8脚变为低电平，EL2自动熄灭。如果有电时室内无人，ELI被关掉(SA断开)，则IC2截止，C3上电荷通过R7和EL2泄放完毕，D3输人端9脚变为低电平。在此期间若停电，虽然D3输人端8脚变为高电平，但与非门D3仍不能打开，VT2仍截止，K不动作，所以EL2不能被点亮。元器件选择IC1选用CD4011或CC4011、MC14011、CD4093型等4一2输人与非门数字集成电路;IC2选用4N25型光电祸合器。VT1选用3DD15D或8050型硅NPN*率三极管，要求电流放大系数80，并安装

10、一块50mm x 50mm的散热片;VT2选用9013或3DG12、3DX201、3DK4型硅NPN*率三极管，要求电流VD1VD5、VD7、VD8均选用1N4007硅整流二极管;VD6选用1N4148硅开关二极管;VD9选用6V、0 .5W硅稳压二极管，如2CW21C、1 N5233等。R1、R4选用RJ一2W型金属膜电阻器，R8选用RJ一1/2W型金属膜电阻器，其余电阻器均选用RTX一1/8W碳膜电阻器。C1、C3选用CD11一lOV电解电容器;C2选用CD11一450V电解电容器。T选用220V/6V、5W优质小型电源变压器，要求长时间通电不过热。G用6V、4Ah左右的免维护蓄电池;EL

11、2用6V/6W的小灯泡;K用4088或4098等6V小型继电器。制作与调试将所有元器件焊装在一块小电路板上，然后装入体积合适的绝缘小盒内。在盒面上安装好小灯泡EL2与开关SA。调试时，先将RP调到最大阻值(图中触头上移)，当G电压充到7V时，调RP使D1输出刚好翻转为低电平。若R7改用1M，C3应用lOF.其余不必调试即可正常工作。放大系数100. 电饭锅温度控制器电饭锅温度控制器电路原理图如图所示。作为温度传感器的NfC热敏电阻器RT的电阻值随着温度的升高而减小，它和RI, R2及RP1等组成感温电桥。改变运算放大器IC的3脚电位可改变控制温度。单向晶闸管VTH1用作两个温控过程的转换器件。

12、双向晶闸管VTH2为加热盘的开关。电饭锅煮饭的过程如下：放好米和水后，接上电源，因锅内温度较低，安装在锅底的热敏电阻器RT电阻值较大，IC的2脚电位低于3脚电位，其6脚输出高电平，VT导通，使VTH2触发导通，加热盘通电升温。同时VL2发光以指示加热。由于此时VT集电极为低电平，故VTH1截止，其阳极为高电平，VD1截止，使RP2对电桥参数没有影响。饭煮熟后，锅内水被煮干，锅底温度开始高于100，RT电阻值进一步减小。当温度达到103 时，IC的2脚电位高于3脚电位，6脚输出低电平，VT截止，使VTH2截止，加热盘断电停止加热。此时VT的集电极为高电平，VTH1被触发导通并自锁，通过RP2使I

13、C的3脚电位降低，从而使控制温度预设值降低，电饭锅进人保温阶段，这时VL1发光以指示保温。停止加热后，温度下降，当温度低于65时，IC的2脚电位低于3脚电位，6脚为高电平，加热盘通电加热；当温度高于70时，IC的2脚电位高于3脚电位，6脚为低电平，加热盘断电停止加热。重复上述过程即可将温度控制在6570。为避免加热盘开停过于频繁，电路中增加了R3作为正反馈，使IC的3脚电位变化缓慢，从而使控制温度有一定的变化范围。R3的阻值越小，温度变化范围越大。元件器选择IC选用A741通用集成运算放大集成电路。VTH1选用触发电流小于1mA、维持电流小于3mA的单向晶闸管；VTH2选用6A/400V的双向

14、晶闸管，负触发电流应小于30mA。RT选用负温度系数（NTC）热敏电阻器，其最高工作温度应大于110，如MF12、MF52等型号。 热水器控制电路 电阻密码锁 通用的线性调节器非常适合风扇驱动应用。线性调节器由运算放大器、导通晶体管、限流器、短路保护电路及高温保护电路组成，所有功能电路都集成在一个封装内，价格也非常合理。更重要的是，典型的线性调节器能提供0.51.5A的电流，可满足绝大部分风扇控制的需求。在典型应用中，控制器将100Hz的PWM信号施加到导通晶体管的基极，根据PWM的占空比触发风扇电机电流的导通和断开，从而控制风扇的转速。图1电路采用100Hz的PWM信号控制风扇，PWM信号由

15、U1(双通道温度监控器MAX6639，带有两路自动PWM风扇速度控制输出)的漏极开路输出提供。这个电路不是控制导通晶体管的通断，而是用图1所示PWM信号控制线性调节器(U2)的输出电压。RC滤波电路平滑PWM输出，时间常数等于R1、R2A和R2B的戴维南等效电阻与电容C1的乘积。 图1：基于线性调节器的简单而低成本的风扇控制电路。U2调节输出电压，使VOUT与ADJ之间的电压稳定在1.25V。假设不计U1对输出的影响，则U2的输出电压等于1.25V(1+R2/R1)，其中R2=R2A+R2B。假设要考虑U1的控制作用，则需注意是R2A决定了最小输出电压。当U1的PWM极性控制位设置成正极性占空

16、比时，占空比为0%的输出产生很小的PWM信号，使漏极开路输出连续导通，等效于R2B短路。在这种情况下，R2A(3.3k)决定最小输出电压为4.7V。对保持有效的转速信号并同时最小化风扇的功耗而言，这个电压已经足够低。R2B与R2A的和确定VOUT的最大值。当占空比为100%时，漏极开路输出保持在开路状态，R2B在分压网络表现出最大值，7.5k的R2B对应于12.5V最大电压。C1和C4是典型的旁路电容，C3为U2的输出电容，C3被用来平滑输出电压并为风扇提供交流电流。线性调节器驱动方案可以提供有效的转速控制以及高温、短路保护，但它的功耗较大。对于低功率风扇，增加额外功耗可能不是问题，但大功率风

17、扇可能无法承受额外的功耗。当电压差为7V、电流等于500mA时，调节器或者导通晶体管需要消耗3.5W功率，这将带来散热问题。但是，风扇通常被用于冷却其它电路，而不是冷却风扇控制器本身。 NE555制作的恒温控制器本恒温控制器具有用途广泛、精度较高、造价低廉、装调容易等特点。恒温控制器由热敏电阻Rt1、Rt2、NE555时基电路、温度范围调整电阻RP1、RP2及控制执行机构组成，电路如图1所示(点此下载原理图)。Rt1、RP1为上限温度检测电阻，Rt2、RP2为下限温度检测电阻。当温度下降时，脚电位低于1/3Vcc时，脚输出高电平，J吸合，LED2点亮，开始加热。当温度升高而使IC脚电位高于2/

18、3Vcc时，脚输出低电平，J释放，断开受控“电热器”的电源，停止加热。调整时，首选应调整上限温度，把Rt1置于所要求的上限温度环境中（用温度计监测），过一分钟后（Rt1与环境达到热平衡），调RP1起到LED1刚好发光为止，反复多调几次，可先将脚与地短接一下，使脚输出高电平（LED1亮），这样便于观察翻转状态。然后调整下限温度，过程同上，调整RP2使红LED2亮，也要反复调整几次，可先将脚与电源Vcc短接一下，以使脚输出低电平，观察电路翻转状态。电路最好用小型稳压电源供电（可根据自己实际在本站电源技术一栏中选制一个）。该电路稍加修改，可作为超（高、低）温报警器。 红外取暖器温度控制电路在严寒冬天

19、，红外取暖器成为家庭的取暖设备，其发热管大多为三到四支组成，每支发热管由一开关控制，通过选择开关来控温，控温极不均匀。本电路可使所有发热管同时使用，可实现无级调节。工作原理：电路如上图所示，IC（555）接成低频振荡器，调节RP可改变C3的充放电时间常数，IC的脚输出脉冲占空比随之改变，即改变了可控硅的导通与关闭时间比，从而控制了发热管RL上得到的平均功率，达到温控目的。当RP调到最上端时，IC输出脉冲占空比约为“0”，RL上得到的功率最小；当RP调到最下端时，IC输出脉冲占空比约为“1”，RL上得到最大功率。因此，调节RP可使IC输出脉冲占空比在“0”和“1”之间连续变化，RL上得到的便是在

20、最大和最小之间连续变化的平均功率，LED亮度相应变化作为平均功率大小指示。此温控器还可用于其他阻性发热器具作为功率调节器，且不会产生电磁场干扰。可控硅功率大小选择视发热管功率而定，一般1KW1.5KW的取暧器可选用BTA12/600的可控硅，加一片散热片为好。 恒温电烙铁市面上销售的简易恒温电烙铁，其恒温控制部分由市电直接供电去驱动双向可控硅的电路，一旦出问题往往使元器件烧黑或炸裂，损坏器件的颜色、标记就无法辨认，给维修带来困难。这里，我们以有代表性的广州黄花电子电器厂型恒温电烙铁为例，对恒温烙铁的工作原理加以介绍。该电烙铁控温范围是，调温标志标明低、中、高位，控温精度标称，采用了热电偶传感器

21、。控制电路采用了交流市电直接降压、滤波、稳压供电方案。工作原理见下图。 市电经降压、半波整流、削波稳压、滤波后作为比较器件的电源电压及调温设定电压源。脚为热电偶检测电压输入端（与温度值对应）；脚为调温设定电压。在、脚两端电压比较后，由脚输出。其中的作用是将输入的很少一部分反馈至同相输入端脚，以使在小信号波动时输出锁定不变。当热电偶检到温度偏低时；脚电平相对脚低，使输出脚也低。进而使放大器脚相对于固定偏置的脚偏低，使输出脚为高。由于脚电压是由经、分压而得，因而，频率、相位完全与相同。与脚直流比较后在脚输出交流电压。该交流电压经、和反向并联（作用同双向二极管）触发双向可控硅，使相应的电压加到烙铁电

22、热丝上，以达到恒温的目的。几乎所有的电子电路都是将电压当作信号进行增幅与演算处理，此时会涉及电流、阻抗、频率等电压以外的信号，因此必需使用可以将这些信号转换成电压或是电流的电路。本文将探讨如何将阻抗与频率转换电流或是电压的技巧。几乎所有的电子电路都是将电压当作信号进行增幅与演算处理，此时会涉及电流、阻抗、频率等电压以外的信号，因此必需使用可以将这些信号转换成电压或是电流的电路。本文将探讨如何将阻抗与频率转换电流或是电压的技巧。 电热毯自动保护恒温器电路目前，很多电热毯的温度控制都采用手动开关，它是由一个快热档和一个慢热档进行控温的，这样电热毯内部温度较难控制在某一恒定的温度下工作，给使用者带来

23、不少的麻烦。本文向大家介绍一种电热毯自动控制电路，它能在预定的温度下工作，还能起到停电自锁、过电压保护的作用。一、电路原理介绍电路工作原理见图l所示。它主要由停电自锁电路、过电压保护电路、自动恒温控制电路组成。当按钮开关S2按下，220V交流电经电容C2降压、V6和V7稳压整流、C3滤波后供继电器J使用，这时J通电吸合，常开触点J1接通，使得电路自锁。 这时，即使按钮开关S2松开，也能维持向电热毯及继电器J供电。当电热毯在使用过程中遇到电网停电，则继电器J断电释放，常开触电J1断开，故电热毯不工作。电网恢复供电时不能使继电器和电热毯自动接通电源，只能再次按动s2，继电器J吸合，电热毯才会重新通

24、电工作。Rt是一种正温度系数热敏电阻，其内部阻值大小随所感受的温度高低而变化，即温度高时内部阻值增大，反之亦然。由整流二极管V2V5、单向可控硅SCR、双向触发二极管V1、正温度系数热敏电阻Rt、电容C1、电位器RP组成电热毯恒温控制电路。其控制过程是：交流电经V2V5桥式整流后变为直流电，经RP、Rt向C1充电，当C1两端上的电压达到一定值，使双向触发二极管击穿导通而处于放电状态。此时，单向可控硅被触发导通，使电热毯通电工作。在电热毯内部温度上升到一定值时，其热敏电阻Rt内部阻值很大，而降落在C1上的电压较小，不能使V1击穿，则SCR关断，相应电热毯断电不工作，此时电热毯处于降温状态。当电热

25、毯温度降到某一值时，又重复以上的控制过程，这样不断周而复始，使电热毯温度保持在某一恒定值。倘若电网出现过电压时，压敏电阻MY内部被短路(即处于导通状态)，并快速熔断保险丝RD，从而起到过电压自动保护作用。图2是该装置的印刷线路板装配图。二、主要元器件选择SCR选用小型塑封单向可控硅MCR100-8型。Rt为正温度系数热敏电阻PTC，其阻值大小可在实验中确定。V6选用稳压值12V，额定功率1W的稳压二极管。C2的容量可在0.471uF(耐压630V)范围内选用。MY选用压敏电压470V480V的压敏电阻。J选用额定工作电压12V、绕组电阻400、额定电流30mA的JZC-22F超小型电磁继电器。

26、其它元件参数按图1选取。三、安装与说明根据电热毯各部位置发热情况不同和人体对电热毯压迫因素的影响，最好把热敏电阻Rt安装在电热毯所属脚部区域的中间位置处，以便能充分感受到电热毯温度的变化情况，从而达到良好的控温效果。由于本电路采用的是可控硅无触点电子开关，有控制信号才能触发导通，这样在一定程度上可以防止电热丝断裂后出现拉弧打火的问题，从而起到了安全保护作用。热敏电阻Rt的信号输入导线，要使用屏蔽线，以保证牢固可靠，并能将Rt所感受到的温度变化信号直接传输给控制电路。RP安装在该恒温器的面板上，并在塑料旋钮上标注上相应温度刻度线，以便选用所需的温度控温档。为了达到保护效果与使用寿命，压敏电阻MY

27、的电压值的选择应按用电器额定交流电压有效值的2.2倍选取。 电火锅功率调节电路本电火锅功率调节电路，可获得四挡火力，用以适应不同火候的要求。电路工作原理电路原理图如图1所示。调节波段开关SA的挡位，可以改变电容C1的充放电速率。利用C1两端交流电压通过双向触发二极管VD3去触发双向晶闸管VS导通、并改变了VS的导通角，使负载RL两端交流电压随之发生变化。发光二极管VD2、VD5作为信号指示，由于导通角不同，发光亮度各异。SA置于“1”挡，VD5显示；SA置于“4”挡，则VD2显示；R5是限流电阻，用来保护VS。电阻R7、电容C2为吸收回路，用来吸收SA在选挡时所产生的干扰脉冲，否则在SA选挡过

28、程中将对电视机、音响及其他电声器件产生一定的干扰；元器件选择电容C1选用0.1uF/160V，C2选0.022uF/400V(涤纶电容器)。电阻R1为56k、1/2W，R2为39k、1/4W，R3为27k、1/4W，R4为2k、1/4W，R5为47、1/2W，R6为100k、1/2W(可变)，R7为300、1/4W，R8为43k、1/2W。二极管VD1、VD4用1N4004。发光二极管VD2用BT104(黄色)，VD5用BT103(绿色)。触发二极管VD3为DB3或VR60。双向晶闸管V5用TLC226B(3A/400V)或TLC336A(3A/600V)。波段开关SA用KZX-1-2D-11

29、W。负载RL为交流220V/300W(电炉丝)。制作方法与使用说明本电路的核心器件是双向晶闸管，因此一定要对其质量进行检测。由于电路简单可自行设计印制电路板。只要按图连接无误，不用调试便可工作。 简单人工智能的温度控制电路介绍一种具有简单人工智能的温度控制电路，使用该电路进行温度控制时，只需将开关打在2的位置，通过设定控制温度，并通过3位半数显表头所显示的温度值，即可精确地控制温度，使得温控操作变得十分方便。一、电路工作原理电路中使用LM35电压型集成温度传感器，使得电路变得十分简单LM35是一种内部电路已校准的集成温度传感器，其输出电压与摄氏温度成正比，线性度好，灵敏度高，精度适中其输出灵敏

30、度为10.0MV，精度达0.5其测量范围为-55150。在静止温度中自热效应低(0.08)工作电压较宽，可在420V的供电电压范围内正常工作，且耗电极省，工作电流一般小于60uA输出阻抗低，在1MA负载时为0.1。根据LM35的输出特性可知，当温度在0150之间变换时，其输出端对应的电压为0150V，此电压经电位器W3分压后送到3位半数字显示表头(由ICL7107及有关电路组成)的检测信号输入端在输入端输入的电压为150V时，通过调节电位器使显示的数值为150.0,经调整后数显表头显示的数值就是实测的温度值温度控制选择可通过电位器W2来实现通过调节W2可使其中间头的电压在01.65V之间的范围

31、内变换，对应的控制温度范围为0165，完全可以满足一般的加热需要。将开关K打在2的位置，电位器W2中间头的电压经过电压跟随器A后送到数显表头输入端来显示控制温度数值调节电位器W2，数显表头所显示的数值随之变化，所显示的温度数值即为控制温度值电位器W1为预控温度调节，其电压调节范围为00.27V，对应可调节温度范围为027此电位器调整后，其中间头的电压与电位器W2中间头的电压分别送入比较放大器B(放大倍数为1）的反相及同相输入端，B输出端的电压为二输入电压之差此电压对应两个设定的温度值之差例如将W1调至0.10V，对应温度10；将W调至O.80V，对应温度80B的输出电压为0.70V，表示温度70此电压与集成温度传感器输出的电压送到电压比较器C中进行电压比较当LM35输出的电压小于B的输出电压时，C输出高电乎，可控硅T1因获得偏流一直导通，交流220V直接加在电热元件两端，进行大功率快速加热当LM35输出的电压大于B的输出电压而小于A的输出电压时，表明实际温度已接近控制温度，C输出低电乎，可控硅T1因无偏流处于截止状态，电压比较器D输出高电平，可控硅T2仍处于导通