模電課程設(shè)計(jì)---自動(dòng)控制的窗簾電路

1、<p><b>　　1.設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)能夠?qū)κ覂?nèi)環(huán)境亮度進(jìn)行檢測(cè)指示和自動(dòng)控制的窗簾電路。該電路能夠檢測(cè)到光線的強(qiáng)弱，同時(shí)根據(jù)光線的強(qiáng)弱，自動(dòng)將窗簾打開(kāi)和關(guān)閉。</p><p>　　1）要求電路能夠通過(guò)感應(yīng)裝置，檢測(cè)到光線的強(qiáng)弱。</p><p>　　2）要求電路根據(jù)光線的強(qiáng)弱，自動(dòng)將窗簾打開(kāi)和關(guān)閉。

2、</p><p>　　3）要求電路能夠在窗簾接觸到邊沿時(shí)，自動(dòng)切斷電源。</p><p>　　4）根據(jù)上述要求選定設(shè)計(jì)方案，畫(huà)出系統(tǒng)框圖，寫(xiě)出詳細(xì)的設(shè)計(jì)過(guò)程。</p><p>　　2 設(shè)計(jì)分析及方案論證</p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)分析</b></p><p>　　光控自動(dòng)窗簾開(kāi)閉電路

3、的總體框圖如圖2.1.1所示。它是由光強(qiáng)監(jiān)測(cè)電路、光強(qiáng)信號(hào)處理電路、控制電路、電機(jī)開(kāi)關(guān)電路、電源電路五部分組成。</p><p>　　圖2.1.1 簡(jiǎn)易自動(dòng)窗簾開(kāi)閉電路總體框圖</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)方案論證</p><p>　?。?）方案一：光強(qiáng)檢測(cè)電路的功能是利用光敏電阻的特性，即入射光強(qiáng)時(shí)，電阻減小，入射光弱時(shí)電阻增大，在光敏電阻的阻值變化的同時(shí)影響

4、與其并聯(lián)的支路電壓，進(jìn)而將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。光強(qiáng)信號(hào)處理電路的功能是將光強(qiáng)監(jiān)測(cè)電路輸出的電信號(hào)輸入555集成電路，繼而得到一個(gè)電平信號(hào)，為控制電路作準(zhǔn)備?？刂齐娐返墓δ苁菍⒌玫降碾娖叫盘?hào)送至BJT，由BJT的導(dǎo)通與截止控制繼電器開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷。電機(jī)開(kāi)關(guān)電路的功能是利用繼電器開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷控制電機(jī)正反向運(yùn)行與停止，進(jìn)而使窗簾運(yùn)動(dòng)或靜止。電源電路的功能是為上述所有電路提供直流電源。</p><p>　　方案二：光照檢測(cè)電路

5、檢測(cè)光照的強(qiáng)弱，通過(guò)放大器放大此信號(hào)，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉狀態(tài)，開(kāi)關(guān)影響驅(qū)動(dòng)電路中電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，從而實(shí)現(xiàn)窗簾的自動(dòng)關(guān)閉，電源電路的功能是為上述所有電路提供直流電源。</p><p>　　圖2.1.2方案二設(shè)計(jì)框圖</p><p>　?。?） 根據(jù)這兩個(gè)設(shè)計(jì)方案的原理相互比較，此設(shè)計(jì)使用方案一。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b&g

6、t;</p><p>　　3.1主要單元電路設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）光強(qiáng)監(jiān)測(cè)電路和光強(qiáng)信號(hào)處理電路</p><p>　　如圖3.1.1所示，光強(qiáng)監(jiān)測(cè)電路實(shí)際上就是一個(gè)光敏電阻，即當(dāng)光敏電阻RD接收到的入射光強(qiáng)時(shí)，電阻減小，入射光弱時(shí)，電阻增大，在光敏電阻的阻值變化的同時(shí)影響與其并聯(lián)的支路電壓，進(jìn)而將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。</p><p>

7、;　　圖3.1.1光強(qiáng)信號(hào)處理電路</p><p>　　圖中所示光強(qiáng)信號(hào)處理電路是主要由5G1555定時(shí)器以及分壓電阻和電容組成的。光敏電阻阻值的改變要想被電路所識(shí)別，就要讓其通過(guò)改變電位或者電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。本電路讓光敏電阻與W1、W2串聯(lián)之后再與5G1555定時(shí)器并聯(lián)。W1、W2在此起分壓作用，并且根據(jù)光敏電阻阻值變化范圍的不同可調(diào)節(jié)W1、W2與之相適應(yīng)。5G1555定時(shí)器在此相當(dāng)于施密特觸發(fā)器，通過(guò)比較W1的滑動(dòng)

8、觸頭端的電位與5G1555定時(shí)器“2/3VCC”與“1/3VCC”處電位的不同使之輸出相應(yīng)的高低電平。然而在此不采用較為簡(jiǎn)單的運(yùn)算放大器作為比較電路的原因:（1）555定時(shí)器本身具有被比較電位，即由3個(gè)相同阻值的電阻分壓構(gòu)成的“2/3VCC”電位點(diǎn)與“1/3VCC”電位點(diǎn)。（2）5G1555定時(shí)器本身輸出的高電平與它的電源輸入電壓相等，這就為以后控制電路BJT的使用提供了方便。（3）555定時(shí)器應(yīng)用廣泛，封裝完善，用戶不必了解內(nèi)部構(gòu)造只

9、需知道管腳的作用即可。</p><p><b>　?。?）控制電路</b></p><p>　　如圖3.1.2所示，本電路主要由1個(gè)PNP管、兩個(gè)NPN管、二極管、電阻與繼電器構(gòu)成。VI為5G1555定時(shí)器的（3）端，即輸出端，VCC為電源電路提供大約為6.8V。下面簡(jiǎn)要分析其工作原理。</p><p>　　圖3.1.2 控制電路</p

10、><p>　　如圖3.1.2，此電路實(shí)現(xiàn)的功能主要是通過(guò)VI電平的不同對(duì)于BG1、BG2、BG3狀態(tài)的影響，繼而使得J1、J2的電磁線圈得電或者失電，影響繼電器的動(dòng)作。</p><p>　　當(dāng)白天時(shí)，VI為低電平，設(shè)其很小約為0V，則BG1（NPN）的B1為0V，C1約為6.8V，E1經(jīng)繼電器線圈接地約為0V，則BG1處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)BG2（PNP）的B2約為0V，E2約為6.8V，BG2呈

11、現(xiàn)飽和狀態(tài)，在此情況下BG3(NPN)將處于放大狀態(tài)，即發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，由此BG3的B3將被鉗制在0.7V左右。此時(shí)即BG1截止，BG2、BG3導(dǎo)通，J1失電，J2得電。D1在此作用為保證BG1的可靠截止。</p><p>　　當(dāng)晚上時(shí)，VI為高電平，因?yàn)?G1555的特性，VI大概為6.8V左右。則BG1的B1經(jīng)二極管恒壓降后電壓約為6.1V。此時(shí)BG1發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏，BG1導(dǎo)通。BG2的B2約為

12、6.8V，E2約為6.8V，VBE2=0V，即BG2處于截止?fàn)顟B(tài)，由此BG3的B3也約為0V，VBE3=0V，即BG3也處于截止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)即BG1導(dǎo)通，BG2、BG3截止，J1得電，J2失電。</p><p>　　在此電路圖中需要注意D2、D3的作用是為了保護(hù)繼電器。繼電器線圈在通電時(shí)儲(chǔ)存能量，當(dāng)繼電器突然斷電時(shí)，線圈兩端會(huì)產(chǎn)生很大的電壓，這樣可能會(huì)使線圈損壞，線圈串聯(lián)的元件受到?jīng)_擊，這時(shí)只要在線圈兩端加上二極管

13、，便可以使它產(chǎn)生一個(gè)回路，使得線圈儲(chǔ)存能量放完。這個(gè)二極管在此起續(xù)流作用，因此通常稱它為續(xù)流二極管。</p><p>　　由此，控制電路可以使我們?cè)谔炝習(xí)r接通J2,斷開(kāi)J1,天黑時(shí)接通J1,斷開(kāi)J2。繼而為繼電器的開(kāi)關(guān)電路為控制電機(jī)的工作做準(zhǔn)備。</p><p><b>　　（3）電機(jī)開(kāi)關(guān)電路</b></p><p>　　圖3.1.3 電機(jī)開(kāi)關(guān)

14、電路</p><p>　　如圖3.1.3所示，該電路是由獨(dú)立電源DC、限位開(kāi)關(guān)、繼電器開(kāi)關(guān)、電機(jī)與電容組成。此電路利用限位開(kāi)關(guān)以及繼電器開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷來(lái)完成電機(jī)的正轉(zhuǎn)倒轉(zhuǎn)以及停轉(zhuǎn)。在此應(yīng)特別注意限位開(kāi)關(guān)的作用。限位開(kāi)關(guān)又稱行程開(kāi)關(guān),可以安裝在相對(duì)靜止的物體上或者運(yùn)動(dòng)的物體上。當(dāng)動(dòng)物接近靜物時(shí)，開(kāi)關(guān)的連桿驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)的接點(diǎn)引起閉合的接點(diǎn)分?jǐn)嗷蛘邤嚅_(kāi)的接點(diǎn)閉合。由開(kāi)關(guān)接點(diǎn)開(kāi)、合狀態(tài)的改變?nèi)タ刂齐娐泛蜋C(jī)構(gòu)的動(dòng)作。在此規(guī)定使電機(jī)

15、正轉(zhuǎn)的電壓方向?yàn)檎较颉?lt;/p><p>　　當(dāng)白天來(lái)臨時(shí)，J1不動(dòng)作,J2動(dòng)作，使得J2-1、J2-2吸合，J1-1,J1-2斷開(kāi)，電機(jī)兩端電壓處于正方向，電機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)，此時(shí)限位開(kāi)關(guān)bc處于閉合狀態(tài)，當(dāng)窗簾到達(dá)邊沿時(shí)，碰斷限位開(kāi)關(guān)bc接點(diǎn)，電源被切斷，則電機(jī)停轉(zhuǎn)。</p><p>　　當(dāng)夜晚來(lái)臨時(shí)，J1動(dòng)作，J2不動(dòng)作，使得J1-1、J1-2吸合，J2-1、J2-2斷開(kāi)，電機(jī)兩端電壓處于

16、負(fù)方向，電機(jī)開(kāi)始逆轉(zhuǎn)，此時(shí)限位開(kāi)關(guān)ab處于閉合狀態(tài)，當(dāng)窗簾到達(dá)合攏位置時(shí)，碰斷限位開(kāi)關(guān)ab接點(diǎn)，電源被切斷，則電機(jī)停轉(zhuǎn)。</p><p><b>　?。?）電源電路</b></p><p>　　圖3.1.4 電源電路</p><p>　　如圖3.1.4所示，電源電路是由220V工頻電源，RC濾波電路，變壓器，橋式整流電路，NPN管，穩(wěn)壓管，濾波

17、電容組成。</p><p>　　電源電路本可以采用兩種方法實(shí)現(xiàn)，第一種方法是通過(guò)電池供電，但是考慮到需要選擇合適電池的指標(biāo)參數(shù)與電路相匹配，故不如利用現(xiàn)成的電網(wǎng)供電更方便。如圖采用220V電網(wǎng)電源，先經(jīng)過(guò)熔斷器以防止電路出現(xiàn)短路對(duì)其他元件造成損害。然后與一個(gè)RC濾波電路相連進(jìn)行第一次濾波。這是考慮到電網(wǎng)電壓中實(shí)際上含有一定成分的高次諧波，因此先行濾波再用變壓器變壓。變壓后經(jīng)過(guò)橋式整流電路，C5電容濾波后電壓相對(duì)穩(wěn)

18、定。此時(shí)經(jīng)過(guò)7.5V穩(wěn)壓管分壓，BG4的B4為7.5V，C極為12V，由此可推出BG4導(dǎo)通，E極為6.8V。再經(jīng)過(guò)C3、C4的濾波，最終給其他電路輸出一個(gè)6.8V的直流電源。</p><p><b>　　3.2電路原理圖</b></p><p>　　圖3.2.1光控自動(dòng)窗簾電路總電路圖</p><p><b>　　4 仿真及調(diào)試 &l

19、t;/b></p><p><b>　　4.1 軟件仿真 </b></p><p>　　在multisim10仿真環(huán)境下，系統(tǒng)的電路的仿真結(jié)果如下：</p><p>　　（1）光線較弱的情況下，K1,K3閉合，點(diǎn)擊正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，如圖4.1.1所示：</p><p><b>　　圖4.1.1</b&g

20、t;</p><p>　　（2）光線較強(qiáng)時(shí)，K2,K4閉合，點(diǎn)擊反轉(zhuǎn)或者正轉(zhuǎn)，如圖4.1.2所示：</p><p><b>　　圖4.1.2</b></p><p>　　（3）電機(jī)開(kāi)關(guān)電路仿真如圖4.1.3所示：</p><p><b>　　圖4.1.3</b></p><p&g

21、t;<b>　　4.2仿真分析</b></p><p>　　當(dāng)光線較強(qiáng)時(shí)，J1不動(dòng)作,J2動(dòng)作，使得J2-1、J2-2吸合，J1-1,J1-2斷開(kāi)，電機(jī)兩端電壓處于正方向，電機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)，此時(shí)限位開(kāi)關(guān)bc處于閉合狀態(tài)，當(dāng)窗簾到達(dá)邊沿時(shí)，碰斷限位開(kāi)關(guān)bc接點(diǎn)，電源被切斷，則電機(jī)停轉(zhuǎn)。</p><p>　　當(dāng)光線較弱時(shí)來(lái)臨時(shí)，J1動(dòng)作，J2不動(dòng)作，使得J1-1、J1-2吸合

22、，J2-1、J2-2斷開(kāi)，電機(jī)兩端電壓處于負(fù)方向，電機(jī)開(kāi)始逆轉(zhuǎn)，此時(shí)限位開(kāi)關(guān)ab處于閉合狀態(tài)，當(dāng)窗簾到達(dá)合攏位置時(shí)，碰斷限位開(kāi)關(guān)ab接點(diǎn)，電源被切斷，則電機(jī)停轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　5 結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)主要是光信號(hào)獲取及轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，利用電信號(hào)實(shí)現(xiàn)控制， 以及各種控制狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　通過(guò)光

23、敏電阻轉(zhuǎn)換為電位信號(hào)，繼而利用5G1555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器進(jìn)行電位比較，根據(jù)情況不同輸出高低電平。利用電平高低以及BJT特性實(shí)現(xiàn)繼電器開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷，同時(shí)配合限位開(kāi)關(guān)繼而控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及停轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　六 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　張慶雙主編．電子元器件的選用與檢測(cè)．機(jī)械工業(yè)出版社，2002年8月．</p><p&g

24、t;　　陳明義主編．電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)實(shí)用教程．中南大學(xué)出版社，2002年．</p><p>　　孟貴華主編．電子元器件選用入門．機(jī)械工業(yè)出版社，2004年6月．</p><p>　　崔瑋主編．Protel99SE電路原理圖于電路板設(shè)計(jì)教程海洋出版社，2005年1月．</p><p><b>　　成績(jī)： </b></p>