模電課程設(shè)計---自動控制的窗簾電路

1、<p><b>　　1.設(shè)計要求：</b></p><p>　　設(shè)計一個能夠?qū)κ覂?nèi)環(huán)境亮度進行檢測指示和自動控制的窗簾電路。該電路能夠檢測到光線的強弱，同時根據(jù)光線的強弱，自動將窗簾打開和關(guān)閉。</p><p>　　1）要求電路能夠通過感應(yīng)裝置，檢測到光線的強弱。</p><p>　　2）要求電路根據(jù)光線的強弱，自動將窗簾打開和關(guān)閉。

2、</p><p>　　3）要求電路能夠在窗簾接觸到邊沿時，自動切斷電源。</p><p>　　4）根據(jù)上述要求選定設(shè)計方案，畫出系統(tǒng)框圖，寫出詳細的設(shè)計過程。</p><p>　　2 設(shè)計分析及方案論證</p><p><b>　　2.1 設(shè)計分析</b></p><p>　　光控自動窗簾開閉電路

3、的總體框圖如圖2.1.1所示。它是由光強監(jiān)測電路、光強信號處理電路、控制電路、電機開關(guān)電路、電源電路五部分組成。</p><p>　　圖2.1.1 簡易自動窗簾開閉電路總體框圖</p><p>　　2.2 設(shè)計方案論證</p><p>　?。?）方案一：光強檢測電路的功能是利用光敏電阻的特性，即入射光強時，電阻減小，入射光弱時電阻增大，在光敏電阻的阻值變化的同時影響

4、與其并聯(lián)的支路電壓，進而將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。光強信號處理電路的功能是將光強監(jiān)測電路輸出的電信號輸入555集成電路，繼而得到一個電平信號，為控制電路作準備?？刂齐娐返墓δ苁菍⒌玫降碾娖叫盘査椭罛JT，由BJT的導通與截止控制繼電器開關(guān)的開斷。電機開關(guān)電路的功能是利用繼電器開關(guān)的開斷控制電機正反向運行與停止，進而使窗簾運動或靜止。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：光照檢測電路

5、檢測光照的強弱，通過放大器放大此信號，進而控制開關(guān)的開閉狀態(tài)，開關(guān)影響驅(qū)動電路中電動機的轉(zhuǎn)動方向，從而實現(xiàn)窗簾的自動關(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)計框圖</p><p>　?。?） 根據(jù)這兩個設(shè)計方案的原理相互比較，此設(shè)計使用方案一。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計</b&g

6、t;</p><p>　　3.1主要單元電路設(shè)計</p><p>　?。?）光強監(jiān)測電路和光強信號處理電路</p><p>　　如圖3.1.1所示，光強監(jiān)測電路實際上就是一個光敏電阻，即當光敏電阻RD接收到的入射光強時，電阻減小，入射光弱時，電阻增大，在光敏電阻的阻值變化的同時影響與其并聯(lián)的支路電壓，進而將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。</p><p>

7、;　　圖3.1.1光強信號處理電路</p><p>　　圖中所示光強信號處理電路是主要由5G1555定時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別，就要讓其通過改變電位或者電流來實現(xiàn)。本電路讓光敏電阻與W1、W2串聯(lián)之后再與5G1555定時器并聯(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定時器在此相當于施密特觸發(fā)器，通過比較W1的滑動

8、觸頭端的電位與5G1555定時器“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單的運算放大器作為比較電路的原因:（1）555定時器本身具有被比較電位，即由3個相同阻值的電阻分壓構(gòu)成的“2/3VCC”電位點與“1/3VCC”電位點。（2）5G1555定時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>　　（2）控制電路</b></p><p>　　如圖3.1.2所示，本電路主要由1個PNP管、兩個NPN管、二極管、電阻與繼電器構(gòu)成。VI為5G1555定時器的（3）端，即輸出端，VCC為電源電路提供大約為6.8V。下面簡要分析其工作原理。</p><p>　　圖3.1.2 控制電路</p

10、><p>　　如圖3.1.2，此電路實現(xiàn)的功能主要是通過VI電平的不同對于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，影響繼電器的動作。</p><p>　　當白天時，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處于截止狀態(tài)，此時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。此時即BG1截止，BG2、BG3導通，J1失電，J2得電。D1在此作用為保證BG1的可靠截止。</p><p>　　當晚上時，VI為高電平，因為5G1555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BG1發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏，BG1導通。BG2的B2約為

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

13、，便可以使它產(chǎn)生一個回路，使得線圈儲存能量放完。這個二極管在此起續(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在天亮時接通J2,斷開J1,天黑時接通J1,斷開J2。繼而為繼電器的開關(guān)電路為控制電機的工作做準備。</p><p><b>　?。?）電機開關(guān)電路</b></p><p>　　圖3.1.3 電機開關(guān)

14、電路</p><p>　　如圖3.1.3所示，該電路是由獨立電源DC、限位開關(guān)、繼電器開關(guān)、電機與電容組成。此電路利用限位開關(guān)以及繼電器開關(guān)的開斷來完成電機的正轉(zhuǎn)倒轉(zhuǎn)以及停轉(zhuǎn)。在此應(yīng)特別注意限位開關(guān)的作用。限位開關(guān)又稱行程開關(guān),可以安裝在相對靜止的物體上或者運動的物體上。當動物接近靜物時，開關(guān)的連桿驅(qū)動開關(guān)的接點引起閉合的接點分斷或者斷開的接點閉合。由開關(guān)接點開、合狀態(tài)的改變?nèi)タ刂齐娐泛蜋C構(gòu)的動作。在此規(guī)定使電機

15、正轉(zhuǎn)的電壓方向為正方向。</p><p>　　當白天來臨時，J1不動作,J2動作，使得J2-1、J2-2吸合，J1-1,J1-2斷開，電機兩端電壓處于正方向，電機開始正轉(zhuǎn)，此時限位開關(guān)bc處于閉合狀態(tài)，當窗簾到達邊沿時，碰斷限位開關(guān)bc接點，電源被切斷，則電機停轉(zhuǎn)。</p><p>　　當夜晚來臨時，J1動作，J2不動作，使得J1-1、J1-2吸合，J2-1、J2-2斷開，電機兩端電壓處于

16、負方向，電機開始逆轉(zhuǎn)，此時限位開關(guān)ab處于閉合狀態(tài)，當窗簾到達合攏位置時，碰斷限位開關(guān)ab接點，電源被切斷，則電機停轉(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現(xiàn)，第一種方法是通過電池供電，但是考慮到需要選擇合適電池的指標參數(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)過熔斷器以防止電路出現(xiàn)短路對其他元件造成損害。然后與一個RC濾波電路相連進行第一次濾波。這是考慮到電網(wǎng)電壓中實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)過橋式整流電路，C5電容濾波后電壓相對穩(wěn)

18、定。此時經(jīng)過7.5V穩(wěn)壓管分壓，BG4的B4為7.5V，C極為12V，由此可推出BG4導通，E極為6.8V。再經(jīng)過C3、C4的濾波，最終給其他電路輸出一個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>　?。?）光線較強時，K2,K4閉合，點擊反轉(zhuǎn)或者正轉(zhuǎn)，如圖4.1.2所示：</p><p><b>　　圖4.1.2</b></p><p>　?。?）電機開關(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>　　當光線較強時，J1不動作,J2動作，使得J2-1、J2-2吸合，J1-1,J1-2斷開，電機兩端電壓處于正方向，電機開始正轉(zhuǎn)，此時限位開關(guān)bc處于閉合狀態(tài)，當窗簾到達邊沿時，碰斷限位開關(guān)bc接點，電源被切斷，則電機停轉(zhuǎn)。</p><p>　　當光線較弱時來臨時，J1動作，J2不動作，使得J1-1、J1-2吸合

22、，J2-1、J2-2斷開，電機兩端電壓處于負方向，電機開始逆轉(zhuǎn)，此時限位開關(guān)ab處于閉合狀態(tài)，當窗簾到達合攏位置時，碰斷限位開關(guān)ab接點，電源被切斷，則電機停轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　5 結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計主要是光信號獲取及轉(zhuǎn)換為電信號，利用電信號實現(xiàn)控制， 以及各種控制狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。</p><p>　　通過光

23、敏電阻轉(zhuǎn)換為電位信號，繼而利用5G1555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器進行電位比較，根據(jù)情況不同輸出高低電平。利用電平高低以及BJT特性實現(xiàn)繼電器開關(guān)的開斷，同時配合限位開關(guān)繼而控制電機的正反轉(zhuǎn)及停轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　六 參考文獻</b></p><p>　　張慶雙主編．電子元器件的選用與檢測．機械工業(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)計實用教程．中南大學出版社，2002年．</p><p>　　孟貴華主編．電子元器件選用入門．機械工業(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)計教程海洋出版社，2005年1月．</p><p><b>　　成績： </b></p>