課程設(shè)計(jì)報(bào)告---光控制走廊燈電路系統(tǒng)

1、<p><b>　　電子課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)課題：光控制走廊燈電路系統(tǒng) </p><p>　　學(xué)校： </p><p>　　專(zhuān)業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器</p><p>　　學(xué)生學(xué)號(hào)： </p>

2、<p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　課題名稱(chēng)： 光控制走廊燈電路系統(tǒng) </p><p><b>　　課題要求

3、：</b></p><p>　　1 初步掌握一般電子電路分析和設(shè)計(jì)的基本方法。包括：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo)，確定電路方案，通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算選擇元器件，然后安裝電路，進(jìn)行調(diào)試，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，提出改進(jìn)意見(jiàn)，寫(xiě)出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。 </p><p>　　2 培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力和獨(dú)立分析、解決問(wèn)題的能力。包括：查閱參考資料、工具書(shū)，掌握電路調(diào)試的一般規(guī)律。 </p><p>

4、;　　3 掌握電子電路的安裝、布線等基本技能。 </p><p>　　4 更加熟練地掌握常用電子儀器的正確使用方法。包括：示波器、直流穩(wěn)壓電源、萬(wàn)用表等。</p><p><b>　　課題內(nèi)容：</b></p><p>　　1任務(wù)：走廊燈可由光照強(qiáng)度控制，光照度強(qiáng)（白天）時(shí)燈不亮，光照度暗（黑天）時(shí)亮（或者相反設(shè)計(jì)）；設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)光照度檢測(cè)電路并進(jìn)

5、行信號(hào)放大。</p><p>　　2 對(duì)方案中各部分進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件選擇。將各部分連接在一起，用protel畫(huà)出一個(gè)符合要求的完整的系統(tǒng)電路圖。</p><p>　　3 電子電路設(shè)計(jì)完成后，即可進(jìn)行組裝、調(diào)試；電子電路包含通電檢查、單元電路調(diào)試，整機(jī)聯(lián)調(diào)。</p><p>　　4 撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。</p><p>&l

6、t;b>　　工作進(jìn)度安排：</b></p><p><b>　　主要參考資料：</b></p><p>　　[1] 《電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分》第五版 高教出版社 康華光 2006</p><p>　　[2] 《電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分》第五版 高教出版社 康華光 2006</p><p><b>

7、;　　目錄</b></p><p>　　概述........................................................................................1</p><p>　　確定設(shè)計(jì)方案（原理圖）....................................................1<

8、/p><p>　　選擇元器件............................................................................7</p><p>　　電路仿真................................................................................7</p>

9、<p>　　電路組裝與焊接....................................................................9</p><p>　　電路調(diào)試與分析....................................................................11</p><p>　　小結(jié)與心得....

10、........................................................................12</p><p>　　8.參考文獻(xiàn)................................................................................12</p><p><b>　　1.概

11、述</b></p><p>　　如今，光電產(chǎn)業(yè)的結(jié)合已經(jīng)是未來(lái)光機(jī)電一體化趨勢(shì)的代表。這一結(jié)合最與我們息息相關(guān)的就是光控走廊燈的使用。我們經(jīng)常可以看到，每天傍晚，當(dāng)天色較暗，走廊燈燈便自動(dòng)點(diǎn)亮；每到清晨，當(dāng)太陽(yáng)照亮整個(gè)走廊時(shí)，走廊燈就自動(dòng)熄滅。其實(shí)，實(shí)現(xiàn)這些功能的并不是哪位辛勤的街道管理者，而是光電器件的杰作。其中，其主要作用的，就是光敏電阻的使用。</p><p>　　本文所

12、要做的，便是用軟件模擬整個(gè)光控路燈的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，仿真成功后制作真實(shí)電路。仿真所用的軟件是proteus 7.8。它是一款常見(jiàn)的單片機(jī)電路仿真工具。利用proteus 7.8能夠?qū)崿F(xiàn)繪制電路原理圖并提供連續(xù)性的仿真信息。這樣可以極大地縮短系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的時(shí)間和成本。可以說(shuō)，如今，基于電子計(jì)算機(jī)的EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）已經(jīng)成為廣大電子開(kāi)發(fā)人員的首選。</p><p><b>　　2.確定設(shè)計(jì)方案</b>

13、;</p><p>　　方案一：（注釋?zhuān)罕驹O(shè)計(jì)挑戰(zhàn)自己設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源）</p><p>　　根據(jù)課題要求，我們可以將設(shè)計(jì)分成三個(gè)模塊：電源變換模塊，開(kāi)關(guān)控制模塊。走廊燈一般使用交流市電作為供電電源。而我們電路中的各種控制電路則需要使用直流電，所以，必須進(jìn)行電源變換。常用的方法是整流濾波后進(jìn)行穩(wěn)壓。若要滿(mǎn)足走廊燈在室外光強(qiáng)強(qiáng)時(shí)關(guān)閉，弱時(shí)開(kāi)啟，也就是要一個(gè)回差控制。顯然，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能需要使

14、用具有回差特性的原件。一般是用斯密特觸發(fā)器或滯回比較器。我們可以專(zhuān)門(mén)用基本原件來(lái)設(shè)計(jì)斯密特觸發(fā)器，但是目前已有專(zhuān)用的集成原件，如555定時(shí)器，使用這些集成芯片不但方便，而且性能穩(wěn)定。最后，要實(shí)現(xiàn)對(duì)燈開(kāi)關(guān)的控制，必須使用具有模擬開(kāi)關(guān)特性的器件，如繼電器，用它作為開(kāi)關(guān)原件可以有更好的效果。最后把它們連接起來(lái)，便構(gòu)成了整個(gè)控制系統(tǒng)，它的工作方式可以定性的解釋為：當(dāng)光照在光敏電阻上時(shí)，其阻值發(fā)生改變，從而其兩端的電壓也會(huì)相應(yīng)變化，用這個(gè)電壓去控

15、制光路控制模塊，使之有不同的輸出，這個(gè)輸出又去控制開(kāi)關(guān)進(jìn)行相應(yīng)的改變。從而控制燈泡的亮與不亮。</p><p><b>　　原理圖如下：</b></p><p>　　1）電源變換模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　一般地，電源變換采用整流濾波后穩(wěn)壓的方法。具體電路如下：</p><p>　　通過(guò)如上處理，交流輸入可以相當(dāng)于一

16、個(gè)穩(wěn)定的直流輸出，這給后面的控制部分提供了穩(wěn)定的直流電壓。</p><p><b>　　2）開(kāi)關(guān)控制模塊</b></p><p>　　開(kāi)關(guān)控制模塊主要用555定時(shí)器搭成的斯密特觸發(fā)器構(gòu)成。</p><p>　　下面介紹一下此模塊的原理：</p><p>　　555定時(shí)器是一個(gè)多功能的集成芯片，利用它可以極其方便的構(gòu)成多諧

17、振蕩器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，斯密特觸發(fā)器。而本文正是使用555定時(shí)器構(gòu)成斯密特觸發(fā)器來(lái)完成對(duì)開(kāi)關(guān)的控制功能。它的內(nèi)部組成如下：</p><p>　　它主要分為3個(gè)部分：比較部分，鎖存部分，輸出部分。</p><p>　　比較部分有放大器C1，C2組成。由圖可見(jiàn),。根據(jù)輸入端口和與這兩個(gè)電壓的關(guān)系組合，可以使鎖存器處于不同狀態(tài)，從而輸出處于相應(yīng)的狀態(tài)。根據(jù)電壓比較器的特點(diǎn)和與非門(mén)鎖存器的真值表，我

18、們可以得到如下的狀態(tài)關(guān)系表：</p><p>　　不難發(fā)現(xiàn)，如果把和接在一起作為輸入，當(dāng)它們?cè)诤椭g變化時(shí)，如果變化的方向不同，那么輸出有不同的狀態(tài)。這就可以構(gòu)成斯密特觸發(fā)器。以下是具體連接圖：</p><p><b>　　下面具體來(lái)看：</b></p><p>　　1）當(dāng)< 時(shí)，由上表，=1，=0，=1；</p><

19、p>　　2）當(dāng)<< 時(shí)，==1，保持不變；</p><p>　　3）當(dāng)>時(shí)，=0，=1，=0；</p><p><b>　　再看從下降的過(guò)程。</b></p><p>　　1）當(dāng)<<時(shí)，==1，=0保持不變；</p><p>　　2）當(dāng)< 時(shí)，=1，=0，=1。</p>

20、;<p>　　由上面的分析，可以畫(huà)出如下輸入輸出特性曲線：</p><p>　　可見(jiàn)，這是典型的斯密特觸發(fā)器工作狀態(tài)圖。它的回差電壓是-=。利用這點(diǎn)，我們可以很好的實(shí)現(xiàn)光控的回差特性。</p><p>　　下面我們來(lái)測(cè)試一下斯密特觸發(fā)器的特性。測(cè)試圖如下：</p><p>　　根據(jù)前面的分析，若Vcc為12V，則兩個(gè)回差點(diǎn)分別是4V，8V。如果輸入一個(gè)

21、合適的正弦波，那么我們可以想見(jiàn)，當(dāng)電壓有0升到8V的過(guò)程中，輸出為高電平；過(guò)了8V以后變低電平；當(dāng)電壓下降時(shí)，降到4V以前，會(huì)保持低電平，低于4V后會(huì)到高電平。輸出將是矩形波。</p><p>　　方案二：（實(shí)驗(yàn)室提供直流穩(wěn)壓電源）</p><p>　　本電路主要用到三極管。下面簡(jiǎn)要介紹一下三極管的工作原理：</p><p>　　三極管是一種控制元件，主要用來(lái)控制電

22、流的大小，以共發(fā)射極接法為例（信號(hào)從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當(dāng)基極電壓UB有一個(gè)微小的變化時(shí)，基極電流IB也會(huì)隨之有一小的變化，受基極電流IB的控制，集電極電流IC會(huì)有一個(gè)很大的變化，基極電流IB越大，集電極電流IC也越大，反之，基極電流越小，集電極電流也越小，即基極電流控制集電極電流的變化。但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的放大作用。IC 的變化量與IB變化量之比叫做三極管的放大倍數(shù)β（β=ΔIC

23、/ΔIB, Δ表示變化量。），三極管的放大倍數(shù)β一般在幾十到幾百倍。 三極管在放大信號(hào)時(shí)，首先要進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，即要先建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，也叫建立偏置，否則會(huì)放大失真。 在三極管的集電極與電源之間接一個(gè)電阻，可將電流放大轉(zhuǎn)換成電壓放大：當(dāng)基極電壓UB升高時(shí)，IB變大，IC也變大，IC 在集電極電阻RC的壓降也越大，所以三極管集電極電壓UC會(huì)降低，且UB越高，UC就越低，ΔUC=ΔUB。</p><p>　　當(dāng)有

24、光照射到光敏電阻時(shí)，其阻值減?。◣资甂左右），Q1基極電壓被拉低而截止，Q2基極電壓升高Q2截止，LED滅；反之光敏電阻沒(méi)有光照時(shí)，其阻值增大（幾M），Q1基極電壓升高并使其導(dǎo)通，Q2基極電壓降低，Q2飽和導(dǎo)通，LED得電發(fā)光。</p><p><b>　　原理圖如下：</b></p><p><b>　　3.選擇元器件</b></p>

25、;<p>　　方案一：變壓器(220V-12V)</p><p>　　橋硅（KBP207)</p><p>　　電解電容（2200uF/10uF/100uF各一個(gè)）</p><p>　　可調(diào)電阻兩個(gè)（1M）</p><p><b>　　電阻（500）</b></p><p>　　二極

26、管三個(gè)（IN4007)</p><p>　　繼電器（JQC-3F)</p><p>　　光敏電阻（GL5528)</p><p><b>　　NE555定時(shí)器</b></p><p>　　瓷片電容(0.01uF)</p><p>　　白熾燈（220V、25W)</p><p&g

27、t;　　方案二：9014三極管</p><p><b>　　9012三極管</b></p><p><b>　　10k電阻</b></p><p><b>　　100k電阻</b></p><p><b>　　發(fā)光二極管</b></p>&l

28、t;p>　　光敏電阻（GL5528)</p><p>　　瓷片電容（0.1uF)</p><p><b>　　開(kāi)關(guān)</b></p><p><b>　　4.電路仿真</b></p><p>　　原理圖在進(jìn)行仿真時(shí)，有些在原理圖中的元件并不是都可以找到有些元件只能用其他的代替。有些</p&

29、gt;<p>　　根據(jù)原理圖在proteus軟件中仿真電路。</p><p><b>　　方案一：</b></p><p><b>　　方案二：</b></p><p><b>　　5.電路組裝與焊接</b></p><p>　　根據(jù)原理圖在焊板上焊接電路。<

30、;/p><p><b>　　方案一：</b></p><p><b>　　方案二：</b></p><p><b>　　分析調(diào)試與分析</b></p><p><b>　　方案一：</b></p><p><b>　　方案二：

31、</b></p><p><b>　　小結(jié)與心得</b></p><p>　　通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)把學(xué)到的理論應(yīng)用到了實(shí)際的電路中。在開(kāi)始時(shí)很茫然不知道該做什么，在設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)和老師的指導(dǎo)下，慢慢知道怎么開(kāi)始實(shí)施。查找設(shè)計(jì)方案時(shí)，有很多的方案可以實(shí)施。最終確定了的方案是我對(duì)原理很熟悉的一個(gè)方案。在方案確定之后要求能夠在軟件中實(shí)現(xiàn)仿真，在仿真過(guò)程中不能實(shí)現(xiàn)功能，又

32、開(kāi)始著急了，從仿真圖中不能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。只能從原理圖中查找原因，最終的原因是原理圖中的元件參數(shù)有不合適的。通過(guò)修改在仿真圖中的元件參數(shù)最終可以實(shí)現(xiàn)功能。在后面的連接實(shí)物圖時(shí)更是困難，焊接是時(shí)有些元件很難找到合適的位置。因?yàn)閷?shí)物和原理圖中的元件的接點(diǎn)不相同。</p><p>　　本次課設(shè)讓我感覺(jué)每一件簡(jiǎn)單的沒(méi)手開(kāi)始實(shí)施時(shí)永遠(yuǎn)不會(huì)知道它會(huì)有你不能做好它的。實(shí)際操作時(shí)并不像原理中那樣什么都可以隨時(shí)信手拈來(lái)，在實(shí)際中必須先把

33、各個(gè)方面準(zhǔn)備好。才能動(dòng)手開(kāi)始做，否則在實(shí)施時(shí)將不能進(jìn)行很順利。做好每一件簡(jiǎn)單的事就是做好整個(gè)課設(shè)的關(guān)鍵。</p><p><b>　　8.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 康華光--《電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分（第五版）》北京：高等教育出版社,</p><p><b>　　2006.</b></p>

34、<p>　　[2] 康華光--《電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分（第五版）》北京：高等教育出版社， </p><p><b>　　2006.</b></p><p>　　[3] 朱清慧、王志奎--《Proteus教程-電子線路設(shè)計(jì)、制版與仿真（第二版）》 </p><p>　　北京：清華大學(xué)出版社，2011.</p>