简易窗帘设计报告--课程设计.doc

0 摘摘 要：要：.3 一、设计思想及要求：一、设计思想及要求：.3 二、设计方法：二、设计方法：.4 1、原理示意图4 2、元器件介绍5 3、光电开关：6 4、555 时基电路.7 5、单稳态触发器：9 6、电源电路：10 三、目标设置三、目标设置.13 1、具体功能模块、具体功能模块.13 四、简易窗帘自动开闭系统实际中调整与改进及现实应用背景四、简易窗帘自动开闭系统实际中调整与改进及现实应用背景.14 五、五、 总结设计体会总结设计体会.15 简易窗帘自动开闭电路图简易窗帘自动开闭电路图.16 参考文献.16 附录附录.17 元件清单.17 主要内容主要内容 1 1阅读相关科技文献。 2学习 protel 软件的使用。 3学会整理和总结设计文档报告。 4学习如何查找器件手册及相关参数。 技术要求技术要求 1.要求电路能够通过感应装置，检测到光线的强弱。 2.要求电路根据光线的强弱，自动将窗帘打开和关闭。 3.要求电路能够在窗帘接触到边沿时，自动切断电源。 主要参考资料主要参考资料 1何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001 年 6 月 2姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001 年 10 月 3王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999 年 10 月 4李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005 年 6 月 5康华光，电子技术基础，高教出版社，2003 6. 查阅相关电子设计内容科技期刊等文献资料及浏览相关网站 摘摘 要要 随着电子制作知识的不断增加和电子制作过程中经验的不断积累， 发现在电子制作及调试过程中，特别是在数字电子技术的制作过程中， 对 555 的学习和了解特把学习的知识运用到实际，进一步加深理解。我 们知道，555 时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在同一硅 片上的组合集成电路。555 电路在应用和工作方式上一般可归纳为 3 类。 每类工作方式又有很多个不同的电路。在实际应用中，除了单一品种的 2 电路外，还可组合出很多不同电路，如：多个单稳、多个双稳、单稳和 无稳，双稳和无稳的组合等。这样一来，电路变的更加复杂。为了便于 我们分析和识别电路，更好的理解 555 电路，我简单用单稳态制作的自 动门帘控制电路希望通过该电路的应用加深对 555 的理解。 一、设计思想及要求一、设计思想及要求 1.要求电路能够通过感应装置，检测到光线的强弱。 2.要求电路根据光线的强弱，自动将窗帘打开和关闭。 3.要求电路能够在窗帘接触到边沿时，自动切断电源。 二、设计方法二、设计方法 3 1、原理示意图、原理示意图 原理图：原理图： 原理：原理： 交流 220V 电压经变压器降压、整流桥整流、7812 稳压和 C7、C6、 C5，C8 滤波后，产生 12V 直流电压，供给 IC1、IC2 和光控电路。 清晨，光敏电阻 VTL 在自然光线的照射下导通，使 IC1 的 2 脚和晶 体管 VT 的基极为低电平，VT 截止，IC1 内部的单稳态触发器动作（变 为暂稳态），其 3 脚输出高电平，IC2 的 2 脚为高电平，3 脚为低电平 。电动机 M 正转，将窗帘拉开。当窗帘拉开到位后，IC1 又由暂稳态变 为稳态，其 3 脚恢复为低电平，使电动机 M 停转。 旁晚光线暗淡时，VTL 截止，IC1 因 2 脚为高电平而不能被触发， 其 3 脚为低电平。VT 因基极变为高电平而导通，其集电极电压下降， 使 IC2 的 2 脚产生低电平触发电压，IC2 内部的单稳态触发器翻转，由 稳态变为暂态，3 脚输出高电平，使电动机 M 反转，窗帘开始闭合。窗 4 帘闭合到位后，单稳态触发器恢复为稳态，IC2 的 3 脚变为低电平，电 动机 M 停转。 调节电位器 RPl 和 RP2，可以改变电动机的运转时间。 在阴雨天时，由于光线较弱，可以直接改用手动控制，操作如下： K1 一 K3 为手动按钮。采用手动控制时，应将 K3 关断，使光控电 路失效。按动 K1 时，IC1 触发翻转，电动机 M 正转，将窗帘拉开；按 动 K2 时，IC2 触发翻转，电动机 M 反转，将窗帘拉起。 2 2、元器件介绍、元器件介绍 R1、R2 均选用 1/4W 碳膜电阻器；B3 选用 1/2W 金属膜电阻器。 RPl、RP2 均选用小型膜式线性电位器。 C1、C4、C7 和 C8 均选用耐压值为 25V 的铝电解电容器；C2、C3 选 用涤纶电容器或独石电容器,C5 和 C6 用陶瓷电阻 104。 VTL 选用 3DU 系列的光敏电阻；VT 选用 S9014 型号的硅 NPN 型晶体 管。 IC1 和 IC2 选用 NE555 变压器可选用单输出 22015V;整流桥可用四个 4007 稳压二极管 组成 稳压管用 7812 5 Kl、K2 均选用微型按钮；K3 选用自锁动断型按钮 3 3、光电开关：、光电开关： 光电开关是一种利用感光元件对变化的入射光加以接收, 并进行光 电转换, 同时加以某种形式的放大和控制, 从而获得最终的控制输出“ 开”、 “关”信号的器件。 上图为典型的光电开关结构图。是一种反射式的光电开关, 它的发 光元件和接收元件的光轴在同一平面且以某一角度相交，交点一般即为 待测物所在处。 当有物体经过时, 接收元件将接收到从物体表面反射 的光, 没有物体时则接收不到。 透射式的光电开关, 它的发光元件和接收元件的光轴是重合的。 当不透明的物体位于或经过它们之间时, 会阻断光路, 使接收元件接收 不到来自发光元件的光, 这样起到检测作用。 6 光电开关的特点是小型、高速、非接触, 而且与 TTL、 MOS 等电路容易 结合。 此类传感器目前也多为开关量传感器，输出的为 1，0 开关量信号 ，可以和单片机直接连接使用。 光电开关广泛应用于工业控制、自动化包装线及安全装置中作光控 制和光探测装置。可在自控系统中用作物体检测， 产品计数, 料位检 测，尺寸控制，安全报警及计算机输入接口等用途。 4 4、555555 时基电路时基电路 555 时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在同一硅片上 的组合集成电路。它设计新颖，构思奇巧，用途广泛，备受电子专业设 计人员和电子爱好者的青睐，人们将其戏称为伟大的小 IC。1972 年， 美国西格尼蒂克斯公司)研制出 NE555 双极型时基电路，设计原意是用 来取代体积大,定时精度差的热延迟继电器等机械式延迟器。但该器件 投放市场后，人们发现这种电路的应用远远超出原设计的使用范围，用 途之广几乎遍及电子应用的各个领域，需求量极大。美国各大公司相继 仿制这种电路 1974 年西格尼蒂克斯公司又在同一基片上将两个双极 7 型 555 单元集成在一起，取名为 NF556。1978 年美国英特锡尔公司研制 成功 CMOS 型时基电路 ICM555 1CM556,后来又推出将四个时基电路集成 在一个芯片上的四时基电路 558 由于采用 CMOS 型工艺和高度集成，使 时基电路的应用从民用扩展到火箭、导弹,卫星,航天等高科技领域。在 这期间，日本、西欧等各大公司和厂家也竞相仿制、生产。尽管世界各 大半导体或器件公司、厂家都在生产各自型号的 555556 时基电路， 但其内部电路大同小异，且都具有相同的引出功能端。 555 时基集成电路的工作原理与应用 ： 555555 定时器定时器 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压 控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚 悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的 同相输入端的电压为 VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于 VCC /3 ，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1 。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于 VCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0 ，使输出为 0 电平。 1、555 定时器有两个阀值电平，分别是 1/3Vcc 和 2/3Vcc； 2、输出端是低电平时三极管 TD导通，7 叫输出低电平；输出端为 高电平时三极管截止，如果 7 脚接一个上拉电阻，7 脚输出为高电平， 所以 7 叫接一个上拉电阻时，输出状态与 3 相同。 8 5 5、单稳态触发器：、单稳态触发器： 555 定时器主要由比较器、触发器、反相器和三个 5K 的电阻组成的分 压器等部分构成，电路如下： 555 内部结构图内部结构图 9 6 6、电源电路：、电源电路： 电源电路的设计可以采用两种方法来实现，第一种方法是采用 电池供电，需要注意的问题是选择合适电池的指标参数与电路相匹 配。第二种方法是采用如下图所示的电路，直接有电网供电，通过 变压器电路、滤波电路和稳压电路将电网中的 220V 交流电转化为 +12V 直流电压。电路中的变压器采用常规的铁芯变压器，整流电路 采用二极管桥式整流电路，C5、C6、C7 和 C8 完成滤波功能，稳压 10 电路采用三端稳压集成电路来实现 11 高压交流电转变低压直流电路图高压交流电转变低压直流电路图 12 电源原理图电源原理图 三、目标设置三、目标设置 1、具体功能模块、具体功能模块 13 四、简易窗帘自动开闭系统实际中调整四、简易窗帘自动开闭系统实际中调整 与改进及现实应用背景与改进及现实应用背景 在实际中，简易窗帘开闭系统制作比较简单，只要按图安装， 理论上能达到预期目的，但在实际中需根据需要合理调整， （对可调电 阻 RP1 和 RP2 的调节，以便控制电动机的转速）调试成功后方可使用。 此电路可用到家庭或商店、教室等室内场所时，可把系统安装到窗帘上 侧，把光敏电阻延伸到窗外阳光照射的地方，用玻璃隔着，以防落入过 多尘土。当出现阴雨天气时，可换用手动这样可以弥补以上不足。由于 整个系统所用地方比较小，方便室内使用，不影响室内整体布局，并且 电源供给可以直接运用家庭电源。因此这可以作为室内帘子系统不错的 选择。随着社会的发展，农村城镇化和美观化，自动化，因此作为社会 的基本单元家庭的设计和布局问题就显得尤为重要。传统的机械式 门帘已经不能适应人们的需要，也跟不上社会的潮流。 此外，该系统也以其价格低廉、体积小等特点而有明显的优势从而会受 到广大用户和专业人士的欢迎。 14 五、五、 总结设计体会总结设计体会 通过设计自动门帘开闭电路，让我深刻意识到科技就是力量，科技在 身边的应用，很多东西并不像我们想的那么遥远。在这次设计电路中， 我个人感受是：通过对任务书的阅读和理解，并要慎重考虑到实际应用 中的可行性，总体要考虑很多，不是简单几块。比如说：开始才得到这 个课题时，我认为不是很简单吗？只要一个光敏电阻和一个电机不就行 了吗，把电源打开，阳光照射进来，电路导通，电机把帘子拉上去不就 可以了。可是仔细一想，不对，帘子上去了，怎么下来，用手拉吗？那 不是又回到以前了，也不是自动的了，于是又想一下再怎样解决下拉帘 子的问题，要不再加一个电机，再做一个和以上一样的系统，接着问题 又出来了，怎样让它启动，不让其和另外的电机起冲突，又想用单刀双 掷开关控制，接着老问题又出现，取消。有想两个电机，一个在室内一 个在室外，晚上主人回来，开灯，室内的导通，帘子拉下来，白天的阳 光照射，室外导通，帘子拉上去。可是还有一个问题是：怎样才能是莲 子拉上去或者拉下来后，电机能停止转动。于是又想在帘子顶部和底部 接一导线使它能轮换控制开关的通断，这个和楼上、楼下的楼梯灯系统 有点相似。最后能实现，可是比较麻烦，里面最初的设想还有用声控系 统，但是晚上如果有声音，将是非常麻烦，于是放弃。最后听同学说 555，才忽然想起 555 不就能解决这个问题嘛，于是通过查余额相关资 料，以及运用网上资料，又通过整理，验证，考虑实际生活中的安全问 题，终于调试出来，最后是布局和刷 PCB 板，由于铜敷面板没有找到， 所以改用万用板做出来，经过调试能够正常工作。 15 简易窗帘自动开闭电路图简易窗帘自动开闭电路图 参考文献参考文献 1，何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001 年 6 月 2，姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001 年 10 月 3，王澄非，电路与数学逻辑设计实践，东南大学出版社，1999 年 10 月 4，李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005 年 6 月 5，康华光，电子技术基础，高教出版社，2003 6家用电子设计 200 例。 16 附录附录 元件清单元件清单： 简易窗帘自动开闭电路元件清单简易窗帘自动开闭电路元件清单 符符 号号类类 别别数数 目目封装封装 R1