电子技术课程设计-简易窗帘自动开闭电路.docx

简易窗帘自动开闭电路郑州轻工业学院电子技术课程设计 题 目： 简易窗帘自动开闭电路学生姓名： 专业班级： 建筑电气14-01 学 号： 院 （系）： 建筑环境工程学院 指导教师： 完成时间： 2016年12月30日 郑州轻工业学院课程设计（论文）任务书题目 简易窗帘自动开闭电路 专业 建筑电气14-01 学号 541401040140 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容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完 成 期 限： 2016年12月30日 指导教师签章： 专业负责人签章： 2016年12月30日目 录摘要 I1 概述 12 系统方案设计 22.1系统组成框图2 2.2主要单元电路的设计及功能2 2.2.1电源电路 2 2.2.2光信号处理电路32.2.3 电动机开关电路 43 元器件选型 6 3.1 变压器8 3.2 整流桥式9 3.3 三端稳压器LM78057 3.4 集成运算放大器7 3.5 晶体管8 3.6 电阻器9 3.6.1 光敏电阻10 3.6.2 碳膜电阻10 3.7 碳膜电位器10 3.8 稳压二极管11 3.9 直流电动机124 结论135 总结14参考文献18附录19 简易窗帘自动开闭电路课程设计论文摘 要按照课程设计的技术要求:能够通过感应装置检测到光线的强弱，并且根据光线的强弱自动开闭窗帘，在窗帘接触到边沿时，自动切断电源进行本电路的设计。本电路选用光敏电阻器RG作为光线的感应电路，光敏电阻可以根据光线强度的不同产生与之相对应强弱的电阻。因此，就会改变集成双运算放大器各端的电压。 感应电路产生的高阻值或者低阻值的状态会影响运算放大器IC各端的电压，调节电位器RP1、RP2改变各端电压的高、低电平决定着三极管V1-V3导通还是V4-V6导通将，最终决定电路中小电机的正转与反转，将小电机与窗帘相连就可以实现窗帘的自动打开和关闭。电路的自动断电由滑动触电开关S1、S2控制。关键词：光敏电阻、运算放大器、三极管、滑动触点开关I1 概述 当窗户面积大、窗户高或安装厚重的窗帘布时，使用手动或拉绳都比较费力，并且容易导致帘布损坏，所以现在采用光控电动自动控制布帘的方式代表时代发展的潮流。由于其质量技术等各方面的全面改进，理所当然，光控自动窗帘成为科技不断进步，社会飞速发展的必然产物。为了巩固已学习的模电和数电知识以及初步掌握protel软件，更为了提高自己的实际应用能力，学习一些书本上没有的知识，我精心设计了这个简易窗帘自动开闭电路，该电路能够通过感应装置，检测到光线的强弱，并能够根据光线的强弱，自动将窗帘打开和关闭，同时能够在窗帘接触到边沿时，自动的切断电源。现在的智能化家居在不断的发展中，电动类的产品，也不断的出现在人们的生活中，电动窗帘，用电来启动，直接是遥控器，就可以开关窗帘，在外观上，它有普通窗帘的效果，又拥有着独特的优势，在现在的家居中，很受欢迎。下面就介绍下电动窗帘的7大特点。 最主要的电机可以根据窗帘的大小来选择直流或交流两种。窗户面积很大的，可以采用钢丝绳或导轨导向。 在家里的客厅、卧室等都可以使用，美观大方。在窗户面积较大的会议室、别墅等也不会显得很低档，开合也节省了人力物力。无论是落地窗还是一般的窗，都可以安装电动窗帘，运用广泛。 采用更具耐久性的铝材轨道杆，为保证能够安全牢固，还插入了金属丝的运动履带，能达到10年以上的使用寿命。在日常开合过程中，如果有障碍可以自动停止，起到更好的保护作用。 布艺窗帘材质的选择多样，无论是纯棉、麻、涤纶还是其他各种常用材质，都可以安装在电动窗帘上，整体效果与手动窗帘一样。 在自动开合时，窗帘的运行是灵滑顺畅的，对所在空间的噪音影响较少 既可以用遥控或者按钮控制窗帘开合，也可以用手动操作，满足两种方式的切换。如果要同时控制多个窗帘，也有群控的功能选择，非常灵巧方便。2系统方案设计2.1系统组成框图简易窗帘自动控制电路系统框图如图2-1图2-1 系统组成框图光线感应电路的功能是利用光敏电阻产生与光照相对应的电阻，从而实现对光线的检测。信号放大电路是利用双集成运算放大电路将很弱的电信号放大成一个适当大小的电信号。窗帘开关电路的功能是利用单稳态电路以及三极管的特性来控制电机的正反转，从而实现窗帘的自动打开和闭合。自动断电电路的功能是利用滑动触头开关来实现电动机停转。电源电路的功能是为各部分电路提供直流电源。2.2主要单元电路的设计及功能2.2.1电源电路如图2-2所示为电源电路图2-2电源电路此电源是一个220V工频电源。它由变压器、整流桥、前级滤波、三端稳压器和后级滤波组成。图示的变压器变比是220：9变压器把220V的交流电压变成9V的交流电压。整流器的作用是降低后的工频交流电压变换为直流电压。在交流的正半轴，变压器次级上正下负，电流从正极经D4、负载和D5流回变压器的负极，这样若忽视二极管的导通电压，在负载-上得到一个大小与变压器次级相同的电压波形，极性为上正下负；在交流的负半周，变压器次级上负下正，电流从正极经D6、负载和D3流回变压器的负极，这样在负载也得到一个大小与变压器次级相同的电压波形，极性与正半周一样，也为上正下负。因此在交流信号的正负半周的分别作用下，整流器均输出单极性的脉动电压，该输出的直流成分已大于零经整流后的电压有比较大的波纹。前级滤波器由大电容C1和小电容C2并联组成，我们知道电容能够滤除交流信号，整流器输出的单极性，脉动电压经过该滤波器后，就变成了直流信号了。大电容C1的作用主要是交流成分和储存电能，小电容C2的作用是滤除高频干扰。输出的直流电压是不稳定的，它的输出电压值会随着电网电压的波动和负载轻重而变化，并不适合直接应用于计算机系统和电子电路，因此还必须进行稳压。集成稳压器7805是一个固定5V输出的集成三端线性稳压器，它内部有一个累死稳压管的电压基准源，且利用深度负反馈电路将输出稳定控制在5V，在一定范围内不受电网电压和负载轻重的印象。它的最大输出电流为1A，最高输入电压为36V，输入管脚和输出管脚之间的最大压差2.5V，最低输入电压为7.5V。中后级滤波器由C3和C4构成，它的作用是进行进一步的滤波，为防止电源在稳压过程中和负载变化过程中所产生的直流输出电压波动。2.2.2光信号处理电路环境光线较强时，光敏电阻器RG呈低阻值状态，使IC的2脚（放大器IC1A的反相输入端）电压较3脚（放大器ICA的同相输入端）电压高，IC的5脚（放大器IC1B的同相输入端）电压较6脚（放大器ICB的反相输入端）电压高，IC的1脚为低电平，7脚输出高电平。坏境光线较弱时，光敏电阻器RG的阻值变大，使IC得3脚电压高于2脚电压，1脚输出高电平。调节电位器RP1、RP2的电阻值。改变IC的2脚电压和5脚电压的高低，使清晨时IC的7脚输出高电平，1脚输出低电平；而傍晚时IC的1脚输出高电平，7脚输出低电平即可，起到调节的作用。如图2-3所示为光信号处理电路图2-3光信号处理电路2.2.3电动机开关电路 如图2-4、2-5所示为电动机开关电路图2-4电动机开关电路图2-5电动机开关电路环境光线较强时，IC的1脚输出低电平，7脚输出高电平，使晶体管V1-V3均导通，V4-6截止，电动机M正转，驱动窗帘拉开。当窗帘拉开到位后，滑动触点开关（位置开关）S1被触动而接通，使V1的基极变为低电平，V1-V3均截止，电动机M停转。环境光线较弱时，IC的3脚电压高于2脚电压，1脚输出高电平，使晶体管V4-V6均导通，电动机M翻转，驱动串联拉合。当窗帘拉合到位后，滑动触头开关S2被接通，使V4的基极变为低电平，V4-V6截止，电动机M停转。3 元器件选型3.1 变压器变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，是一种在电子电路，以及电力系统中非常常见的器件，小到收音机，大到我们日常生活中大型电网，用来升压降压的电力变压器等。分别独立的共用一个铁芯的线圈。分别叫做变压器的次级线圈和初级线圈。当一个交流电压（V1）供应至初级绕组的线圈所产生的磁力线数目也不停改变。由于磁场强度的不断变化，促使缠绕在同一铁芯上的另一端线圈产生感应电动势V2。变压器智能改变交流电压，不能改变直流电压，因为直流电流是不会变化的，电流通过变压器不会产生交变的磁场，所以次级线圈智能在直接接通的一瞬间产生一个瞬间电流和电压。把直流电压强加于变压器上会有烧毁变压器的可能。如图3-1所示为变压器图3-1变压器3.2 整流桥式整流桥堆就是由两个或四个二极管组成的整流器件。桥堆有半桥和全桥两种，半桥又有正半桥和负半桥两种，桥堆的文字符号为UR。桥堆的基本组成：全桥由四肢二极管组成，有四个引出脚。两只二极管负极的连接点是全桥直流输出端的“正极”，两只二极管正极的连接点是全桥直流输出端的“负极”。基本原理：整流桥堆产品是由四只整流硅芯片作桥式连接，外用绝缘塑料封装而成，大功率整流桥在绝缘层外添加锌金属壳包封，增强散热。整流桥品种多：有扁形、圆形、方形、板凳形（分直插与贴片）等，有GPP与O/J结构之分。最大整流电源从0.5A到100A，最高反向峰值电压从50V到1600V。半桥是将两个二极管桥式整流的一半封在一起,用两个半桥可组成一个桥式整流电路,一个半桥也可以组成变压器带中心抽头的全波整流电路,选择整流桥要考虑整流电路和工作电压.国内常用的有“广州国信电子”的G系列整流桥，进口品牌有ST、IR,台系的SEP、GD等。整流桥堆一般用在全波整流电路中，它又分为全桥与半桥。全桥是由4只整流二极管按桥式全波整流电路的形式连接并封装为一体构成的，图是其外形。全桥的正向电流有0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、5A、10A、20A、35A、50A等多种规格，耐压值（最高反向电压）有25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1000V等多种规格。该电路中使用的是全桥整流电路。由于整流桥堆的内部是有二极管构成，因而在使用过程中必须防止其被击穿。在本设计电路中，易知电源电路的最大瞬时电压的360V，因此为避免出现桥堆被击穿的情况，选用的桥堆型号为KPB304（最大击穿电压为400V）。3.3三端稳压器LM7805该稳压器由启动电路，基准电压电路，取样比较放大电路，调整电路和保护电路等部分组成。由于它只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端稳压器。本电路中选用的稳压器型号为LM7805，它的输出电流高达1A，内部具有过热保护、短路保护、和对输出晶体管安全工作区的保护，并且同时具备很强的散热能力，大大提高了电源电路输出电压的稳定性。3.4集成运算放大器集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合放大器，主要由输入、中间、输出三部分组成。输入部分是差动放大电路，有同相和反相两个输入端；前者的电压变化和输出端的电压变化方向一致，后者则相反。中间部分提供高电压放大倍数，经输出部分传到负载。它的引出端子和功能如图所示。其中调零端外接电位器，用来调节使输入端对地电压为零(或某一预定值)时，输出端对地电压也为零(或另一个预定值)。补偿端外接电容器或阻容电路，以防止工作时产生自激振荡(有些集成运算放大器不需要调零或补偿)。供电电源通常接成对地为正或对地为负的形式，而以地作为输入、输出和电源的公共端。参数 表征集成运算放大器性能的参数有30多个，常用的有以下10种。1）开环差模电压放大倍数：简称开环增益，表示运算放大器本身的放大能力。一般为50 000200 000倍。2）输入失调电压：表示静态时输出端电压偏离预定值的程度。一般为210mV(折合到输入端)。3）单位增益带宽：表示差模电压放大倍数下降到1时的频率。一般在1MHz左右。4）转换速率(又称压摆率)：表示运算放大器对突变信号的适应能力。一般在0.5V/s左右。5）输出电压和电流：表示运放的输出能力。一般输出电压峰值至峰值要比电源电压低13V，短路电流在25mA左右。6）静态功耗：表示无信号条件下运放的耗电程度。当电源电压为15V时，静态功耗双极型晶体管一般为50100mW，场效应管一般为1mW。7）输入失调电压温度系数：表示温度变化对失调电压的影响。一般为35V/(折合到输入端)。8）输入偏置电流：表示输入端向外界索取电流的程度。双极型晶体管一般为80500nA，场效应管一般为1nA。9）输入失调电流：表示流经两个输入端电流的差别。双极型晶体管一般为20200nA，场效应管一般小于1nA。10）共模抑制比：表示运放对差模信号的放大倍数和对共模信号放大倍数之比。一般为7090dB。该电路中选用的是TL072双集成运算放大器。具有增益高，共模抑制比高、共模范围宽、补偿简单、工作稳定，两运放之间温度稳定性好等特点。3.5 晶体管如图3-2所示为NPN型三极管 图3-2 NPN型三极管如图3-3所示为PNP型三极管图3-3 PNP型三极管三极管的结构和分类：其共同特征就是具有三个电极，这就是“三极管”简称的来历。通俗来讲，三极管内部为由P型半导体和N型半导体组成的三层结构，根据分层次序分为NPN型和PNP型两大类。上述三层结构即为三极管的三个区, 中间比较薄的一层为基区，另外两层同为N型或P型，其中尺寸相对较小、多数载流子浓度相对较高的一层为发射区，另一层则为集电区。三极管的这种内部结构特点，是三极管能够起放大作用的内部条件。 三个区各自引出三个电极，分别为基极（b）、发射极（e）和集电极（v）。三层结构可以形成两个PN结，分别称为发射结和集电结。三极管符号中的箭头方向就是表示发射结的方向。 三极管内部结构中有两个具有单向导电性的PN结，因此当然可以用作开关元件，但同时三极管还是一个放大元件，正是它的出现促使了电子技术的飞跃发展。三极管的放大原理:以下用NPN三极管为例说明其内部载流子运动规律和电流放大原理， A、发射区向基区扩散电子：由于发射结处于正向偏置，发射区的多数载流子（自由电子）不断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流IE。 B、电子在基区扩散和复合：由于基区很薄，其多数载流子（空穴）浓度很低，所以从发射极扩散过来的电子只有很少部分可以和基区空穴复合，形成比较小的基极电流IB，而剩下的绝大部分电子都能扩散到集电结边缘。 C、集电区收集从发射区扩散过来的电子：由于集电结反向偏置，可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流IC。本电路中选用的是S9013硅NPN型晶体管，S8050硅PNP型晶体管和S8050硅NPN型晶体管。3.6 电阻器3.6.1光敏电阻器光敏电阻器是利用半导体光电效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感。它的电阻能随着外界光照时，其阻值能随着外界光照强弱变化而变化，当没有光照射时，呈高阻状态；有光照射时，其电阻值迅速减小。如图3-4所示为光敏电阻电路图3-4 光敏电阻本电路中选用的是硫化镉光敏电阻器。3.6.2碳膜电阻器碳膜电阻器是膜式电阻器(Film Resistors)中的一种。它是采用高温真空镀膜技术将碳紧密附在瓷棒表面形成碳膜，然后加适当接头切割，并在其表面涂上环氧树脂密封保护而成的。其表面常涂以绿色保护漆。碳膜的厚度决定阻值的大小，通常用控制膜的厚度和刻槽来控制电阻器。本电路中采用的是1/4W碳膜电阻器。3.7碳膜电位器如图3-5所示为碳膜电位器图3-5 碳膜电位器碳膜电位器阻值连续可变，因此它的分辨率很高，阻值范围很宽。易于制作出符合要求的阻值变化特性，工作频率范围较宽。它的缺点是额定功率较小，一般只能加工到2瓦，此外，碳膜片受湿度和温度影响较大。本电路中选用的是小型膜式电位器。3.8稳压二极管稳压二极管(又叫齐纳二极管)它的电路符号是:此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个 很少的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。本电路中采用的是1/2W、3.6V稳压二极管和1/2W、3V稳压二极管。如图3-6为稳压二极管图3-6 稳压二极管3.9直流电动机直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。直流电动机按励磁方式分为永磁、他励和自励3类，其中自励又分为并励、串励和复励3种。本电路中采用的是工作电压为9V、最大电流为500mA的直流电动机。4 结论经试验验证，此电路能实现以下功能：（1） 电路能够通过感应装置，检测到光线的强弱。（2） 电路根据光线的强弱，自动将窗帘打开和关闭。（3） 电路能够在窗帘接触到边沿时，自动切断电源。所以，此建议窗帘自动开闭电路设计方案是正确的，符合预期要求和任务目标。5 总结为期一周的电子技术课程设计将在明天结束了，在这次课程设计中，我学到了许多知识。作为组长副手，拿到课程设计任务书后我看了看任务书上的内容和设计要求。但真的是一头雾水，不知道从什么地方开始出发。我就先问了问学长，可是我认识的学长做过的跟我的不一样，所以也就没继续问下去了。于是，我就组织起我们小组成员来问老师，老师您给我们提供了去学习的平台，教会了如何去学校官网的书籍系统去寻找资源，还有设计的思路。经过答疑，我就开始了忙碌的学习生活，先从网上查找，另外再去图书馆借来了实用电子电路200例这本由张庆双老师编著的书来参考。通过本次设计