电气电子仿真作业报告.doc

东 北 石 油 大 学 电工电子仿真实践课程设计 2014 年 7 月 4 日 课 程 电工电子仿真实践课程设计 题 目 楼道触摸延时开关 院 系 电气信息工程学院电气系 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 电工电子仿真实践课程设计任务书 课程 电工电子仿真实践课程设计 题目 楼道触摸延时开关 专业 电气工程及其自动化 姓名 学号 主要内容 根据仿真软件 Multisim 的主要功能特点 利用其先进的仿真性能进行楼道触摸延时 电路的设计和研究 基本要求 1 设计一楼道触摸延时开关 其功能是当人用手触摸开关时照明灯点亮 并持续 一段时间 一分钟左右 后自动熄灭 2 画出电路原理图 3 用 Multisim8 对电路进行仿真调试和研究 4 在保证正常功能的条件下对电路进行优化 使之更加合理 切合实际 主要参考资料 1 刘伟 李思强 Multisim8 电工电子仿真实践 M 哈尔滨 黑龙江科学技术出版社 2007 2 阎石 数字电子技术基础 第五版 M 高等教育出版社 2006 3 付杨 Multisim 仿真在电工电子实验中的应用 J 实验室研究与探索 2011 4 86 92 4 高娟 基于 Multisim 的电子电路仿真研究 J 青岛职业技术学院学报 2006 02 63 65 5 殷蔚 陈波 Multisim 软件在模拟电路中的仿真应用 J 岳阳职业技术学院学报 2007 03 86 90 完成期限 2014 6 30 2014 7 4 指导教师 专业负责人 2014 年 7 月 4 日 目 录 1 设计 1 2 方案选择与电路原理图的设计 1 2 1 电路原理图的设计 1 2 2 触发计时电路的设计与选择 1 2 3 电源的设计与选择 2 2 4 负载端控制电路的设计 2 3 元件选取与电路图的绘制 3 3 1 元件选取 3 3 2 电路图的绘制 4 4 仿真分析方法实验与结果分析 4 5 总结 6 参考文献 7 电工电子仿真实践课程设计 报告 0 1 设计 楼道触摸延时开关是一种新型电子节能开关 可广范应用于多层住宅和办公 楼室外的走廊 门厅 楼梯间 电梯间 过道等公共场所 也可以在家庭安装 需要开灯时 手指轻轻触摸开关的感应区 电灯自动开启点亮 一段时间后 电 灯自动关闭熄灭 该操作简单 实用节能 又没有声控开关有声音就亮的弊端 功能要求 节约电能 无触点 无污染 安全可靠 指标要求 延时一分钟 结构简单 经久耐用 2 方案选择与电路原理图的设计 2 1 电路原理图的设计 由设计结构图可知该电路应由几部分组成 而且各个部分相对独立 因此 在进行设计电路的时可将各个部分分别设计 独立选择器件 独立测试 最后将 这几部分进行组装 调试 达到设计完整楼道触摸延时开关的目的 电源 触发电路负载电路计时电路 图 2 1 电路设计结构图 2 2 触发计时电路的设计与选择 触摸延时电路是基于时基芯片555 VIRTUAL 构成的电路 主要用于开关闭 合后控制电路在一段时间后自动断开达到延时的目的 电路原理 触摸延时开关电路主要由时基芯片555 VIRTUAL组成的定时电路 在这里接成单稳态电路 平时由于触摸端无感应电压 电容通过1C 555 VIRTUAL第7脚放电完毕 第3脚输出为低电平 继电器KS释放 电灯不亮 电工电子仿真实践课程设计 报告 1 当需要开灯时 用手触碰一下触摸端 触发信号电压由加至2C 555 VIRTUAL的触发端 使555的输出由低变成高电平 继电器KS吸合 电灯点 亮 同时 555 VIRTUAL第7脚内部截止 电源便通过给充电 这就是定1R1C 时的开始 当电容上电压上升至电源电压的2 3时 555 VIRTUAL第7脚导通使放1C1C 电 使第3脚输出由高电平变回到低电平 继电器释放 电灯熄灭 定时结束 定时长短由 决定 1R1C 1 1 2 1 1T11CR 根据设计需要延时一分钟 60s 设 100 F 则 1T1C 2 2 1R 1 1 1 1 C T 图 2 2 触发计时电路 2 3 电源的设计与选择 人体最高能承受电压为 36V 而且选用的 555 VIRTUAL VCC 端电压为 5V 但是日常使用的电灯工作电压为 220V 所以决定采用两个电源的设计 触 发计时电路采用 5V 电压直流电源 负载电路采用 220V 交流电源 2 4 负载端控制电路的设计 电工电子仿真实践课程设计 报告 2 在楼道触延时时开关设计中 控制电路主要由继电器与二极管组成 通过继 电器的通断来控制灯泡的亮与熄灭 电路中 继电器线圈两端反相并联了一只二 极管 它是用于保护集成块的 切不可省去 否则在继电器由吸合状态转为释放 时 由于电感的作用线圈上将产生较高的反电动势 极容易导致集成块击穿 并 联了二极管后 在继电器由吸合变为释放的瞬间 线圈将通过二极管形成短时间 的续流回路 使线圈中的电流不致突变 从而避免了线圈中反电动势的产生 确 保了集成块的安全 工作原理 当 555 VIRTUAL 三脚输出高电平时 继电器的线圈中会流过一 定的电流 从而产生电磁效应 衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的 拉力吸向铁芯 从而带动衔铁的动触点与静触点 常开触点 吸合 电灯亮 当 555 VIRTUAL 三脚输出低电平时 继电器中线圈断电 电磁的吸力也随 之消失 衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置 使动触点与原来的静触点 常闭触点 释放 此时电灯熄灭 这样吸合 释放 从而达到了在电路中的导 通 切断的目的 图 2 3 负载端控制电路的设计 3 元件选取与电路图的绘制 3 1 元件选取 计时电路的主要元件为当 555 VIRTUAL 选用型号为 NE555 负载控制电 电工电子仿真实践课程设计 报告 3 路主要元件为继电器 继电器由 NE555 三脚输出电压决定 由于 NE55 的供电电 源是 5V 所以 3 脚输出电压略等于 5V 可以选用额定电压 5V 的继电器 二极 管选用普通二极管 灯泡采用 220V 100W 的节能灯 3 2 电路图的绘制 由要求及上文给出公式可知 1 1 3 1 1T11CR 根据设计需要延时一分钟 60s 设 100 F 则 1T1C 550K 3 2 1R 1 1 1 1 C T 00001 01 1 60 S 将触发计时电路与负载电路结合在一起得到最终电路图 图 3 1 楼道触摸延时开关电路图 4 仿真分析方法实验与结果分析仿真分析方法实验与结果分析 我们利用仿真软件 Multisim 对电路进行模拟仿真 并进行分析 仿真分析电 路如图 4 1 所示 首先我们将触发开关断开 运行楼道延时开关仿真电路 观察示波器波形如 图 4 2 所示 观察电压表读数如图 4 3 所示 电工电子仿真实践课程设计 报告 4 图 4 1 楼道延时开关仿真分析电路 图 4 2 开关断开时示波器波形 图 4 3 开关断开电压表示数 分析结果 当开关未闭合时 555 继电器输出端为低电平 继电器保持断开 状态 电压表示数几乎为 0 灯泡保持熄灭 然后将开关闭合 再次观察示波器波形如图 4 4 所示 观察电压表读数如图 4 5 所示 图 4 4 开关闭合时示波器波形 图 4 5 开关闭合时电压表示数 电工电子仿真实践课程设计 报告 5 分析结果 当开关闭合时 5V 电压加在 555 计时器的触发端 使输出端信 号有低电平变为高电平 继电器衔铁闭合 电压表示数为 220V 照明电路接通 灯泡点亮 同时 电源通过定时电阻给定时电容充电 这就是定时的开始 我们再次将开关断开观察此时示波器波形如图 4 6 所示 观察电压表读数如 图 4 7 所示 图 4 6 开关再次断开时示波器波形 图 4 7 开关再次断开时电压表示 数 分析结果 开关断开后 555 计时器输出端保持高电平输出 电压表示数依旧 为 220V 小灯泡依然为点亮状态 达到了延时的目的 最后等待一分钟 发现小灯泡熄灭 此时示波器波形如图 4 8 所示 观察电 压表读数如图 4 9 所示 图 4 8 等待一分钟后示波器波形 图 4 9 等待一分钟后的电压表示数 分析结果 延时一分钟后 555 计时器输出端变为低电平输出 电压表示数 几乎为零 小灯泡熄灭 做到了延时一分钟自动熄灭的目标 5 总结总结 本课程设计就楼道触摸延时开关系统进行原理图设计 使用仿真软件 Multisim8 进行了仿真 验证了设计的合理性和可行性 具体内容包括 电工电子仿真实践课程设计 报告 6 1 设计了楼道触摸延时开关的电路原理图 包括触发电路 计时电路 负 载电路 2 根据设计任务指标计算了各部分系统参数 并进行了相应元件选取 3 利用仿真软件 Multisim8 进行了仿真 仿真结果表明 本设计能够达到设 计的基本要求 切合实际 可行性很高 4 在楼道触摸延时开关实际中引入了 555 计时器 利用数电课程设计研究 并创意性引入了电磁继电器和双电源设计 增强了本设计的实用性和安全性 电工电子仿真实践课程设计 报告 参考文献参考文献 1 刘伟 李思强 Multisim8 电工电子仿真实践 M 哈尔滨 黑龙江科学技术出版社 2007 2 阎石 数字电子技术基础 第五版 M 高等教育出版社 2006 3 付杨 Multisim 仿真在电工电子实验中的应用 J 实验室研究与探索 2011 4 86 92 4 高娟 基于 Multisim 的电子电路仿真研究 J 青岛职业技术学院学报 2006 02 63 65 5 殷蔚 陈波 Multisim 软件在模拟电路中的仿真应用 J 岳阳职业技术学院学报 2007 03 86 90 东北石油大学课程设计成绩评价表 课程名称电工电子仿真实践课程设计 题目名称楼道触摸延时开关 学生姓名学号 指导教 师姓名 职称 副教授 讲师 序号评价项目指 标满分评分