光控灯课程设计报告.doc

模拟电子技术课程设计 光控灯系 部 电气工程系 专业名称 电气工程及其自动化 1摘要本课题介绍的光控照明灯电路，电路简单，使用方便。通过光控照明电路，以达到节省能源的目的,该设计主要介绍的是关于光控的电路设计。光控是通过光敏电阻来实现的，当光敏电阻在有光的时候灯就会熄灭。在较黑暗或完全没有光照的时候灯就会亮起来，这样就达到了节电和节能的目的，和延长了灯的寿命。光控电路中主要应用电压比较器和三极管来控制继电器，电压比较器的基准电压和输入电压由串联型直流稳压电路提供。这样就实现了照明电路的自动控制。如今光控灯电路作为一种简单的实用电路现在已经渗透到我们生活中很多方面，最常见的如光控照明灯，很适合楼宇的走廊灯的控制，起到了很好的节能效果。2目录一、设计要求2二、设计目标：2三、设计方案23.1系统框图23.2方案3四、单元电路34.1整流、滤波电路34.2稳压电路44.3反相比例电路54.4光控电路54.5照明电路6五、工作原理说明75.1总体电路图75.2工作原理7六、电路仿真86.1仿真软件简介86.2仿真结果9七、元器件清单11八、总结与心得12九、附录129.1集成运发LM741简介：129.215十、参考文献：16一、设计要求：1、白天时灯灭，天黑时灯自动点亮。2、用到的元器件：光敏电阻，继电器，运算放大器等。二、设计目标：1、结合光控灯电路设计独立地开展电子电路的设计与实验。2、掌握Multisim绘制电路图的方法。3、掌握Multisim软件仿真的方法。4、掌握查阅手册或其它资料的方法，培养学生分析、解决综合问题的能力。三、设计方案 3.1系统框图电源整流滤波电路稳压电路电路光控电路（电压比较）电路反相比例电路电路被控电路电路3.2方案电路由国家电网民用220V、50Hz接入，通过整流、滤波、稳压电路输出12V的直流电，直接输入给光控电路，再将稳压后输出的12V直流电经过反相比例电路使之变为-12V直流电输入给光控电路。光控电路主要由电压比较电路和三极管组成，随着光线的变化，光敏电阻的阻值也随着变化，使电压比较器输出电压为正或负，控制三极管通断，从而控制继电器，实现开关通断，使灯亮灭。四、单元电路4.1整流、滤波电路 220V交流通过降压变压器变为交流12V，再经过整流桥堆，将正弦波的x轴下半部的部分翻转到轴上方，再通过电容滤波使波形接近稳定的直线。要求：1、R10C15T2 2、变压器变比为0.0544.2稳压电路采样电阻由R8、R9组成，当输出电压发生变化时，采样电阻对变化量进行采样，并传送到放大电路的反相输入端。集成运放AD380JH将采样电阻送来的变化量进行放大，然后传送到调整管2N1711的基极。稳压管提供基准电压，接在运放的同相输入端。采样电压与基准电压进行比较，得到差值再由运放进行放大。当输出电压发生波动时，调整管2N1711的集电极电压产生相应的变化，使输出电压基本保持稳定。输出波形为 要求：(UImaxUZ) IZmaxR(UIminUZ) IZmin UI为D5与R7之间的电压 UO=(R8+R9) R9UZ UO为R10两端电压 4.3反相比例电路 在反相比例运算电路中，通常选择R11的阻值为： R11=R12R13 反相比例运算电路中输出电压和输入电压的关系： UO=R13R12UI 4.4光控电路 R1、R6为限流电阻，R2表示光敏电阻。在R1与R3间输入参考电压UREF其中包含了单线电压比较器，原理如下：(a)为电路图，（b）为传出特性图门限电压：UT=R1R2UREF当门限电压大于输入电压时，输出为正电压；当门限电压小于输入电压时，输出为负电压。4.5照明电路通过继电器控制开关的闭合，实现灯的亮灭五、工作原理说明5.1总体电路图5.2工作原理 220V的交流电通过变压后得到约为12V的交流电，再经过整流使输出电压大于零震荡，经过滤波后电压值趋于稳定，在很小范围内波动，最后经过稳压电路使输出电压值波动很小，基本稳定为12V左右。得到的直流12V电压作为参考电压接入电压比较器。再将稳定的12V接入反相运算电路，输出电压为UO=R12R1312V12V，再输入电压接到电压比较器。当光线比较强时，如白天，光敏电阻阻值很小，R4(R2+R3),则门限电压UT= (R2+R3)R4UREF (R2+R3),则门限电压UT= (R2+R3)R4UREF UREF =12V此时电压比较器输出电压为正，三极管导通，继电器有电流通过，开关闭合，灯亮。六、电路仿真6.1仿真软件简介NI Multisim 10是美国国家仪器公司(NI, National Instruments)最新推出的Multisim最新版本。目前美国NI公司的EWB的包含有电路仿真设计的模块Multisim, PCB设计软件Ultiboard、布线引擎Ultiroute及通信电路分析与设计模块Commsim 4个部分，能完成从电路的仿真设计到电路版图生成的全过程。Multisim,Ultiboard,Ultiroute及Commsim 4个部分相互独立，可以分别使用。Multisim, Ultiboard,U Iti rout及Commsim4个部分有增强专业版(Power Professional )、专业版(Professional)、个人版(Personal)、教育版(Education)、学生版(Student)和演示版(Demo)等多个版本，各版本的功能和价格有着明显的差异。 NI Multisim 10用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现了“软件即元器件”、“软件即仪器”。NI Multisim 10是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。NI Multisim 10的元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充己有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到，因此也很方便的在工程设计中使用。 NI Multisim 10的虚拟测试仪器仪表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源;而且还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等。NI Multisim 10具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。NI Multisim 10可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工学、模拟电路、数字、电路、射频电路及微控制器和接口电路等。可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。在进行仿真的同时，软件还可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。NI Multisim 10有丰富的Help功能，其Hel p系统不仅包括软件本身的操作指南，更重要的是包含有元器件的功能解说，Hel p中这种元器件功能解说有利于使用EWB进行CAI教学。另外，NI Multisiml0还提供了与国内外流行的印刷电路板设计自动化软件P rote I及电路仿真软件PSpice之间的文件接口，也能通过Windows的剪贴板把电路图送往文字处理系统中进行编辑排版。支持VHDL和Verilog HDL语言的电路仿真与设计。利用NI Multisim 10可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，与传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点:设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便;设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验;可方便地对电路参数进行测试和分析;可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图;实验中不消耗实际的元器件，实验所需元器件的种类和数量不受限制，实验成本低，实验速度快，效率高;设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。NI Multisim 10易学易用，便于电子信息、通信工程、自动化、电气控制类专业学生自学、便于开展综合性的设计和实验，有利于培养综合分析能力、开发和创新的能力。6.2仿真结果由交流电产生12V的直流的仿真结果：白天时光敏电阻阻值很小，仿真结果：晚上时光敏电阻阻值很大，仿真结果：七、元器件清单元器件名称型号/规格数量电阻1K15K310K614K117K1稳压管1N447321N44611白炽灯220V 50W1集成运放LM7413继电器DC12V AC2201三极管2N17112电容40Uf1光敏电阻GL35161整流桥堆1B4B421变压器变比0.0541八、总结与心得在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道，长明灯现象十分普遍，这造成了能源的极大浪费。另外，由于频繁开关或者人为因素，墙壁开关的损坏率很高，增大了维修量、浪费了资金，我们花了一个星期的时间进行传感器原理及应用的课程设计，而我设计的课题是光控灯的设计，可以有效解决上述问题。在本设计中介绍了光控灯的组成、性能及工作原理，给出各电路原理图及元件参数选择，节电效果十分明显，同时也大大减少了维修量、节约了资金，使用效果良好。白天光照好，灯不会发亮。夜晚光暗，就会自动亮为行人照明。回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到模拟实践，学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。这次课程设计将我们学到知识应用到实践，是我们从实践中获得新知。本次设计还有很多的不足，做得比较辛苦效果也许不好，很多东西平时学得也不透彻，我觉得这次课程设计从每一个细节都在锻炼着我们。我希望我们都能从中收获很多，能把知识变成自己的东西。在设计过程中，通过查阅资料，阅读文献，我学到了很多切实有用的分析方法和技巧，这对于我以后的学习有很大的帮助。这更使我认识到，学习学的是方法，设计学的是思想。因此，要多总结别人的方法，来形成自己的思想，这样学到的东西才实实在在。九、附录9.1集成运发LM741简介：LM741是高增益运算放大器，将集成运放接成同向比例运算电路或反向比例运算电路，采用多级比例运算电路级联的方式即可满足电压放大倍数的要求。LM741集成运放由一个差分输入放大器、有效驱动增益和发射极跟随互补输出器构成，级间采用直接耦合，具有低通特性。设计电路采用LM741构成有源带通滤波器，满足设计通频带要求。为了降低输出电阻，增加电路带负载的能力，设计电路输出级由集成运放LM741构成电压跟随器。LM741引脚图1和5为偏置（调零端），2为正相输入端，3为反相输入端，4为接地端，6为输出端，7接电源，8为空脚LM741主要技术指标 ，9.2课 程 设 计 评 定 表姓名张文格学号20134136存档号系别电气工程系专业电气工程及其自动化班 级工1303课程设计题目光控灯指导教师评语：签名： 年 月 日 1课程设计成绩：指导教师签名： 年 月 日2答辩成绩：答辩小组组长签名：年 月 日3综合成绩：备注：1.“课程设计成绩”一项由指导教师根据学生在设计过程的表现及课程设计说明书评定，