科技创新论文模板.doc

衡 阳 师 范 学 院 第 十 二 届 大 学 生 科 技 创 新 参 赛 作 品自动保护电器装置的应用研究 参赛队员：张三、李四 摘 要：基于当今广大家庭用户，甚至实验室和小型工厂中普遍存在的这样一个危险现象：在停电后，人们经常会忘记关闭电源开关，从而导致突然来电，对电器的伤害，有时还空耗电能，轻则缩短电器寿命，重则引起火灾。为避免这一问题的产生，本设计对开关行业市场和技术现状进行了深入研究。通过对D触发器触发电路和继电器控制电路的设计，利用轻触开关的特性，实现对停电、来电信息和相关人为操作进行分辨后，发出报警并做出相应的操作。该作品不仅实现了开关在广大用户中使用更方便、更快捷的功能，同时节约了大量的资源。因此，本设计有一定的应用价值和现实意义。关键词：自动保护电器；轻触开关；D触发器；继电器；LED引 言有关电器保护类开关从20世纪初的单一电器或家电保护到现在的微机型系统继电保护。微机保护也经历了从简单发展到现在的智能型，保护装置越来越人性化、智能化1。现有许多关于开关的产品，如：停电来电电报警器、定时开关、空气开关、万能开关插座等，可避免停电后人们忘记断开总开关带来的危害，比如：加热器之类电器突然通电并长时间工作，轻则浪费电、缩短用电器使用寿命，重则引起火灾2。传统上，人们一直利用一次性保险丝技术来保护电子电路免于遭受各种过高电流引起的损害3。可以说开关的功能是越来越强大，开关还会具备怎样的功能是无法预料的。许多电子刊物介绍的家用电器保护器其主要电路起延时、保护、稳定的特点，但成本高，且电路复杂，大部分带有电源变压器、继电器，其动态触点易被烧坏4。再者市面上功能相对全面的开关价格昂贵，不适用于普通用户。廉价的自动保护电器装置在普通用户上的市场几乎空白。该装置使用户在停电或来电时及时了解信息，同时使总开关在停电时自动断开，从而达到保护电器的目的，并利用LED提醒人们装置的工作状态。并且本装置价格低廉、易于操作安装，更适用于普通用户、小型工厂中。1.主要元器件的原理及特点1.1轻触开关的主要原理及特点轻触开关是一种电子开关，使用时轻轻点按开关按钮就可使开关接通，当松开时开关即断开，其内部结构是靠金属弹片受力弹动来实现通断。1.2 D触发器的主要原理及特点电平触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。如果在CP 高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触发器允许在CP 触发沿来到前一瞬间加入输入信号。这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。将D触发器的D与反输出非Q相接，RD和SD分别接高电平，D触发器就相当是T触发器，即边沿触发器，每当CLK输入一个下降沿，输出Q的状态就会改变一次。 1.3继电器的主要原理及特点阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、继电器是一种电控制器件。它能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、 “断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。1.4LED的主要原理及特点LED是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。光的颜色由波长决定，而LED发出的颜色是由形成P-N结材料决定的。2.电路总体结构本设计电路总体结构如图1所示。它包括D触发器触发电路、继电器控制电路和LED显示电路三部分。当触发电路的输出改变一次,继电器的状态也会改变，即用电器的电路的通断状态的改变，同时利用LED显示装置的状态。触发电路状态改变仅两个可能因素：人为手动干扰；断开电源。图1 电路总体结构图3.电路设计自动保护电器装置电路图如图2所示，图中采用轻触开关作为人为控制开关，在开关断开的时利用下拉1K电阻稳定开关的电平状态。在装入5V电源后，利用三极管的开关电路稳定D触发器的脉冲输入，并加入一个整流二极管和滤波电容减少外界对输入脉冲干扰；将D触发器的输入D和输出非Q相连，SD和RD接高电平（并加入滤波电路），并把CLK作为脉冲输入口，即可达到每输入一个脉冲改变一次输出Q的电平状态。选取合适的继电器作为控制电路，其中再次应用到三极管的开关特性，且在继电器的线串两端反接二极管，防止三极管P-N结被击穿。将LED显示电路附加在控制电器电路通闭的电路之上，即分别把从220V交流到100K电阻再到LED红、绿二极管灯回到200V交流电路，接入继电器的常通、常闭通路内。为了较好达到预期效果，选材中R2最高为600欧姆，R6和R7为100K左右使LED正常发光，选取100uF电容滤波。图2 电路图4.总结本设计采用简单的设计思路，基于轻触开关、D触发器、继电器和LED的独特原理及特点，将之结合应用于电器总控制使用，这充分利用这4种主要元器件的优点并较好联系在一起，形成一种体积小、易于操作、价格较低和寿命长得自动保护电器装置。随着社会的发展，人们需求的不断提高，本装置适用广大普通用户。本装置具有用户在停电或来电时及时了解信息，同时使总开关在停电时自动断开的功能 。其突出功能，较好避免了空耗电能，缩电器寿命短，重则引起火灾的一系列问题，达到便利人们的生活、保障人们的生命和财产安全的目的。参考文献：1黎天珠.继电保护工作迫切需要解决的几个问题J.广西电力,2005.2陈炜,钟实,洪明.精选家用电子制作电路300例M.人民邮电出版社,1994.3Faraz Hasan.保护