衛(wèi)生間照明燈換氣扇自動控制電路課程設(shè)計正文.docVIP

中北大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計第一章 引言課題研究的目的和意義研究目的：通過這次的課題研究我們希望在理清它的發(fā)展脈絡(luò)上進(jìn)一步了解它的發(fā)明原理，將平時所學(xué)習(xí)的知識運(yùn)用到實驗探索上，這對提高我們的動手能力，創(chuàng)新意識，及鍛煉思維活動無疑是一個莫大的幫助。同時我們也希望這次的研究能讓同學(xué)進(jìn)一步地了解照明燈，而不是僅局限與課本知識以內(nèi)。從小的突破點(diǎn)入手，掌握又一項科技知識，從而實現(xiàn)課堂外的又一次提高,為現(xiàn)代教育科學(xué)盡一份力量！研究意義：為了能及時地將衛(wèi)生間內(nèi)的異味排出，很多家庭都裝了換氣扇，但一些來客或小孩常常忘記打開換氣扇。為了解決這個問題，設(shè)計了一種能自動控制換氣扇和照明燈的電子裝置，這樣不給上衛(wèi)生間的人增添任何麻煩，又能自動換氣和開、關(guān)燈，節(jié)能而方便。第二章 總體方案設(shè)計2.1 課題分析它主要由10部分組成：電阻；光敏電阻；滌綸、電解、金屬化電容；電位器；整流、穩(wěn)壓二極管；晶體三極管；雙向可控硅等等。能夠通過調(diào)節(jié)電阻和電容的大小來改變燈亮的時間長短，如果時間過長就應(yīng)該減小電阻或電容的值，反之則增大。光敏電阻也會使燈的時間受到影響。在白天或光線較亮?xí)r,節(jié)電開關(guān)呈關(guān)閉狀態(tài),燈不亮；夜間或光線較暗時，節(jié)電開關(guān)呈預(yù)備工作狀態(tài)，當(dāng)有人去廁所時，門觸發(fā)發(fā)出觸發(fā)脈沖，燈亮換氣扇工作。當(dāng)人走后，燈和換氣扇經(jīng)過一段時間自動停止工作。把觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換為直流信號。經(jīng)過延時電路以后送到控制電路，由控制電路去控制可控硅，若可控硅斷開，則整流電路負(fù)載斷開，若導(dǎo)通，則整流電路負(fù)載導(dǎo)通。光敏控制電路把光照變成電信號，從而去控制音頻信號往后邊輸送情況?？梢姡罕倦娐窡襞莺蛽Q氣扇要受可控硅的控制，可控硅受555觸發(fā)器取得的觸發(fā)信號和光敏電阻的控制，從而可以實現(xiàn)觸控和光控；燈亮和換氣扇工作的時間由延時電路的時間長度決定。2.2設(shè)計方案該裝置電路工作原理圖為：電路工作原理：它是由磁開關(guān)電路、單穩(wěn)態(tài)延時電路、照明燈控制電路、換氣扇控制電路和電源電路等組成。當(dāng)衛(wèi)生間門關(guān)上時，永久磁鐵ZT與常閉型干簧管AG靠得很近，由于ZT的磁力作用，導(dǎo)致AG內(nèi)丙觸片斷開，三極管VT無偏流而截止，此時時基集成電路IC1的腳呈高電平，故IC1處于復(fù)位狀態(tài)，IC1的腳輸出低電平，繼電器J無電流不吸合，換氣扇和照明燈均處于斷電狀態(tài)。一旦有人進(jìn)入衛(wèi)生間，在進(jìn)門的瞬間必然導(dǎo)致ZT與AG的距離增大，而使得ZT的磁力線不能作用于AG上，故AG內(nèi)兩觸片復(fù)位接觸，此時三極管得到偏流而導(dǎo)通。VT導(dǎo)通后使IC1的腳變?yōu)榈碗娖剑▋H為VT的飽和壓降值），IC觸發(fā)置位，此時IC1的腳由原來的低電平跳變?yōu)楦唠娖?，繼電器J勵磁吸合。J吸合后，其常開觸點(diǎn)J11閉合，換氣扇M通電工作，開始排氣。與此同時，J的另一組常開觸點(diǎn)J12也閉合，照明燈H通電點(diǎn)亮，其高度可由RP調(diào)節(jié)。如果是白天，由于有較強(qiáng)的光線照射在光敏電阻CdS上，從而使CdS的內(nèi)阻很小，移相電容器C6兩端的電壓不足以使觸發(fā)二極管2ST導(dǎo)通，故VS無觸發(fā)電流而阻斷，照明燈H不會點(diǎn)亮。夜晚由于沒有陽光照射在CdS上，因而CdS的內(nèi)阻變得很大，相當(dāng)于開路，此時2ST導(dǎo)通，VS導(dǎo)通，照明燈H點(diǎn)亮。 開門進(jìn)入衛(wèi)生間后，盡管門又關(guān)上，此時由于IC1的單穩(wěn)態(tài)作用，電路仍處于換氣及照明（夜晚）狀態(tài)，開門走時，導(dǎo)致ZT遠(yuǎn)離AG，之后再次關(guān)門，導(dǎo)致ZT又靠近AG，延時一段時間，燈和換氣扇均會自動停止工作。為了確保門平時處于關(guān)閉狀態(tài)，有必要在門外安置一根拉簧或換用帶扭簧的活頁，這樣出門后門自動閉合，確保ZT和AG靠攏。該裝置由電容器C5降壓限流，全橋U整流后由C4濾波，VDW穩(wěn)壓后供給電路直流電源。2.3仿真圖和生成的PCB板圖2.3.1 Multisim7基本界面基本界面如圖1-1所示。基本界面最上方是菜單欄（Menus），共11項；菜單欄下方左面為系統(tǒng)工具欄（System Toolbar），共11項；中間為設(shè)計工具欄（Multisim Design Bar），共8項；再往右是使用中元件列表（In Use List）和幫助按鈕；右上角為仿真開關(guān)（Simulate Switch）?；窘缑娴淖髠?cè)為元件工具欄，其中23個元件庫中分別放置同一類型的元件，左列從上到下分別是電源庫（Source）、基本元件庫（Basic）、二極管庫(Diode)、晶體管庫（Transistor）、模擬元件庫（Analog）、TTL器件庫（TTL）、CMOS器件庫（CMOS）、各種數(shù)字元件庫（Miscellaneous Digital）、混合器件庫（Mixed）、指示器件庫（Indicator）、其它器件庫（Miscellaneous）、射頻元件庫（RF）和機(jī)電類器件庫（Electro mechanical）。右列為與實際元件相對應(yīng)的現(xiàn)實性仿真元件模型快捷鍵按鈕，共10類，從上至下分別是：虛擬電源庫、虛擬信號源庫、虛擬基本元件庫、虛擬二極管庫、虛擬三極管庫、虛擬模擬元件庫、其它虛擬元件庫、常用虛擬元件庫、虛擬3D元件庫、虛擬測量元件庫。另外，左側(cè)下方還有“放置總線”、自動通過因特網(wǎng)進(jìn)入EDA網(wǎng)站的“.com”等4個功能按鈕。基本界面的右側(cè)為儀表工具欄，該工具欄含有17種用來對電路工作狀態(tài)進(jìn)行測試的儀器儀表，這17種測量儀器儀表從上到下分別為數(shù)字萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、瓦特表、示波器、4通道示波器、掃頻儀、頻率計、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、I-V特性分析儀、失真分析儀、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀、美國安捷倫函數(shù)信號發(fā)生器、美國安捷倫字萬用表和美國安捷倫示波器?；窘缑娴闹虚g部分即電路窗口，相當(dāng)于一個現(xiàn)實工作中的操作平臺，電路圖的編輯繪制、仿真分析及波形數(shù)據(jù)顯示等都在此窗口中進(jìn)行?；窘缑孀钕路綖闋顟B(tài)欄，狀態(tài)欄顯示有關(guān)當(dāng)前操作以及鼠標(biāo)所指條目的有用信息。2.3.2 Multisim7使用方法1定制用戶界面定制用戶界面的目的在于方便原理圖的創(chuàng)建、電路的仿真分析和觀察理解。改變當(dāng)前的電路設(shè)置，一般在電路窗口中空白處右擊鼠標(biāo)，選擇彈出式菜單。用戶喜好設(shè)置（用Options/Preference進(jìn)行設(shè)置）造成了所有后續(xù)電路的默認(rèn)設(shè)置，但是不影響當(dāng)前電路。2繪制仿真電路圖（1）調(diào)用元器件操作單擊基本界面左側(cè)元件庫第2個基本元件圖標(biāo)（Basic），將出現(xiàn)Select a component 對話框，單擊Family欄中的RESISTOR，再拉動Component欄的滾動條，選取100ohm，單擊“OK”，再在平臺上單擊左鍵即可將電阻R1（在Multisim7軟件中，由于習(xí)慣不同，沒有下標(biāo)的標(biāo)注）放置到平臺上，繼續(xù)單擊左鍵可連續(xù)放置電阻，單擊右鍵停止放置；雙擊R1，將出現(xiàn)RESISTOR對話框，在Label頁下，將Reference ID欄改為R4，按“確定”退出；單擊R4，可在R4四周出現(xiàn)4個小方塊，再單擊菜單Edit/90Clockwise，可將R4順時針轉(zhuǎn)90度豎放；當(dāng)單擊R4四周出現(xiàn)4個小方塊時按住鼠標(biāo)不放，可將R4拖放到平臺的任何地方；右擊R4，在出現(xiàn)的下拉菜單中選“Cut”可刪除該元件。（2）連接線路放置好元器件后需要對其進(jìn)行線路連接，操作步驟如下：1） 將鼠標(biāo)指向所要連接的元件引腳上，鼠標(biāo)指針就會變成帶十字圓點(diǎn)狀。2）單擊并移動鼠標(biāo)，即可拉出一條虛線；如要在某點(diǎn)轉(zhuǎn)彎，則在轉(zhuǎn)彎處單擊一下，然后繼續(xù)連線。到終點(diǎn)后單擊鼠標(biāo)即自動產(chǎn)生紅色連線。3）要刪除連線，用鼠標(biāo)右擊該連線，在出現(xiàn)的下拉菜單中選“Delete”即可。用Multisim仿真衛(wèi)生間照明燈、換氣扇自動控制器電路的電路圖為下圖：2.3.3 Protel的使用方法1. 打開.sch平臺。（1）FILENEW，修改名字保存到電腦（C盤除外），打開Documents,再FILENEWSchematic Documents，生成.sch文件。（2）打開.sch文件，導(dǎo)入DOS庫，在Browse Sch，在Browse下選擇Libraries，點(diǎn)擊ADD/REMOVE，在彈出的框中選中Protel DOS Schematic Libraries，點(diǎn)擊ADDOK。（3在圖中載入需要的元器件，注意封裝等相關(guān)信息的填寫，連線右擊鼠標(biāo)Place wire。（4）連線完成后，進(jìn)行ERC檢測，TOOLSERC，點(diǎn)擊OK。查看測試結(jié)果，無錯繼續(xù).（5）生成網(wǎng)絡(luò)表，DesignCreat Netlist，點(diǎn)擊OK。（6）生成材料報表，ReportsBill of MaterialNext（注意勾選Include components with blank Part Types這個選項）NextNextNextNextFinish。2. 打開.PCB平臺（1） 打開Documents,再FILENEWPCB Documents，生成.pcb文件。 （2） 打開.pcb文件，建立電氣邊界，選定屏幕下方的KeepOutLayer，右鍵鼠標(biāo)選定Place Track畫一個矩形邊框。（3） 載入網(wǎng)絡(luò)表，DesignNetlistBrowseDocuments選定.net文件OKExecute，生成的圖像在矩形框的右邊下方。（1） 放置元器件位置，按照原理圖的電器核心，在矩形框中元器件，注意排列緊湊合理。如果矩形框過大，可將元器件移出，重新畫上矩形框，原來的框刪去。（2） 設(shè)計布線規(guī)則，DesignRules，在Routing項Rule Classes框中選定最后一項Width Constraint，點(diǎn)擊Add，在彈出的窗口中，在Edit RuleFilter kind框中選定Net，在下方的下拉Net選定GND，并在右邊的Maximun Width項中填寫導(dǎo)線寬度，要比一般導(dǎo)線要寬，例如這里一般是10mil，這里可以改成20mil，下方的Preferred Width也和上面的一樣數(shù)值。重復(fù)上的步驟在Net的下拉項中選定Vcc，右邊數(shù)值填寫與GND一致。（3） 自動布線，Auto RouteAllRoute AllOK。（4） 補(bǔ)淚滴，ToolsTeardropsAddOK。（5） 敷銅，在工具欄Placement Tools選擇Place Polygon Plane（即第二行的倒數(shù)第三個，缺角的矩形），點(diǎn)擊這個圖標(biāo)，在彈出的窗口中，在Connect to Net：項中選擇GND，在下面的Track Width填寫數(shù)值與導(dǎo)線的寬度相匹配，例如上面的數(shù)值范圍是10mil20mil，所以這里最少要比大于10mil（包括10mil）。在Layer中選擇頂層Toplayer，點(diǎn)擊OK。在框中的四個頂點(diǎn)依次點(diǎn)擊進(jìn)行敷銅。重復(fù)上述步驟對底層BottomLayer敷銅。（6） 對PCB進(jìn)行檢測，ToolsDesign Rule CheckRun DRC,觀察生成的報表是否有錯。無誤則表示設(shè)計完成用protel設(shè)計的電路圖如下衛(wèi)生間換氣扇照明燈protel電路圖電路生成的PCB版圖第三章 結(jié)果和結(jié)論3.1實驗結(jié)果： 白天當(dāng)光線照射到光敏電阻上時，其電阻值增大，使觸發(fā)脈沖脈沖不能通過，則燈泡不亮，但換氣扇不受光敏電阻的影響，在白天當(dāng)有觸發(fā)脈沖是，換氣扇工作。夜間或光線較暗時，光敏電阻因無光照呈低阻，當(dāng)有觸發(fā)脈沖時，使得燈泡自動點(diǎn)亮，經(jīng)過內(nèi)部設(shè)定的時間后，燈泡自動熄滅，換氣扇同白天。3.2實驗結(jié)論：（1）設(shè)計原理清晰，設(shè)計性能指標(biāo)的靈敏度基本達(dá)到設(shè)計的要求；（2）在整個設(shè)計過程中，本著節(jié)約的精神，我們用的都是簡單廉價的元器件，降低了系統(tǒng)成本。（3）這次畢業(yè)設(shè)計對我們所學(xué)摸電知識起到了加深和鞏固的作用，也使我獲得了搭建和調(diào)試實驗電路的能力。（4）鍛煉了我主動學(xué)習(xí)的能力、與他人合作的能力。還可以從各種渠道獲得一定的資料共同加以研究學(xué)習(xí)，提高了我們的綜合動手能力。附錄元器件清單見下表。R1、6電阻10K2C5金屬化電容0.068u 耐壓400V1R2電阻5.1K1C6金屬化電容0.1u/160V1R3*電阻1M1VD整流二極管IN40011R4*電阻511VDW穩(wěn)壓二極管12V1R5電阻1M/1W12ST雙向觸發(fā)二極管轉(zhuǎn)折電壓30-40V1RP電位器100K 線性1VT晶體三極管90141CdS光敏電阻MG45-32等非密封型1VS雙向可控硅3A/400V1C1、3滌綸電容0.01u2IC時基集成電路NE5551C2電解電容47u1J電磁繼電器JRX-13F1C4電解電容100uF/50V1AG干簧管4mm常閉型1IC的單穩(wěn)態(tài)工作時間由1.