光控?zé)粽n程設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 光控?zé)粝?部 電氣工程系 專業(yè)名稱 電氣工程及其自動(dòng)化 1摘要本課題介紹的光控照明燈電路，電路簡單，使用方便。通過光控照明電路，以達(dá)到節(jié)省能源的目的,該設(shè)計(jì)主要介紹的是關(guān)于光控的電路設(shè)計(jì)。光控是通過光敏電阻來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)光敏電阻在有光的時(shí)候燈就會(huì)熄滅。在較黑暗或完全沒有光照的時(shí)候燈就會(huì)亮起來，這樣就達(dá)到了節(jié)電和節(jié)能的目的，和延長了燈的壽命。光控電路中主要應(yīng)用電壓比較器和三極管來控制繼電器，電壓比較器的基準(zhǔn)電壓和輸入電壓由串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路提供。這樣就實(shí)現(xiàn)了照明電路的自動(dòng)控制。如今光控?zé)綦娐纷鳛橐环N簡單的實(shí)用電路現(xiàn)在已經(jīng)滲透到我們生活中很多方面，最常見的如光控照明燈，很適合樓宇的走廊燈的控制，起到了很好的節(jié)能效果。2目錄一、設(shè)計(jì)要求2二、設(shè)計(jì)目標(biāo)：2三、設(shè)計(jì)方案23.1系統(tǒng)框圖23.2方案3四、單元電路34.1整流、濾波電路34.2穩(wěn)壓電路44.3反相比例電路54.4光控電路54.5照明電路6五、工作原理說明75.1總體電路圖75.2工作原理7六、電路仿真86.1仿真軟件簡介86.2仿真結(jié)果9七、元器件清單11八、總結(jié)與心得12九、附錄129.1集成運(yùn)發(fā)LM741簡介：129.215十、參考文獻(xiàn)：16一、設(shè)計(jì)要求：1、白天時(shí)燈滅，天黑時(shí)燈自動(dòng)點(diǎn)亮。2、用到的元器件：光敏電阻，繼電器，運(yùn)算放大器等。二、設(shè)計(jì)目標(biāo)：1、結(jié)合光控?zé)綦娐吩O(shè)計(jì)獨(dú)立地開展電子電路的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)。2、掌握Multisim繪制電路圖的方法。3、掌握Multisim軟件仿真的方法。4、掌握查閱手冊(cè)或其它資料的方法，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決綜合問題的能力。三、設(shè)計(jì)方案 3.1系統(tǒng)框圖電源整流濾波電路穩(wěn)壓電路電路光控電路（電壓比較）電路反相比例電路電路被控電路電路3.2方案電路由國家電網(wǎng)民用220V、50Hz接入，通過整流、濾波、穩(wěn)壓電路輸出12V的直流電，直接輸入給光控電路，再將穩(wěn)壓后輸出的12V直流電經(jīng)過反相比例電路使之變?yōu)?12V直流電輸入給光控電路。光控電路主要由電壓比較電路和三極管組成，隨著光線的變化，光敏電阻的阻值也隨著變化，使電壓比較器輸出電壓為正或負(fù)，控制三極管通斷，從而控制繼電器，實(shí)現(xiàn)開關(guān)通斷，使燈亮滅。四、單元電路4.1整流、濾波電路 220V交流通過降壓變壓器變?yōu)榻涣?2V，再經(jīng)過整流橋堆，將正弦波的x軸下半部的部分翻轉(zhuǎn)到軸上方，再通過電容濾波使波形接近穩(wěn)定的直線。要求：1、R10C15T2 2、變壓器變比為0.0544.2穩(wěn)壓電路采樣電阻由R8、R9組成，當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，采樣電阻對(duì)變化量進(jìn)行采樣，并傳送到放大電路的反相輸入端。集成運(yùn)放AD380JH將采樣電阻送來的變化量進(jìn)行放大，然后傳送到調(diào)整管2N1711的基極。穩(wěn)壓管提供基準(zhǔn)電壓，接在運(yùn)放的同相輸入端。采樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，得到差值再由運(yùn)放進(jìn)行放大。當(dāng)輸出電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，調(diào)整管2N1711的集電極電壓產(chǎn)生相應(yīng)的變化，使輸出電壓基本保持穩(wěn)定。輸出波形為 要求：(UImaxUZ) IZmaxR(UIminUZ) IZmin UI為D5與R7之間的電壓 UO=(R8+R9) R9UZ UO為R10兩端電壓 4.3反相比例電路 在反相比例運(yùn)算電路中，通常選擇R11的阻值為： R11=R12R13 反相比例運(yùn)算電路中輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系： UO=R13R12UI 4.4光控電路 R1、R6為限流電阻，R2表示光敏電阻。在R1與R3間輸入?yún)⒖茧妷篣REF其中包含了單線電壓比較器，原理如下：(a)為電路圖，（b）為傳出特性圖門限電壓：UT=R1R2UREF當(dāng)門限電壓大于輸入電壓時(shí)，輸出為正電壓；當(dāng)門限電壓小于輸入電壓時(shí)，輸出為負(fù)電壓。4.5照明電路通過繼電器控制開關(guān)的閉合，實(shí)現(xiàn)燈的亮滅五、工作原理說明5.1總體電路圖5.2工作原理 220V的交流電通過變壓后得到約為12V的交流電，再經(jīng)過整流使輸出電壓大于零震蕩，經(jīng)過濾波后電壓值趨于穩(wěn)定，在很小范圍內(nèi)波動(dòng)，最后經(jīng)過穩(wěn)壓電路使輸出電壓值波動(dòng)很小，基本穩(wěn)定為12V左右。得到的直流12V電壓作為參考電壓接入電壓比較器。再將穩(wěn)定的12V接入反相運(yùn)算電路，輸出電壓為UO=R12R1312V12V，再輸入電壓接到電壓比較器。當(dāng)光線比較強(qiáng)時(shí)，如白天，光敏電阻阻值很小，R4(R2+R3),則門限電壓UT= (R2+R3)R4UREF (R2+R3),則門限電壓UT= (R2+R3)R4UREF UREF =12V此時(shí)電壓比較器輸出電壓為正，三極管導(dǎo)通，繼電器有電流通過，開關(guān)閉合，燈亮。六、電路仿真6.1仿真軟件簡介NI Multisim 10是美國國家儀器公司(NI, National Instruments)最新推出的Multisim最新版本。目前美國NI公司的EWB的包含有電路仿真設(shè)計(jì)的模塊Multisim, PCB設(shè)計(jì)軟件Ultiboard、布線引擎Ultiroute及通信電路分析與設(shè)計(jì)模塊Commsim 4個(gè)部分，能完成從電路的仿真設(shè)計(jì)到電路版圖生成的全過程。Multisim,Ultiboard,Ultiroute及Commsim 4個(gè)部分相互獨(dú)立，可以分別使用。Multisim, Ultiboard,U Iti rout及Commsim4個(gè)部分有增強(qiáng)專業(yè)版(Power Professional )、專業(yè)版(Professional)、個(gè)人版(Personal)、教育版(Education)、學(xué)生版(Student)和演示版(Demo)等多個(gè)版本，各版本的功能和價(jià)格有著明顯的差異。 NI Multisim 10用軟件的方法虛擬電子與電工元器件，虛擬電子與電工儀器和儀表，實(shí)現(xiàn)了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。NI Multisim 10是一個(gè)原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件。NI Multisim 10的元器件庫提供數(shù)千種電路元器件供實(shí)驗(yàn)選用，同時(shí)也可以新建或擴(kuò)充己有的元器件庫，而且建庫所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊(cè)中查到，因此也很方便的在工程設(shè)計(jì)中使用。 NI Multisim 10的虛擬測(cè)試儀器儀表種類齊全，有一般實(shí)驗(yàn)用的通用儀器，如萬用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙蹤示波器、直流電源;而且還有一般實(shí)驗(yàn)室少有或沒有的儀器，如波特圖儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。NI Multisim 10具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時(shí)域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，以幫助設(shè)計(jì)人員分析電路的性能。NI Multisim 10可以設(shè)計(jì)、測(cè)試和演示各種電子電路，包括電工學(xué)、模擬電路、數(shù)字、電路、射頻電路及微控制器和接口電路等?？梢詫?duì)被仿真的電路中的元器件設(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進(jìn)行仿真的同時(shí)，軟件還可以存儲(chǔ)測(cè)試點(diǎn)的所有數(shù)據(jù)，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲(chǔ)測(cè)試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)等。NI Multisim 10有豐富的Help功能，其Hel p系統(tǒng)不僅包括軟件本身的操作指南，更重要的是包含有元器件的功能解說，Hel p中這種元器件功能解說有利于使用EWB進(jìn)行CAI教學(xué)。另外，NI Multisiml0還提供了與國內(nèi)外流行的印刷電路板設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件P rote I及電路仿真軟件PSpice之間的文件接口，也能通過Windows的剪貼板把電路圖送往文字處理系統(tǒng)中進(jìn)行編輯排版。支持VHDL和Verilog HDL語言的電路仿真與設(shè)計(jì)。利用NI Multisim 10可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與虛擬實(shí)驗(yàn)，與傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)方法相比，具有如下特點(diǎn):設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)可以同步進(jìn)行，可以邊設(shè)計(jì)邊實(shí)驗(yàn)，修改調(diào)試方便;設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)用的元器件及測(cè)試儀器儀表齊全，可以完成各種類型的電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn);可方便地對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行測(cè)試和分析;可直接打印輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、測(cè)試參數(shù)、曲線和電路原理圖;實(shí)驗(yàn)中不消耗實(shí)際的元器件，實(shí)驗(yàn)所需元器件的種類和數(shù)量不受限制，實(shí)驗(yàn)成本低，實(shí)驗(yàn)速度快，效率高;設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成功的電路可以直接在產(chǎn)品中使用。NI Multisim 10易學(xué)易用，便于電子信息、通信工程、自動(dòng)化、電氣控制類專業(yè)學(xué)生自學(xué)、便于開展綜合性的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)綜合分析能力、開發(fā)和創(chuàng)新的能力。6.2仿真結(jié)果由交流電產(chǎn)生12V的直流的仿真結(jié)果：白天時(shí)光敏電阻阻值很小，仿真結(jié)果：晚上時(shí)光敏電阻阻值很大，仿真結(jié)果：七、元器件清單元器件名稱型號(hào)/規(guī)格數(shù)量電阻1K15K310K614K117K1穩(wěn)壓管1N447321N44611白熾燈220V 50W1集成運(yùn)放LM7413繼電器DC12V AC2201三極管2N17112電容40Uf1光敏電阻GL35161整流橋堆1B4B421變壓器變比0.0541八、總結(jié)與心得在學(xué)校、機(jī)關(guān)、廠礦企業(yè)等單位的公共場所以及居民區(qū)的公共樓道，長明燈現(xiàn)象十分普遍，這造成了能源的極大浪費(fèi)。另外，由于頻繁開關(guān)或者人為因素，墻壁開關(guān)的損壞率很高，增大了維修量、浪費(fèi)了資金，我們花了一個(gè)星期的時(shí)間進(jìn)行傳感器原理及應(yīng)用的課程設(shè)計(jì)，而我設(shè)計(jì)的課題是光控?zé)舻脑O(shè)計(jì)，可以有效解決上述問題。在本設(shè)計(jì)中介紹了光控?zé)舻慕M成、性能及工作原理，給出各電路原理圖及元件參數(shù)選擇，節(jié)電效果十分明顯，同時(shí)也大大減少了維修量、節(jié)約了資金，使用效果良好。白天光照好，燈不會(huì)發(fā)亮。夜晚光暗，就會(huì)自動(dòng)亮為行人照明。回顧起此次課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到模擬實(shí)踐，學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。這次課程設(shè)計(jì)將我們學(xué)到知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐，是我們從實(shí)踐中獲得新知。本次設(shè)計(jì)還有很多的不足，做得比較辛苦效果也許不好，很多東西平時(shí)學(xué)得也不透徹，我覺得這次課程設(shè)計(jì)從每一個(gè)細(xì)節(jié)都在鍛煉著我們。我希望我們都能從中收獲很多，能把知識(shí)變成自己的東西。在設(shè)計(jì)過程中，通過查閱資料，閱讀文獻(xiàn)，我學(xué)到了很多切實(shí)有用的分析方法和技巧，這對(duì)于我以后的學(xué)習(xí)有很大的幫助。這更使我認(rèn)識(shí)到，學(xué)習(xí)學(xué)的是方法，設(shè)計(jì)學(xué)的是思想。因此，要多總結(jié)別人的方法，來形成自己的思想，這樣學(xué)到的東西才實(shí)實(shí)在在。九、附錄9.1集成運(yùn)發(fā)LM741簡介：LM741是高增益運(yùn)算放大器，將集成運(yùn)放接成同向比例運(yùn)算電路或反向比例運(yùn)算電路，采用多級(jí)比例運(yùn)算電路級(jí)聯(lián)的方式即可滿足電壓放大倍數(shù)的要求。LM741集成運(yùn)放由一個(gè)差分輸入放大器、有效驅(qū)動(dòng)增益和發(fā)射極跟隨互補(bǔ)輸出器構(gòu)成，級(jí)間采用直接耦合，具有低通特性。設(shè)計(jì)電路采用LM741構(gòu)成有源帶通濾波器，滿足設(shè)計(jì)通頻帶要求。為了降低輸出電阻，增加電路帶負(fù)載的能力，設(shè)計(jì)電路輸出級(jí)由集成運(yùn)放LM741構(gòu)成電壓跟隨器。LM741引腳圖1和5為偏置（調(diào)零端），2為正相輸入端，3為反相輸入端，4為接地端，6為輸出端，7接電源，8為空腳LM741主要技術(shù)指標(biāo) ，9.2課 程 設(shè) 計(jì) 評(píng) 定 表姓名張文格學(xué)號(hào)20134136存檔號(hào)系別電氣工程系專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí)工1303課程設(shè)計(jì)題目光控?zé)糁笇?dǎo)教師評(píng)語：簽名： 年 月 日 1課程設(shè)計(jì)成績：指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日2答辯成績：答辯小組組長簽名：年 月 日3綜合成績：備注：1.“課程設(shè)計(jì)成績”一項(xiàng)由指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生在設(shè)計(jì)過程的表現(xiàn)及課程設(shè)計(jì)說明書評(píng)定，