路燈開關(guān)的模擬設(shè)計

1、南昌航空大學(xué)課程設(shè)計論文路燈開關(guān)模擬電路設(shè)計報告 學(xué) 號： 姓 名： 院 系： 測試與光電工程學(xué)院 專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 指導(dǎo)教師： 中文摘要：路燈開關(guān)模擬電路 摘要：ne555觸發(fā)器、cd4011、三極管與繼電器是實(shí)踐中常用的幾個元件。本次課設(shè)實(shí)驗(yàn)是關(guān)于路燈的開關(guān)模擬，其核心是由繼電器、光敏元件、放大器組成，外加電源、發(fā)光管組構(gòu)成模擬電路。其間運(yùn)用到了觸發(fā)器ne555、模擬電子技術(shù)中三極管與芯片cd4011組成的多級放大電路。主要用于安裝在公共場所或道路兩旁的路燈，因通常希望路燈隨日照光強(qiáng)度的變化而自動開啟和關(guān)斷，這樣既滿足行人的需要，又能節(jié)電。關(guān)鍵詞：ne555 cd4011 三極管

2、繼電器 英文摘要：lights switch analog circuits student name : ziqi zhang class : 10081437 supervisor : xinhong jinabstract:ne555 triggers, cd4011, a transistor and a relay is one of several components commonly used in practice. this course is designed to switch on the lights of the simulation, its core is c

3、omposed of the relay, a photosensitive element, amplifier, external power supply, a luminous tube group composed of analog circuit. it used to trigger ne555, simulation of multistage amplifier transistor and chip electronic technology cd4011. it is mainly used for installation in a public place or t

4、he road on both sides of the street lamp, street lamp because we often want to change with the sunshine light intensity automatically turned on and off, so as to meet the needs of pedestrian, but also can save power.keywords: ne555 cd4011 transistor relay南昌航空大學(xué)課程設(shè)計論文目 錄前言11 設(shè)計任務(wù)與要求1.1 設(shè)計任務(wù)11.2 設(shè)計要求1

5、2 方案設(shè)計與論證2.1 系統(tǒng)原理框圖22. 2 主要電路設(shè)計與參數(shù)32.2.1 元件明細(xì)32.2.2 主要元件介紹32.3 總體電路圖72.4 仿真實(shí)驗(yàn)72.4.1 proteus軟件介紹72.4.2 利用proteus仿真82.4.3 仿真調(diào)試102.4.4 仿真結(jié)果103 電路的安裝調(diào)試與故障分析3.1 電路安裝103.2 調(diào)試過程113.3 故障分析124 實(shí)驗(yàn)結(jié)果125 心得體會136 致謝137 參考文獻(xiàn)14附錄14前言 隨著能源問題越來越引起人們的重視，節(jié)能已經(jīng)成為生產(chǎn)應(yīng)用中不可忽視的一方面。了解常用路燈控制的各種方法，及各自的優(yōu)缺點(diǎn)，通過互相的比較，確定設(shè)計方案，并對所用傳感器

6、進(jìn)行選型，同時加以電路的設(shè)計與分析，完成設(shè)計任務(wù)。下面分別對路燈控制器的原理，路燈控制器中用到的主要元件以及在電路中的作用分析。1 設(shè)計任務(wù)與要求1.1設(shè)計任務(wù) （1）學(xué)習(xí)運(yùn)放放大電路的識別與測試與偏置技術(shù)； （2）研究秒脈沖信號發(fā)生電路、穩(wěn)壓電流源特性和設(shè)計方法； （3）掌握路燈開關(guān)電路的結(jié)構(gòu)、原理與設(shè)計方法； （4）培養(yǎng)良好的職業(yè)道德、組織與協(xié)調(diào)和善于與他人合作共事的能力。 （5）鍛煉勇于創(chuàng)新和抗挫折的能力。1.2設(shè)計要求采用分立元件設(shè)計一路燈自動控制開關(guān)模擬電路，用光敏傳感器實(shí)現(xiàn)自控。要求： （1）在天黑時自動點(diǎn)亮路燈，紅綠兩組燈都亮。 （2）后半夜行人稀少，路燈關(guān)掉一半。紅色發(fā)光管滅，

7、剩下綠色發(fā)光管亮。 （3）第二天清早路燈全部關(guān)閉。紅綠兩組燈都滅。2 方案設(shè)計與論證2.1系統(tǒng)原理框圖原理框圖：亮暗rg大rg小繼電器常開繼電器閉合燈不亮燈亮ne555控制半夜紅滅綠亮圖2.1.1 系統(tǒng)原理圖原理介紹：（1） 白天rg受光照，阻值很小，vrg電位很低，既cd4011的1、2腳為低電平，3腳為高電平，4腳為低電平，10腳為高電平，因此，11腳為低電平，三極管9013截止，繼電器k1的線圈無電流流過，常開觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，綠色發(fā)光二極管無電處于關(guān)閉狀態(tài)。10腳突變?yōu)楦唠娖降耐瑫r，有一正脈沖輸入555時基集成電路的2腳，3腳則輸出低電平，k2處于釋放狀態(tài)，紅色發(fā)光二極管沒有電源電壓處

8、于關(guān)閉狀態(tài)。（2） 晚上天色漸暗，rg阻值變大，vrg電壓升高，cd4011的1、2腳為高電平，3腳為低電平，4腳為高電平，10腳為低電平，11腳為高電平，三極管9013導(dǎo)通，繼電器k1的線圈有電流流過，吸合，常開觸點(diǎn)閉合，綠色發(fā)光二極管亮。10腳突變?yōu)榈碗娖降耐瑫r，有一負(fù)脈沖輸入555時基集成電路的2腳，3腳則輸出高電平，k2得電吸合狀態(tài)，紅色發(fā)光二極管電源接通，開始工作。（3） 后半夜：當(dāng)555的2腳獲得負(fù)脈沖，紅色發(fā)光二極管開始發(fā)光的同時，555的6、7腳上連接的充電電容c4開始充電，約為6秒（模擬6小時）vc4的充電電壓大于vdd，則555三腳變?yōu)榈碗娖?，k2線圈失電，其常開觸點(diǎn)斷開使

9、紅色發(fā)光二極管失電滅（模擬后半夜隔盞關(guān)燈）。（4） 早晨：白天的亮度使得光敏電阻阻值減小，vrg變?yōu)榈碗娖饺龢O管9013截止，綠色發(fā)光二極管失電不亮，與此同時555腳獲得正脈沖，其3腳依然維持低電平，k2繼續(xù)失電，處于釋放狀態(tài)，紅色發(fā)光二極管依然處于滅狀態(tài)，即所有燈在白天都是滅的。2.2主要電路設(shè)計與參數(shù)2.2.1元件明細(xì)：市電交流220v經(jīng)熔斷絲（f）給電源變壓器（b）供電，b為降壓變壓器，其次級的交流電壓約為15v，再經(jīng)vd1vda4組成的橋式整流電路整流、電容器c1濾波，7812穩(wěn)壓給電路提供12v直流電壓。r1，vd5組成12v輸出指示器，rg為光敏電阻，調(diào)節(jié)r2的阻值能改變rg的取樣

10、電壓。四運(yùn)放lm324分別接成四個反向9(放大)器，9013推動電池繼電器k1，k1的常開觸點(diǎn)接綠色發(fā)光二極管（模擬高壓汞燈）。ic555電路組成定時電路，定時時間長短由r4、c4定時元件決定，c3為觸發(fā)信號的耦合電容器，電磁繼電器k2的常開觸點(diǎn)接紅色發(fā)光二極管（模擬高壓鈉燈）。vd25是穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值約3v，r5的為vd25的降壓，限流電阻。c6、c7分別為電磁繼電器k2、k1線圈的保護(hù)電容器。2.2.2主要元件介紹：（1） ne555觸發(fā)器ne555是屬于555系列的計時ic的其中的一種型號，555系列ic的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是型號不同的因其價格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率

11、也不大相同；而555是一個用途很廣且相當(dāng)普遍的計時ic，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號。由ne555構(gòu)成的多諧振振蕩器，接通電源后，電容c1被充電，vc上升。當(dāng)vc上升到2/3vcc時，觸發(fā)器被復(fù)位，此時v0為低電平。電容c通過r2和t放電，使vc下降，當(dāng)下降至1/3 vcc時，觸發(fā)器又被置位，v0翻轉(zhuǎn)為高電平。當(dāng)c放電結(jié)束時，vcc將通過r2和r3向電容器充電，vc由1/3vcc上升到2/3vcc。當(dāng)vc上升到2/3vcc時，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率為：f=1.43/(r3+2r2)c。按理論這里我們應(yīng)選擇r2

12、=68k，c=10uf，r3=7k。然而實(shí)際電路中卻無法輸出頻率為1hz的秒脈沖，只能如圖取r3=100，r2=1.8k，c1=100n，c2=10u達(dá)到要求。圖2.2.2.1 ne555內(nèi)部功能圖及引腳圖圖2.2.2.2秒脈沖發(fā)生電路（2） 電磁繼電器圖2.2.2.3電磁繼電器工作原理圖電磁繼電器一般由 電磁鐵,銜鐵,彈簧片，觸點(diǎn) 等組成的，其工作電路由低壓控制電路和高壓工作電路兩部分構(gòu)成。電磁繼電器還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動化控制。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（

13、常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。（3） cd4011 圖2.2.2.4 cd4001的工作原理圖或非邏輯的真值表aby001010100110 圖2.2.2.5 真值表圖2.3總體電路圖rg圖2.3.1 總體電路圖元件型號、參數(shù)：ne555，綠色發(fā)光燈，紅色發(fā)光燈，4個2k電阻，1個3k電阻，2個50

14、k的變阻器，電解電容4個，參數(shù)為470uf、220uf、10uf（2個），cd4011，2個t73（12vdc）繼電器，光敏電阻rg，電容0.01uf，9012型pnp管，9013型npn管，導(dǎo)線若干。2.4仿真實(shí)驗(yàn)：2.4.1proteus軟件介紹：proteus isis是英國labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(spice)各種模擬器件和集成電路。該軟件的特點(diǎn)是： 1.實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和spice電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、rs232動態(tài)仿真、i2c調(diào)試器、spi調(diào)試器

15、、鍵盤和lcd系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。 2.支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、avr系列、pic12系列、pic16系列、pic18系列、z80系列、hc11系列、arm7系列以及各種外圍芯片。 3.提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如keilc51uvision2等軟件。 4.具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。 5.pcb設(shè)計以及自動布線。2.4.2利用p

16、roteus仿真：1、 打開proteus的集成環(huán)境，點(diǎn)擊文件，新建設(shè)計，根據(jù)元件明細(xì)表（參見附錄）中的元件，點(diǎn)擊p，版面出現(xiàn)如下圖所示。在keywords中輸入所找的元件名單，然后點(diǎn)擊右下角的ok，元件被添加了。圖2.4.2.1二、依次放好元件，使元件擺放美觀。三、連接電路：在需要連接的元件接線處，點(diǎn)擊左鍵，移動鼠標(biāo)，可看到導(dǎo)線的出現(xiàn)，再在導(dǎo)線的另一端在另一個元件的端點(diǎn)處點(diǎn)擊，從而連接了電路。如下圖所示：圖2.4.2.2四、設(shè)置元件參數(shù)：1、alternator：設(shè)置amplitude為313v，frequency為50hz。2、tran-2p2s： 設(shè)置secondary inductan

17、ce為0.0047h，其他不變。3、c1：設(shè)置capacitance為1000uf。4、c2：設(shè)置capacitance為470uf。5、c3：設(shè)置capacitance為10uf。6、c4：設(shè)置capacitance為220uf。7、c5：設(shè)置capacitance為0.01uf。8、c6：設(shè)置capacitance為10uf。9、r1：設(shè)置resistance為3k。10、rv1，rv2：設(shè)置resistance為50k。11、r3，r5，r6，r7：設(shè)置resistance為2k。12、vcc：設(shè)置amplitude為313v，frequency為50hz。2.4.3仿真調(diào)試：在prot

18、eus環(huán)境版面中點(diǎn)擊左下角，如圖所示 點(diǎn)擊，系統(tǒng)開始運(yùn)行，如有出錯，則系統(tǒng)將報錯，點(diǎn)擊報錯處，查找出錯原因，予以改正，當(dāng)蜂鳴器響時，此時調(diào)試已經(jīng)成功。2.4.4仿真結(jié)果： 將rg調(diào)至2.1，即此時光照強(qiáng)度大約為傍晚，全部燈亮起。調(diào)節(jié)滑動變阻器，使紅燈全部熄滅，綠燈仍亮，即此時為深夜，關(guān)掉一半的燈。然后調(diào)節(jié)rg增大，即變?yōu)榘滋鞝顟B(tài)，全部燈熄滅，亦滿足條件。3 電路的安裝調(diào)試與故障分析3.1電路安裝由老師分完組，每組下發(fā)一套工具，經(jīng)分工后，大家按電路原理圖組裝電路，并盡量布局合理，連接美觀。當(dāng)在proteus集成環(huán)境調(diào)試成功時，接下來，只需利用實(shí)物，按上述的實(shí)驗(yàn)原理在電路板上擺放好每個元件的位置，

19、把每個元件焊接接起來。焊接完成后，在實(shí)物板的電源正極和負(fù)極接入穩(wěn)壓器中，調(diào)節(jié)好合適的電壓，觀察發(fā)光二極管是否會亮，調(diào)節(jié)光敏電阻觀察紅燈是否滅，調(diào)節(jié)實(shí)物中的滑動變阻器，控制發(fā)光二級管的全部熄滅。安裝好的電路板如下圖：圖3.1.1圖3.1.23.2調(diào)試過程 光敏電阻的測試：用指針式萬用表兩表筆分別接光敏管的兩極，凸面朝向陽光，應(yīng)為低電阻，若為高阻，對調(diào)兩表筆為低阻說明此管是好的。 二極管測試：二極管主要分為三種：整流二極管、穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管；此外，還有開關(guān)二極管。先打磨引腳，再用指針表測試，因二極管具有單相導(dǎo)電性，所以，在測試時，紅筆接負(fù)極，黑筆接正極，若是導(dǎo)通，且紅筆接正極，黑筆接負(fù)極，為

20、截止，則表明二極管是正常的，若不是則表明二極管是壞的。 電解電容器的極性檢測：電解電容的正負(fù)極性不允許接錯，當(dāng)極性接反時，可能因電解液的反向極化，引起電解電容器的爆裂。當(dāng)極性標(biāo)記無法辨認(rèn)時，可根據(jù)正向連接時漏電電阻大、反向連接時漏電電阻相對小的特點(diǎn)判斷極性。交換表筆前后兩次測量漏電電阻，阻值大的一次，黑表筆接觸的是正極，因?yàn)楹诒砉P與萬用表內(nèi)電池正極相接（采用數(shù)字萬用表時，紅表筆接電池正極）。但用這種辦法有時并不能明顯地區(qū)分正、負(fù)向電阻，所以使用電解電容時，要注意保護(hù)極性標(biāo)記。檢查電路在通電調(diào)試之前，必須認(rèn)真檢查電路連線是否正確，對照電路圖按照一定順序逐級檢測，特別要注意電源是否接錯，電源與地是

21、否有短接，二極管是否接反，輕輕撥一撥元器件，觀察焊點(diǎn)是否牢固。調(diào)試先用萬用表測量電路有關(guān)點(diǎn)電位是否正常。檢查發(fā)光二極管是否正常工作。發(fā)現(xiàn)不正常現(xiàn)象時，及時找出原因進(jìn)行修改，注意接線不得有誤，接入電源。在光電二極管有光與無光的情況下看總體電路的工作情況。觀察燈泡是否按要求進(jìn)行變化。如不能順利完成以上功能，則應(yīng)認(rèn)真檢查電路的連接及功能設(shè)計是否有誤并作出相應(yīng)調(diào)整。 由于二只發(fā)光二極管和光敏電阻直接伸出外殼，因此在安裝這幾只元件時，全部在線路板的焊接面，對于光敏電阻直接將元件焊接于線路板的焊接面上，兩只發(fā)光二極管先折彎，發(fā)光面從線路板上的二只孔出伸出。3.3故障分析 用普通萬用表的歐姆檔檢查各點(diǎn)的阻值

22、，粗查是否有短路、斷路或元器件錯焊等情況。用萬用表測量電路中各點(diǎn)對地的電阻以及元器件的阻值，以此來判斷故障部位測量晶體管的管腳電壓和集成塊各腳的電壓或波形，據(jù)此電壓值判斷故障。測量晶體管的管腳電壓和集成塊各腳的電壓或波形，據(jù)此電壓值判斷故障。本電路調(diào)試時請先將光敏電阻的光擋住，將ab分別接在電燈的開關(guān)位上，用手輕拍駐極體，這時燈應(yīng)亮，若用光照射光敏電阻，再用手重拍駐極體，這時燈不亮，說明光敏電阻完好，這時即告本套件制作成功。4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果連接電源，對電路板通電。此時為模擬白天狀態(tài)，只有一盞燈led常亮。然后使用較厚黑布對光敏電阻進(jìn)行遮光處理，即模擬傍晚及黑夜?fàn)顟B(tài)，此時所有紅燈綠燈均亮起。接著模擬后半夜，即通過調(diào)節(jié)電路板上右邊的一個滑動變阻器使得紅燈全部熄滅，綠燈仍亮。最后模擬第二天白天，即撤去光敏電阻上的黑布，此時全部受控?zé)粝?，只有常亮燈led亮。實(shí)驗(yàn)成功。5 心得體會通過完成本次課程設(shè)計，我明白了做好課程設(shè)計需要的是活學(xué)活用所涉及的知識。在兩周與小組同學(xué)的交流中，我認(rèn)識到合作的重要性。在本次的課程設(shè)計中通過我們自己選題，找材料，分析、設(shè)計等，掌握了一些具體實(shí)物的制作方法和相關(guān)軟件的