電氣電子仿真作業(yè)報(bào)告

1、東 北 石 油 大 學(xué)電工電子仿真實(shí)踐課程設(shè)計(jì) 2014 年 7 月 4 日課 程 電工電子仿真實(shí)踐課程設(shè)計(jì) 題 目 樓道觸摸延時(shí)開關(guān) 院 系 電氣信息工程學(xué)院電氣系 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 電工電子仿真實(shí)踐課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程 電工電子仿真實(shí)踐課程設(shè)計(jì) 題目 樓道觸摸延時(shí)開關(guān) 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 姓名 學(xué)號(hào) 主要內(nèi)容：根據(jù)仿真軟件 Multisim 的主要功能特點(diǎn),利用其先進(jìn)的仿真性能進(jìn)行樓道觸摸延時(shí)電路的設(shè)計(jì)和研究?；疽螅?、設(shè)計(jì)一樓道觸摸延時(shí)開關(guān)，其功能是當(dāng)人用手觸摸開關(guān)時(shí)照明燈點(diǎn)亮，并持續(xù)一段時(shí)間（一分鐘左右）后自動(dòng)熄滅；2、畫出電路原理圖；3、用 Multis

2、im8 對(duì)電路進(jìn)行仿真調(diào)試和研究；4、在保證正常功能的條件下對(duì)電路進(jìn)行優(yōu)化，使之更加合理，切合實(shí)際。主要參考資料：1 劉偉，李思強(qiáng).Multisim8 電工電子仿真實(shí)踐M.哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，2007.2 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）M.高等教育出版社，2006.3 付楊. Multisim 仿真在電工電子實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用J.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011,4:86-92.4 高娟. 基于 Multisim 的電子電路仿真研究J.青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，02:63-65.5 殷蔚，陳波. Multisim 軟件在模擬電路中的仿真應(yīng)用J.岳陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，03:86-

3、90.完成期限 2014.6.302014.7.4 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2014 年 7 月 4 日目錄1 設(shè)計(jì).12 方案選擇與電路原理圖的設(shè)計(jì).12.1 電路原理圖的設(shè)計(jì).12.2 觸發(fā)計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)與選擇.12.3 電源的設(shè)計(jì)與選擇.22.4 負(fù)載端控制電路的設(shè)計(jì).23 元件選取與電路圖的繪制.33.1 元件選取.33.2 電路圖的繪制.44 仿真分析方法實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析.45 總結(jié).6參考文獻(xiàn).7電工電子仿真實(shí)踐課程設(shè)計(jì)（報(bào)告）01 設(shè)計(jì)樓道觸摸延時(shí)開關(guān)是一種新型電子節(jié)能開關(guān)，可廣范應(yīng)用于多層住宅和辦公樓室外的走廊，門廳，樓梯間，電梯間，過道等公共場(chǎng)所，也可以在家庭安裝。需要開燈時(shí)，手

4、指輕輕觸摸開關(guān)的感應(yīng)區(qū)，電燈自動(dòng)開啟點(diǎn)亮，一段時(shí)間后，電燈自動(dòng)關(guān)閉熄滅。該操作簡(jiǎn)單，實(shí)用節(jié)能，又沒有聲控開關(guān)有聲音就亮的弊端。 功能要求：節(jié)約電能，無(wú)觸點(diǎn)，無(wú)污染，安全可靠。指標(biāo)要求：延時(shí)一分鐘，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)久耐用。2 方案選擇與電路原理圖的設(shè)計(jì)2.1 電路原理圖的設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖可知該電路應(yīng)由幾部分組成，而且各個(gè)部分相對(duì)獨(dú)立，因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)電路的時(shí)可將各個(gè)部分分別設(shè)計(jì)，獨(dú)立選擇器件，獨(dú)立測(cè)試，最后將這幾部分進(jìn)行組裝、調(diào)試，達(dá)到設(shè)計(jì)完整樓道觸摸延時(shí)開關(guān)的目的。電源觸發(fā)電路負(fù)載電路計(jì)時(shí)電路圖 2.1 電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖2.2 觸發(fā)計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)與選擇觸摸延時(shí)電路是基于時(shí)基芯片555_VIRTUAL

5、 構(gòu)成的電路，主要用于開關(guān)閉合后控制電路在一段時(shí)間后自動(dòng)斷開達(dá)到延時(shí)的目的。 電路原理：觸摸延時(shí)開關(guān)電路主要由時(shí)基芯片555_VIRTUAL組成的定時(shí)電路，在這里接成單穩(wěn)態(tài)電路。平時(shí)由于觸摸端無(wú)感應(yīng)電壓，電容通過1C555_VIRTUAL第7腳放電完畢，第3腳輸出為低電平，繼電器KS釋放，電燈不亮。電工電子仿真實(shí)踐課程設(shè)計(jì)（報(bào)告）1 當(dāng)需要開燈時(shí)，用手觸碰一下觸摸端，觸發(fā)信號(hào)電壓由加至2C555_VIRTUAL的觸發(fā)端，使555的輸出由低變成高電平，繼電器KS吸合，電燈點(diǎn)亮。同時(shí)，555_VIRTUAL第7腳內(nèi)部截止，電源便通過給充電，這就是定1R1C時(shí)的開始。當(dāng)電容上電壓上升至電源電壓的2/

6、3時(shí)，555_VIRTUAL第7腳導(dǎo)通使放1C1C電，使第3腳輸出由高電平變回到低電平，繼電器釋放，電燈熄滅，定時(shí)結(jié)束。定時(shí)長(zhǎng)短由、決定：1R1C =1.1 （2-1） 1T11CR 根據(jù)設(shè)計(jì)需要延時(shí)一分鐘=60s，設(shè)=100F ，則:1T1C= （2-2）1R111 . 1 CT 圖 2.2 觸發(fā)計(jì)時(shí)電路2.3 電源的設(shè)計(jì)與選擇人體最高能承受電壓為 36V，而且選用的 555_VIRTUAL VCC 端電壓為5V，但是日常使用的電燈工作電壓為 220V，所以決定采用兩個(gè)電源的設(shè)計(jì)，觸發(fā)計(jì)時(shí)電路采用 5V 電壓直流電源，負(fù)載電路采用 220V 交流電源。2.4 負(fù)載端控制電路的設(shè)計(jì)電工電子仿真

7、實(shí)踐課程設(shè)計(jì)（報(bào)告）2在樓道觸延時(shí)時(shí)開關(guān)設(shè)計(jì)中，控制電路主要由繼電器與二極管組成，通過繼電器的通斷來控制燈泡的亮與熄滅。電路中，繼電器線圈兩端反相并聯(lián)了一只二極管，它是用于保護(hù)集成塊的，切不可省去，否則在繼電器由吸合狀態(tài)轉(zhuǎn)為釋放時(shí)，由于電感的作用線圈上將產(chǎn)生較高的反電動(dòng)勢(shì)，極容易導(dǎo)致集成塊擊穿。并聯(lián)了二極管后，在繼電器由吸合變?yōu)獒尫诺乃查g，線圈將通過二極管形成短時(shí)間的續(xù)流回路，使線圈中的電流不致突變，從而避免了線圈中反電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生，確保了集成塊的安全。工作原理：當(dāng) 555_VIRTUAL 三腳輸出高電平時(shí)，繼電器的線圈中會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈

8、簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合，電燈亮。當(dāng) 555_VIRTUAL 三腳輸出低電平時(shí)，繼電器中線圈斷電，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放，此時(shí)電燈熄滅。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。圖 2.3 負(fù)載端控制電路的設(shè)計(jì)3 元件選取與電路圖的繪制3.1 元件選取計(jì)時(shí)電路的主要元件為當(dāng) 555_VIRTUAL，選用型號(hào)為 NE555。負(fù)載控制電電工電子仿真實(shí)踐課程設(shè)計(jì)（報(bào)告）3路主要元件為繼電器，繼電器由 NE555 三腳輸出電壓決定，由于 NE55 的供電電源是 5V，所以 3

9、 腳輸出電壓略等于 5V ?？梢赃x用額定電壓 5V 的繼電器，二極管選用普通二極管。燈泡采用 220V-100W 的節(jié)能燈。3.2 電路圖的繪制由要求及上文給出公式可知：=1.1 （3-1） 1T11CR 根據(jù)設(shè)計(jì)需要延時(shí)一分鐘=60s，設(shè)=100F ，則：1T1C=550K （3-2）1R111 . 1 CT00001. 01 . 160S將觸發(fā)計(jì)時(shí)電路與負(fù)載電路結(jié)合在一起得到最終電路圖：圖 3.1 樓道觸摸延時(shí)開關(guān)電路圖4 仿真分析方法實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析仿真分析方法實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析我們利用仿真軟件 Multisim 對(duì)電路進(jìn)行模擬仿真，并進(jìn)行分析。仿真分析電路如圖 4.1 所示。首先我們將觸發(fā)開

10、關(guān)斷開，運(yùn)行樓道延時(shí)開關(guān)仿真電路，觀察示波器波形如圖 4.2 所示，觀察電壓表讀數(shù)如圖 4.3 所示。電工電子仿真實(shí)踐課程設(shè)計(jì)（報(bào)告）4圖 4.1 樓道延時(shí)開關(guān)仿真分析電路 圖 4.2 開關(guān)斷開時(shí)示波器波形 圖 4.3 開關(guān)斷開電壓表示數(shù)分析結(jié)果：當(dāng)開關(guān)未閉合時(shí)，555 繼電器輸出端為低電平，繼電器保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，電壓表示數(shù)幾乎為 0，燈泡保持熄滅。然后將開關(guān)閉合，再次觀察示波器波形如圖 4.4 所示，觀察電壓表讀數(shù)如圖4.5 所示。 圖 4.4 開關(guān)閉合時(shí)示波器波形 圖 4.5 開關(guān)閉合時(shí)電壓表示數(shù)電工電子仿真實(shí)踐課程設(shè)計(jì)（報(bào)告）5分析結(jié)果：當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，5V 電壓加在 555 計(jì)時(shí)器的觸發(fā)端

11、，使輸出端信號(hào)有低電平變?yōu)楦唠娖?，繼電器銜鐵閉合，電壓表示數(shù)為 220V，照明電路接通，燈泡點(diǎn)亮。同時(shí)，電源通過定時(shí)電阻給定時(shí)電容充電，這就是定時(shí)的開始。我們?cè)俅螌㈤_關(guān)斷開觀察此時(shí)示波器波形如圖 4.6 所示，觀察電壓表讀數(shù)如圖 4.7 所示。 圖 4.6 開關(guān)再次斷開時(shí)示波器波形 圖 4.7 開關(guān)再次斷開時(shí)電壓表示數(shù)分析結(jié)果：開關(guān)斷開后 555 計(jì)時(shí)器輸出端保持高電平輸出，電壓表示數(shù)依舊為 220V，小燈泡依然為點(diǎn)亮狀態(tài)，達(dá)到了延時(shí)的目的。最后等待一分鐘，發(fā)現(xiàn)小燈泡熄滅，此時(shí)示波器波形如圖 4.8 所示，觀察電壓表讀數(shù)如圖 4.9 所示。 圖 4.8 等待一分鐘后示波器波形 圖 4.9 等待

12、一分鐘后的電壓表示數(shù)分析結(jié)果：延時(shí)一分鐘后，555 計(jì)時(shí)器輸出端變?yōu)榈碗娖捷敵?，電壓表示?shù)幾乎為零，小燈泡熄滅，做到了延時(shí)一分鐘自動(dòng)熄滅的目標(biāo)。 5 總結(jié)總結(jié)本課程設(shè)計(jì)就樓道觸摸延時(shí)開關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)，使用仿真軟件Multisim8 進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性和可行性。具體內(nèi)容包括：電工電子仿真實(shí)踐課程設(shè)計(jì)（報(bào)告）61、設(shè)計(jì)了樓道觸摸延時(shí)開關(guān)的電路原理圖，包括觸發(fā)電路、計(jì)時(shí)電路、負(fù)載電路。2、根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)指標(biāo)計(jì)算了各部分系統(tǒng)參數(shù)，并進(jìn)行了相應(yīng)元件選取。3、利用仿真軟件 Multisim8 進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明：本設(shè)計(jì)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的基本要求，切合實(shí)際，可行性很高；4、在樓道觸摸延時(shí)開

13、關(guān)實(shí)際中引入了 555 計(jì)時(shí)器，利用數(shù)電課程設(shè)計(jì)研究，并創(chuàng)意性引入了電磁繼電器和雙電源設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了本設(shè)計(jì)的實(shí)用性和安全性。電工電子仿真實(shí)踐課程設(shè)計(jì)（報(bào)告）參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 劉偉，李思強(qiáng).Multisim8 電工電子仿真實(shí)踐M.哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，2007.2 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）M.高等教育出版社，2006.3 付楊. Multisim 仿真在電工電子實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用J.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，4:86-92.4 高娟. 基于 Multisim 的電子電路仿真研究J.青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，02:63-65.5 殷蔚，陳波. Multisim 軟件在模擬電路中的仿真應(yīng)用J.岳陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，03:86-90.東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)表課程名稱電工電子仿真實(shí)踐課程設(shè)計(jì)題目名稱樓道觸摸延時(shí)開關(guān) 學(xué)生姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師姓名 職稱副教授講師序號(hào)評(píng)價(jià)