智能控制器設(shè)計(jì)書-草坪燈

1、太陽(yáng)能智能控制器設(shè)計(jì)與制作項(xiàng)目課程設(shè)計(jì)書 二級(jí)學(xué)院新能源科學(xué)與工程學(xué)院年級(jí)專業(yè)12級(jí)新能源科學(xué)與工程學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 分組號(hào) 指導(dǎo)教師 教師職稱 設(shè)計(jì)書成績(jī)目錄一、項(xiàng)目課程目的2二、項(xiàng)目課程的任務(wù)和要求2三、項(xiàng)目小組成員及分工3四、項(xiàng)目實(shí)施步驟（小組討論實(shí)施的具體步驟）4五.主要元器件介紹45.1.電阻45.1.1.電阻的定義45.1.2電阻的作用55.1.3電阻的阻值標(biāo)法5色標(biāo)法55.2.二極管55.2.1二極管的定義55.2.2二極管的作用55.2.3二極管的工作原理55.3.三極管65.3.1三極管的定義65.3.2三極管的作用65.3.3三極管的類型65.4.發(fā)光二極管75.4.1發(fā)光

2、二極管的定義75.4.2發(fā)光二極管的作用7六.草坪燈控制器的工作原理76.1.本控制器的工作原理86.2.本控制器的優(yōu)點(diǎn)86.3.本控制器的缺點(diǎn)8七、仿真及調(diào)試9八、控制器中各電子元件的作用及相關(guān)參數(shù)10九、控制器的電性能參數(shù)、設(shè)備選型及預(yù)算11十、心得體會(huì)12十一、參考文獻(xiàn)12附表：控制器設(shè)計(jì)圖紙13一、項(xiàng)目課程目的本課程是新能源科學(xué)與工程專業(yè)集中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)專業(yè)必修課程中的一門核心課程，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識(shí)去解決某一設(shè)計(jì)任務(wù)的一次訓(xùn)練。在整個(gè)教學(xué)計(jì)劃中，它也起著培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的重要作用。項(xiàng)目課程的開發(fā)不必強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)的系統(tǒng)性和嚴(yán)密性，應(yīng)該從職業(yè)崗位群的需

3、要出發(fā)，圍繞職業(yè)崗位技能的形成把職業(yè)道德、專業(yè)技能、相關(guān)專業(yè)三個(gè)方面，按照崗位能力的需要，以技能的遞進(jìn)為順序，組成橫向的集群式模塊課程。即圍繞課程模塊梳理出支撐該模塊所必須的公共基礎(chǔ)課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程、崗位知識(shí)課程和崗位技能課程以及專業(yè)實(shí)踐課程和技能實(shí)訓(xùn)課程和綜合職業(yè)能力應(yīng)用課程等。通過工作任務(wù)的完成，實(shí)現(xiàn)學(xué)生職業(yè)能力的漸進(jìn)提升。所以，項(xiàng)目課程是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的有益實(shí)踐。通過項(xiàng)目課程,學(xué)生應(yīng)該注重以下幾個(gè)能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)：1. 查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)(包括從已發(fā)表的文獻(xiàn)中和從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中搜集)的能力；2. 樹立既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性正確設(shè)計(jì)思想，在這種設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)

4、下去分析和解決實(shí)際問題的能力；3. 用簡(jiǎn)潔的文字或清晰的圖表來表達(dá)自己設(shè)計(jì)思想的能力；4. 對(duì)所設(shè)計(jì)的項(xiàng)目任務(wù)，做成產(chǎn)品，提高動(dòng)手能力和實(shí)踐能力。二、項(xiàng)目課程的任務(wù)和要求1、學(xué)習(xí)態(tài)度：要有勤于思考、刻苦鉆研的學(xué)習(xí)精神和嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、有錯(cuò)必改、精益求精的工作態(tài)度，對(duì)有抄襲他人設(shè)計(jì)圖紙（論文）或找他人代畫設(shè)計(jì)圖紙、代做報(bào)告等行為的弄虛作假者一律按不及格記成績(jī)，并根據(jù)學(xué)校有關(guān)規(guī)定給與處理。2、學(xué)習(xí)紀(jì)律：要嚴(yán)格遵守學(xué)習(xí)紀(jì)律，遵守作息時(shí)間，不得遲到、早退和曠課。如因事、因病不能上課，則需請(qǐng)假，凡未請(qǐng)假或未獲準(zhǔn)假擅自不上課者，均按曠課論處。3、課程目標(biāo)： 掌握課程的基本理論和基本知識(shí)，概念清楚，設(shè)計(jì)

5、計(jì)算正確，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠，繪圖符合標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫規(guī)范。要敢于創(chuàng)新，勇于實(shí)踐，注意培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和工程意識(shí)。    （1）鞏固和加深對(duì)項(xiàng)目課程基本知識(shí)的理解，提高學(xué)生綜合運(yùn)用本課程自學(xué)知識(shí)的能力。    （2）培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍、查閱手冊(cè)、圖表和文獻(xiàn)資料的所學(xué)能力。通過獨(dú)立思考，深入鉆研有關(guān)問題，學(xué)會(huì)自己分析解決問題的方法。    （3）通過太陽(yáng)能智能控制器項(xiàng)目課程方案的分析比較、設(shè)計(jì)原理、設(shè)備選型、安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，初步掌握簡(jiǎn)單太陽(yáng)能智能控制系統(tǒng)的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。

6、0;   （4）掌握常用太陽(yáng)能智能控制器的基本參數(shù)，學(xué)會(huì)太陽(yáng)電池組件的容量計(jì)算、蓄電池容量計(jì)算、充放電保護(hù)、超壓過流保護(hù)等，提高學(xué)生動(dòng)手能力，能在教師指導(dǎo)下，完成項(xiàng)目產(chǎn)品任務(wù)。    （5）了解與課題有關(guān)的智能控制器的安裝及使用工程技術(shù)規(guī)范，能按課程設(shè)計(jì)任務(wù)的要求編寫設(shè)計(jì)報(bào)告，能正確反映設(shè)計(jì)和產(chǎn)品成果。    （6）培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度。通過課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，幫助學(xué)生逐步建立正確的生產(chǎn)觀念、工程觀念和全局觀點(diǎn)。三、項(xiàng)目小組成員及分工姓名任務(wù)分解完成情況 查二極管資料,預(yù)算與采購(gòu)器件,焊接二極管,撰寫設(shè)計(jì)書由

7、于市面上供應(yīng)的電阻與所需的阻值不同所以采購(gòu)的電阻阻值小 查發(fā)光二極管資料,設(shè)計(jì)電路與仿真,焊接發(fā)光二極管電路設(shè)計(jì)有待完善 查三極管資料,焊接三極管,撰寫設(shè)計(jì)書設(shè)計(jì)書的格式和語言需要仔細(xì)斟酌 查電阻資料,撰寫設(shè)計(jì)書,焊接電阻設(shè)計(jì)書的格式和語言需要仔細(xì)斟酌 查控制器資料,焊接光敏電阻完成 CAD繪圖,焊接與調(diào)試 焊接的美觀性與細(xì)節(jié)需要注意四、項(xiàng)目實(shí)施步驟（小組討論實(shí)施的具體步驟）1. 小組成員分工查找資料，了解各種太陽(yáng)能草坪燈控制器的工作原理，并對(duì)所找的資料進(jìn)行匯總整理。（12月22日）2. 小組成員對(duì)整個(gè)控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)討論做出設(shè)計(jì)以及項(xiàng)目實(shí)施的落實(shí)。（12月23日）3. 洪運(yùn)瑤設(shè)計(jì)電路并繪制控制

8、器的電路原理圖。（12月23日）4. 小組成員根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路圖確定各電子元器件的型號(hào)及參數(shù)。（12月24日）5. 萬宸宇按照所選定的電子元器件型號(hào)做出合理預(yù)算并采購(gòu)。(12月25日)6. 集齊控制器原理圖所需的電子元器件，小組成員按照分工表進(jìn)行電路板焊接工作。(12月26日)7.小組成員對(duì)所焊接的控制器電路板進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)一步了解該控制器的工作原理。(12月29日)8.小組成員各自撰寫此次設(shè)計(jì)書并打印。（12月30日）9.小組成員對(duì)此次設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)并答辯。（12月31日）五.主要元器件介紹5.1.電阻5.1.1.電阻的定義電阻（Resistance，通常用“R”表示），是一個(gè)物理量，在物理學(xué)中

9、表示導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的大小。導(dǎo)體的電阻越大，表示導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用越大。5.1.2電阻的作用主要職能就是阻礙電流流過 ,應(yīng)用于限流、分流、降壓、分壓、負(fù)載與電容配合作濾波器及阻匹配等.數(shù)字電路中功能有上拉電阻和下拉電阻。5.1.3電阻的阻值標(biāo)法 色標(biāo)法用不同顏色的色環(huán)來表示電阻器的阻值及誤差等級(jí).普通電阻一般有(4)環(huán)表示,精密電阻用5環(huán).5.2.二極管5.2.1二極管的定義二極管，（英語：Diode），電子元件當(dāng)中，一種具有兩個(gè)電極的裝置，只允許電流由單一方向流過，許多的使用是應(yīng)用其整流的功能。5.2.2二極管的作用二極管的主要特性是單向?qū)щ娦裕簿褪窃谡螂妷旱淖饔孟?，?dǎo)通電阻很??；而

10、在反向電壓作用下導(dǎo)通電阻極大或無窮大。正因?yàn)槎O管具有上述特性，常把它用在整流、隔離、穩(wěn)壓、極性保護(hù)、編碼控制、調(diào)頻調(diào)制和靜噪等電路中。5.2.3二極管的工作原理晶體二極管為一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的pn結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于pn結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流I0。當(dāng)外加的反向電壓高到

11、一定程度時(shí)，pn結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。pn結(jié)的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。5.3.三極管5.3.1三極管的定義半導(dǎo)體雙極型三極管又稱晶體三極管，通常簡(jiǎn)稱晶體管或三極管，它是一種電流控制電流的半導(dǎo)體器件，可用來對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行放大和作無觸點(diǎn)開關(guān)。5.3.2三極管的作用三極管的主要作用是電流放大，以共發(fā)射極接法為例（信號(hào)從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當(dāng)基極電壓UB有一個(gè)微小的變化時(shí)，基極電流IB也會(huì)隨之有一小的變化，受基極電流IB的控制，集電極電流IC會(huì)有一個(gè)很大的變化，基極電流

12、IB越大，集電極電流IC也越大，反之，基極電流越小，集電極電流也越小，即基極電流控制集電極電流的變化。但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的放大作用。IC 的變化量與IB變化量之比叫做三極管的放大倍數(shù)（=IC/IB, 表示變化量。），三極管的放大倍數(shù)一般在幾十到幾百倍。5.3.3三極管的類型三極管只有兩種類型，即型和型。判別時(shí)只要知道基極是型材料還是型材料即可。當(dāng)用萬用電表R×1k檔時(shí)，黑表筆代表電源正極，如果黑表筆接基極時(shí)導(dǎo)通，則說明三極管的基極為型材料，三極管即為型。如果紅表筆接基極導(dǎo)通，則說明三極管基極為型材料，三極管即為型。5.4.發(fā)光二極管5.4.1發(fā)光

13、二極管的定義LED，即Light Emitting Diode的縮寫，翻譯為發(fā)光二極管，它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能，與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光，氮化鎵二極管發(fā)藍(lán)光。因化學(xué)性質(zhì)又分有機(jī)發(fā)光二極管OLED和無機(jī)發(fā)光二極管LED。5.4.2發(fā)光二極管的作用發(fā)光二極管（LED）是一種由磷化鎵（GaP）等半導(dǎo)體材料制成的、能直接將電能轉(zhuǎn)變成光能的發(fā)光顯

14、示器件。當(dāng)其內(nèi)部有一定電流通過時(shí)，它就會(huì)發(fā)光。發(fā)光二極管也與普通二極管一樣由PN結(jié)構(gòu)成，也具有單向?qū)щ娦?。它廣泛應(yīng)用于各種電子電路、家電、儀表等設(shè)備中、作電源指示或電平指示等。六.草坪燈控制器的工作原理草坪燈控制器的工作原理圖6.1.本控制器的工作原理此次設(shè)計(jì)的控制器主要是利用太陽(yáng)能電池組件本身作為一個(gè)光敏器件來控制電路的工作狀態(tài)。兩種工作狀態(tài)分別為:白天太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生電壓，給VT1三極管的基極一個(gè)高電位，且集電極產(chǎn)生反向電壓，導(dǎo)致VT1導(dǎo)通，VT2的基極即是一個(gè)零電位，VT2截止、VT3截止，VT4的基極無電動(dòng)勢(shì)，LED不發(fā)光，此時(shí)太陽(yáng)電池組件只給蓄電池充電。另一個(gè)工作狀態(tài)為夜晚，太陽(yáng)電池

15、組件不工作，此時(shí)只有蓄電池給負(fù)載供電(白天已為蓄電池充好電的情況下)，IN4007型號(hào)二極管主要是讓蓄電池不能給太陽(yáng)電池反充，起到一個(gè)阻斷作用。由于VT1的基極無電動(dòng)勢(shì)，即VT1截止，VT2導(dǎo)通，VT3導(dǎo)通，VT4也導(dǎo)通，LED發(fā)光。6.2.本控制器的優(yōu)點(diǎn)采用多極放大，對(duì)電池組件的敏感性有顯著提高，在相應(yīng)的參數(shù)下，當(dāng)太陽(yáng)電池電壓高于1.7V時(shí)，VT1導(dǎo)通，VT2、VT3截止，太陽(yáng)電池向蓄電池充電，LED不亮。當(dāng)太陽(yáng)電池電壓低于1.7V時(shí)，VT1截止，VT2、VT3導(dǎo)通。蓄電池向負(fù)載供電，LED發(fā)光，直到蓄電池電壓低于4.3V時(shí)停止向蓄電池供電，達(dá)到過放保護(hù)。6.3.本控制器的缺點(diǎn)由于過充保護(hù)電

16、路比較復(fù)雜，考慮到蓄電池容量與太陽(yáng)電池的發(fā)電效率，這個(gè)控制器并沒有設(shè)置一個(gè)過充保護(hù)電路。七、仿真及調(diào)試1.白天，太陽(yáng)電池的電壓高于1.7V時(shí)，太陽(yáng)電池向蓄電池充電，LED燈不亮。2.晚上，太陽(yáng)電池的電壓低于1.7V時(shí)，蓄電池向負(fù)載供電，LED燈發(fā)光。3. 當(dāng)蓄電池電壓低于4.3V時(shí)停止向負(fù)載供電，LED燈不亮，達(dá)到過放保護(hù)。4.電路焊接美觀，布局合理。 產(chǎn)品調(diào)試結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致。八、控制器中各電子元件的作用及相關(guān)參數(shù)1.蓄電池在白天光照條件下蓄能，在晚上無光環(huán)境下供負(fù)載工作。2.太陽(yáng)能電池白天產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)、產(chǎn)生電流與電壓，供蓄電池蓄能，且在本設(shè)計(jì)中充當(dāng)一個(gè)靈敏的光控器件來控制系統(tǒng)的工

17、作狀態(tài)。3.二極管IN4007防反充作用，阻斷蓄電池向太陽(yáng)能電池板放電。4.電阻R1VT1基極的電阻保護(hù)三極管的正常工作，同時(shí)起到限流作用，阻值為330k。5電阻R2主要是在VT1導(dǎo)通后，給VT2的基極一個(gè)高電壓使VT2導(dǎo)通。6.電阻R3與R2功能相同，在VT2導(dǎo)通后，提供一個(gè)高電位給VT3同時(shí)起到限流作用，使之截止或?qū)ā?.電阻R4與LED燈串聯(lián)的電阻，分壓與限流，保護(hù)電路，阻值為470歐。8.三極管VT1、VT2主要是白天VT1導(dǎo)通，VT2截止。夜晚VT1截止，VT2導(dǎo)通作一個(gè)開關(guān)使用，型號(hào)9013、9014、NPN型。9.三極管VT3、VT4共同組成一個(gè)信號(hào)放大的功能，提高負(fù)載的輸出。

18、10.發(fā)光二極管LED表示控制器的工作狀態(tài)，亮?xí)r表示夜晚蓄電池向負(fù)載供電，不亮?xí)r表示白天太陽(yáng)電池向蓄電池充電。九、控制器的電性能參數(shù)、設(shè)備選型及預(yù)算設(shè)備名稱電性能參數(shù)設(shè)備選型數(shù)量個(gè)單價(jià)元總價(jià)（元）二極管IN400710.55.6發(fā)光二極管10.5三極管ST9013C20.3ST9014C10.3ST9015C10.3電阻R1(330k)10.3R2(18k)10.3R3(18k)10.3R4(470k)10.5PCB電路板12十、心得體會(huì)（項(xiàng)目課程中遇到的困難、繼續(xù)改進(jìn)的措施、課程實(shí)施的合理化建議）這次課程設(shè)計(jì)是大學(xué)以來第一次要求以實(shí)物來完成的，所以跟以往的感受有所不同。在完成這次課程設(shè)計(jì)中對(duì)我們