智能控制器設計書-草坪燈

1、太陽能智能控制器設計與制作項目課程設計書 二級學院新能源科學與工程學院年級專業(yè)12級新能源科學與工程學 號 學生姓名 分組號 指導教師 教師職稱 設計書成績目錄一、項目課程目的2二、項目課程的任務和要求2三、項目小組成員及分工3四、項目實施步驟（小組討論實施的具體步驟）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電阻的阻值標法5色標法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86.3.本控制器的缺點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參數(shù)10九、控制器的電性能參數(shù)、設備選型及預算11十、心得體會12十一、參考文獻12附表：控制器設計圖紙13一、項目課程目的本課程是新能源科學與工程專業(yè)集中實踐教學環(huán)節(jié)專業(yè)必修課程中的一門核心課程，是培養(yǎng)學生綜合運用本門課程及有關選修課程的基本知識去解決某一設計任務的一次訓練。在整個教學計劃中，它也起著培養(yǎng)學生獨立工作能力的重要作用。項目課程的開發(fā)不必強調(diào)理論知識的系統(tǒng)性和嚴密性，應該從職業(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、相關專業(yè)三個方面，按照崗位能力的需要，以技能的遞進為順序，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課程和專業(yè)基礎課程、崗位知識課程和崗位技能課程以及專業(yè)實踐課程和技能實訓課程和綜合職業(yè)能力應用課程等。通過工作任務的完成，實現(xiàn)學生職業(yè)能力的漸進提升。所以，項目課程是培養(yǎng)學生獨立工作能力的有益實踐。通過項目課程,學生應該注重以下幾個能力的訓練和培養(yǎng)：1. 查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)(包括從已發(fā)表的文獻中和從生產(chǎn)現(xiàn)場中搜集)的能力；2. 樹立既考慮技術(shù)上的先進性又考慮經(jīng)濟上的合理性正確設計思想，在這種設計思想的指導

4、下去分析和解決實際問題的能力；3. 用簡潔的文字或清晰的圖表來表達自己設計思想的能力；4. 對所設計的項目任務，做成產(chǎn)品，提高動手能力和實踐能力。二、項目課程的任務和要求1、學習態(tài)度：要有勤于思考、刻苦鉆研的學習精神和嚴肅認真、一絲不茍、有錯必改、精益求精的工作態(tài)度，對有抄襲他人設計圖紙（論文）或找他人代畫設計圖紙、代做報告等行為的弄虛作假者一律按不及格記成績，并根據(jù)學校有關規(guī)定給與處理。2、學習紀律：要嚴格遵守學習紀律，遵守作息時間，不得遲到、早退和曠課。如因事、因病不能上課，則需請假，凡未請假或未獲準假擅自不上課者，均按曠課論處。3、課程目標： 掌握課程的基本理論和基本知識，概念清楚，設計

5、計算正確，結(jié)構(gòu)設計合理，實驗數(shù)據(jù)可靠，繪圖符合標準，設計報告撰寫規(guī)范。要敢于創(chuàng)新，勇于實踐，注意培養(yǎng)創(chuàng)新意識和工程意識。    （1）鞏固和加深對項目課程基本知識的理解，提高學生綜合運用本課程自學知識的能力。    （2）培養(yǎng)學生根據(jù)課題需要選學參考書籍、查閱手冊、圖表和文獻資料的所學能力。通過獨立思考，深入鉆研有關問題，學會自己分析解決問題的方法。    （3）通過太陽能智能控制器項目課程方案的分析比較、設計原理、設備選型、安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，初步掌握簡單太陽能智能控制系統(tǒng)的分析方法和工程設計方法。

6、0;   （4）掌握常用太陽能智能控制器的基本參數(shù)，學會太陽電池組件的容量計算、蓄電池容量計算、充放電保護、超壓過流保護等，提高學生動手能力，能在教師指導下，完成項目產(chǎn)品任務。    （5）了解與課題有關的智能控制器的安裝及使用工程技術(shù)規(guī)范，能按課程設計任務的要求編寫設計報告，能正確反映設計和產(chǎn)品成果。    （6）培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風和科學態(tài)度。通過課程設計實踐，幫助學生逐步建立正確的生產(chǎn)觀念、工程觀念和全局觀點。三、項目小組成員及分工姓名任務分解完成情況 查二極管資料,預算與采購器件,焊接二極管,撰寫設計書由

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

8、器的電路原理圖。（12月23日）4. 小組成員根據(jù)所設計的電路圖確定各電子元器件的型號及參數(shù)。（12月24日）5. 萬宸宇按照所選定的電子元器件型號做出合理預算并采購。(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行電路板焊接工作。(12月26日)7.小組成員對所焊接的控制器電路板進行測試，進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計書并打印。（12月30日）9.小組成員對此次設計進行總結(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），是一個物理量，在物理學中

9、表示導體對電流阻礙作用的大小。導體的電阻越大，表示導體對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 ,應用于限流、分流、降壓、分壓、負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電阻的阻值標法 色標法用不同顏色的色環(huán)來表示電阻器的阻值及誤差等級.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），電子元件當中，一種具有兩個電極的裝置，只允許電流由單一方向流過，許多的使用是應用其整流的功能。5.2.2二極管的作用二極管的主要特性是單向?qū)щ娦?，也就是在正向電壓的作用下，導通電阻很??；?/p>

10、在反向電壓作用下導通電阻極大或無窮大。正因為二極管具有上述特性，常把它用在整流、隔離、穩(wěn)壓、極性保護、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由p型半導體和n型半導體形成的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。當不存在外加電壓時，由于pn結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。當外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流I0。當外加的反向電壓高到

11、一定程度時，pn結(jié)空間電荷層中的電場強度達到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，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體雙極型三極管又稱晶體三極管，通常簡稱晶體管或三極管，它是一種電流控制電流的半導體器件，可用來對微弱信號進行放大和作無觸點開關。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（信號從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當基極電壓UB有一個微小的變化時，基極電流IB也會隨之有一小的變化，受基極電流IB的控制，集電極電流IC會有一個很大的變化，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。判別時只要知道基極是型材料還是型材料即可。當用萬用電表R×1k檔時，黑表筆代表電源正極，如果黑表筆接基極時導通，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PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。當給發(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)藍光。因化學性質(zhì)又分有機發(fā)光二極管OLED和無機發(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。當其內(nèi)部有一定電流通過時，它就會發(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娦浴Ｋ鼜V泛應用于各種電子電路、家電、儀表等設備中、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計的控制器主要是利用太陽能電池組件本身作為一個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:白天太陽電池組件產(chǎn)生電壓，給VT1三極管的基極一個高電位，且集電極產(chǎn)生反向電壓，導致VT1導通，VT2的基極即是一個零電位，VT2截止、VT3截止，VT4的基極無電動勢，LED不發(fā)光，此時太陽電池組件只給蓄電池充電。另一個工作狀態(tài)為夜晚，太陽電池

15、組件不工作，此時只有蓄電池給負載供電(白天已為蓄電池充好電的情況下)，IN4007型號二極管主要是讓蓄電池不能給太陽電池反充，起到一個阻斷作用。由于VT1的基極無電動勢，即VT1截止，VT2導通，VT3導通，VT4也導通，LED發(fā)光。6.2.本控制器的優(yōu)點采用多極放大，對電池組件的敏感性有顯著提高，在相應的參數(shù)下，當太陽電池電壓高于1.7V時，VT1導通，VT2、VT3截止，太陽電池向蓄電池充電，LED不亮。當太陽電池電壓低于1.7V時，VT1截止，VT2、VT3導通。蓄電池向負載供電，LED發(fā)光，直到蓄電池電壓低于4.3V時停止向蓄電池供電，達到過放保護。6.3.本控制器的缺點由于過充保護電

16、路比較復雜，考慮到蓄電池容量與太陽電池的發(fā)電效率，這個控制器并沒有設置一個過充保護電路。七、仿真及調(diào)試1.白天，太陽電池的電壓高于1.7V時，太陽電池向蓄電池充電，LED燈不亮。2.晚上，太陽電池的電壓低于1.7V時，蓄電池向負載供電，LED燈發(fā)光。3. 當蓄電池電壓低于4.3V時停止向負載供電，LED燈不亮，達到過放保護。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)境下供負載工作。2.太陽能電池白天產(chǎn)生光生伏特效應、產(chǎn)生電流與電壓，供蓄電池蓄能，且在本設計中充當一個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，阻斷蓄電池向太陽能電池板放電。4.電阻R1VT1基極的電阻保護三極管的正常工作，同時起到限流作用，阻值為330k。5電阻R2主要是在VT1導通后，給VT2的基極一個高電壓使VT2導通。6.電阻R3與R2功能相同，在VT2導通后，提供一個高電位給VT3同時起到限流作用，使之截止或?qū)ā?.電阻R4與LED燈串聯(lián)的電阻，分壓與限流，保護電路，阻值為470歐。8.三極管VT1、VT2主要是白天VT1導通，VT2截止。夜晚VT1截止，VT2導通作一個開關使用，型號9013、9014、NPN型。9.三極管VT3、VT4共同組成一個信號放大的功能，提高負載的輸出。

18、10.發(fā)光二極管LED表示控制器的工作狀態(tài)，亮時表示夜晚蓄電池向負載供電，不亮時表示白天太陽電池向蓄電池充電。九、控制器的電性能參數(shù)、設備選型及預算設備名稱電性能參數(shù)設備選型數(shù)量個單價元總價（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（項目課程中遇到的困難、繼續(xù)改進的措施、課程實施的合理化建議）這次課程設計是大學以來第一次要求以實物來完成的，所以跟以往的感受有所不同。在完成這次課程設計中對我們