課程設(shè)計(jì)---衛(wèi)生間智能燈光控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　衛(wèi)生間智能燈光控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 設(shè)計(jì)用途和功能 …………………………………………………2</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)的作用、目的 ………………………………………………2</p><p>　　第三章 總體設(shè)計(jì) ……………………

2、……………………………………2</p><p>　　3.1系統(tǒng)概述 …………………………………………………………2</p><p>　　3.2各部分電路設(shè)計(jì) …………………………………………………4</p><p>　　3.2.1 電源電路 ……………………………………………………4</p><p>　　3.2.2 紅外發(fā)射電路 …………

3、……………………………………5</p><p>　　3.2.3 紅外接收電路 ……………………………………………7</p><p>　　3.2.4 延時(shí)電路 …………………………………………………10 </p><p>　　3.2.5 自斷斷電電路………………………………………………12</p><p>　　3.2.6 電燈控制

4、電路………………………………………………12</p><p>　　3.3 PCB版制作電路 ………………………………………………13</p><p>　　第四章 心得體會(huì)及建議…………………………………………………16</p><p>　　第五章 附錄 ……………………………………………………………17</p><p>　　第六章 參考文

5、獻(xiàn)…………………………………………………………18</p><p><b>　　一．設(shè)計(jì)用途和功能</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)一個(gè)利用紅外進(jìn)行自動(dòng)控制衛(wèi)生間電燈的電路，.要求當(dāng)人推開門時(shí)啟動(dòng)電源工作電路，既而啟動(dòng)紅外接收電路和延時(shí)電路。當(dāng)人離開紅外探測(cè)區(qū)域，延時(shí)電路停止，邏輯門控制電路停止工作，總電路總開關(guān)斷開。要求有人的時(shí)候自動(dòng)開啟開，沒人的時(shí)候自動(dòng)關(guān)閉，

6、節(jié)省電力資源，更加環(huán)保，符合建設(shè)低碳社會(huì)的精神。</p><p>　　2.設(shè)計(jì)產(chǎn)生一個(gè)30kHz的方波發(fā)生信號(hào)電路，并接受此方波信號(hào)的接收電路。</p><p>　　二、設(shè)計(jì)的作用、目的</p><p>　　1.該電路設(shè)計(jì)重在掌握電源穩(wěn)壓，應(yīng)用555定時(shí)器設(shè)計(jì)電路發(fā)生，并接收自動(dòng)控制開關(guān)開關(guān)電路。</p><p>　　2．掌握常用電子器件（穩(wěn)

7、壓管，二極管，電容，電阻等器件）的應(yīng)用，并進(jìn)行設(shè)計(jì)和綜合分析應(yīng)用。</p><p>　　3．通過課程設(shè)計(jì)，能夠加深對(duì)電路理論知識(shí)的理解和掌握，更重要的是學(xué)習(xí)和掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法。學(xué)會(huì)運(yùn)用理論和實(shí)驗(yàn)兩種方法，解決實(shí)際問題。</p><p>　　4.熟悉Multisim電路仿真，Protel PCB制版為以后從事科研和工作打基礎(chǔ)</p><p>　　5.鍛煉通過自學(xué)與

8、自己探索的方式解決問題的能力。 </p><p>　　6.通過此次課程設(shè)計(jì)將單片機(jī)軟硬件結(jié)合起來(lái)對(duì)程序進(jìn)行編輯，校驗(yàn)，鍛煉實(shí)踐能力和理論聯(lián)系實(shí)際的能力。 </p><p>　　7 鍛煉團(tuán)隊(duì)分工合作與協(xié)調(diào)能力。</p><p><b>　　三、總體設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.系統(tǒng)概述</b

9、></p><p>　　(1).系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)：</p><p>　　圖3-1 設(shè)計(jì)流程圖</p><p><b>　　(2).工作原理</b></p><p>　　當(dāng)人推開衛(wèi)生間門時(shí)，裝在門沿上的開關(guān)通過繼電器使電燈接通電源，電燈亮。</p><p>　　當(dāng)人進(jìn)去衛(wèi)生間后關(guān)上門，門沿上的開關(guān)

10、接通自斷電電路，使紅外發(fā)射、接收電路開始工作。紅外發(fā)射電路發(fā)射一個(gè)30Khz的脈沖波。紅外接收系統(tǒng)檢測(cè)到信號(hào)時(shí)，紅外接收系統(tǒng)接通另一個(gè)繼電器，使電燈繼續(xù)工作。當(dāng)紅外接收電路檢測(cè)不到信號(hào)時(shí)，接收電路會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)延時(shí)電路延時(shí)15s，在這15s內(nèi)如果一直檢測(cè)不到有人在衛(wèi)生間，經(jīng)過邏輯或運(yùn)算關(guān)系判斷則自斷電電路會(huì)自動(dòng)切斷紅外接收和發(fā)射電路，直到有人再次推動(dòng)門而開始新的一次循環(huán)。</p><p><b>　　2.各

11、部分電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　(1).電源電路</b></p><p>　　電源電路壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓。電網(wǎng)電壓一般為交流220V，要把電網(wǎng)的交流電壓變換成所需要的直流電壓，首先要經(jīng)過電源變壓器降壓，然后通過整流電路將交流電變成脈動(dòng)的直流電，由于整流后的電壓還有較大的交流成分，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。穩(wěn)

12、壓電路可以保持輸出直流電壓的穩(wěn)定，使之不隨電網(wǎng)電壓、負(fù)載或溫度的變化而變化。本系統(tǒng)中電源電路的作用主要是為紅外收發(fā)、延時(shí)等其它電路提供穩(wěn)定+5V直流電源，如圖3-2所示。</p><p><b>　　圖3-2 電源電路</b></p><p>　　220V 50Hz的市電經(jīng)過變壓器降壓后輸出為有效值約為8.8V的50Hz交流信號(hào)，經(jīng)橋式整流電路和濾波電路后成為小幅波動(dòng)

13、的直流信號(hào)。如圖3-3所示， </p><p>　　圖3-3 變壓器和橋式電路的輸出</p><p>　　濾波后的信號(hào)經(jīng)集成穩(wěn)壓芯片LM7805處理后，輸出為+5±0.03V直流信號(hào)，十分穩(wěn)定。</p><p><b>　　(2)發(fā)射電路</b></p><p>　　發(fā)射電路使用R1、R2、R5及C1、C3和D

14、1、D2與555共同組成無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器定時(shí)器，這個(gè)電路還有另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓的幅值，周期比及頻率受負(fù)載變化的影響極小。該電路產(chǎn)生一個(gè)30kHz、點(diǎn)空比約為1/3的方波。如圖3-4所示。經(jīng)西門子SFH415紅外發(fā)射管（發(fā)射波長(zhǎng)950nm）進(jìn)行發(fā)射。</p><p>　　圖3-4 NE555波形發(fā)生器</p><p>　　在實(shí)際仿真中為了確定555定時(shí)器相關(guān)的電阻和電容的參數(shù)，開始是

15、根據(jù)《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）》（閻石主編）一書中的多諧振蕩公式來(lái)計(jì)算：</p><p>　　周期 T1=0.7*(R1+R2)*C T2=0.7*R2*C T=T1+T2=(R1+R2)*C*ln2</p><p>　　占空比為q=R1/(R1+R2)</p><p>　　但在實(shí)際仿真中發(fā)現(xiàn)，利用該公式不管如何調(diào)整R1R2及C的值，在仿真中都無(wú)法得到

16、理論頻率及占空比，經(jīng)過約三天左右的時(shí)間我們才找到問題的根源。由于R1阻值的不同導(dǎo)致放電管的飽和程度不同，進(jìn)而影響了放電管的電阻大小，使得輸出信號(hào)的實(shí)測(cè)值與理論值有較大誤差。（參考了《555定時(shí)器應(yīng)用中的問題探討》一文，見附錄）</p><p>　　最后，我們適當(dāng)調(diào)整了R及C的值，最終使輸出能保持在30±0.1kHz，占空比約為1/3。由于使用的紅外接收管在該范圍內(nèi)能保證較高的敏感性，且本系統(tǒng)中的紅外信號(hào)

17、本身無(wú)須傳遞數(shù)字信息，該輸出頻率和占空比已經(jīng)能滿足要求。輸出仿真如圖3－5所示。</p><p>　　圖3-5 紅外發(fā)射電路輸出仿真</p><p><b>　　(3)紅外接收電路</b></p><p>　　使用30kHz的方波發(fā)射可有效提升紅外信號(hào)傳輸距離，同時(shí)抑制環(huán)境中其它紅外信號(hào)（如人體輻射的紅外等）的干擾。使用占空比1/3的方波，一是

18、可以省電，二是使發(fā)射管不至于因?yàn)檫^熱而影響發(fā)射信號(hào)的穩(wěn)定性。</p><p>　　紅外接收電路中使用西門子SFH506-30紅外接收管，該管接收波長(zhǎng)與紅外發(fā)射管SFH415的發(fā)射波長(zhǎng)一致，同時(shí)自帶解調(diào)及放大功能。輸出信號(hào)接在電壓比較器U3A的一個(gè)輸入端。</p><p>　　接收電路中有兩個(gè)電阻對(duì)電源進(jìn)行分壓，其分壓輸出到時(shí)電壓比較器U3A的另一端。當(dāng)一定范圍內(nèi)無(wú)人時(shí)，接收管接收到的反射紅

19、外信號(hào)很弱，其輸出為高電平，比電阻分壓要高，電壓比較器輸出低電平。當(dāng)一定范圍內(nèi)有人時(shí)，接收管接收到的反射信號(hào)很強(qiáng)，其輸出為低電平，低于電阻分壓，電壓比較器輸出高電平。</p><p>　　原理圖如圖3-6所示。仿真如圖3-7和圖3－8所示。</p><p>　　圖3-6接收電路原理圖</p><p>　　圖3-7 有人時(shí)接收電路的輸出</p><

20、p>　　圖3-8無(wú)人時(shí)接收電路的輸出</p><p>　　說明：在制作電壓跟隨器的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)直接使用課本上將集成運(yùn)放輸出接回輸入的方法得不到電壓跟隨效果。大量查閱資料后找到原因。</p><p>　　運(yùn)算放大器理想的運(yùn)行狀態(tài)是輸出電壓和輸入電壓為同相，即，當(dāng)負(fù)輸入端的所加電壓引起輸出增大時(shí)，運(yùn)算放大器能夠相應(yīng)地使增加的電壓降低。不過，運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端的相位總有差異。當(dāng)輸出和

21、輸出之間的相位相差180°時(shí)，負(fù)輸入與正輸入正好相同，原本應(yīng)該減少的輸出卻得到了增強(qiáng)。（成為正反饋的狀態(tài)。）如果在特定頻段陷入這一狀態(tài)，并且仍然保持原有振幅，那么該輸出頻率和振蕩狀態(tài)將一直持續(xù)下去。</p><p>　　我們參考相關(guān)資料后改進(jìn)了電壓跟隨器電路。如圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9 改進(jìn)型電壓跟隨器</p><p><b>

22、;　　(4)延時(shí)電路</b></p><p>　　當(dāng)發(fā)射電路輸出的信號(hào)為低電平時(shí)，輸出信號(hào)經(jīng)反向器反向?yàn)楦唠娖讲?dòng)延時(shí)電路。這是由一個(gè)由555時(shí)基電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路。當(dāng)延時(shí)電路開始工作，管腳DIS和TRI低電平，輸出為OUT管腳是高電平，延時(shí)15秒結(jié)束后電路反轉(zhuǎn)工作OUT管腳輸出低電平。原理圖如3-10所示。</p><p>　　該電路圖仿真延時(shí)時(shí)間約為14.982s，

23、如圖3-11所示，誤差在允許范圍內(nèi)。</p><p>　　圖3-10 延時(shí)電路原理圖</p><p>　　圖3-11延時(shí)時(shí)間仿真結(jié)果</p><p><b>　　(5)自斷電電路</b></p><p>　　當(dāng)門開時(shí)，S1（見原理圖）接11口，直接接通繼電器K2從而使電燈正常工作，同時(shí)紅外收發(fā)及延時(shí)電路均不工作。當(dāng)門關(guān)上

24、時(shí)，S1接13口，由U2A和U1B構(gòu)成的邏輯或運(yùn)算器輸出高電平，使繼電器K1導(dǎo)通。從而使紅外收發(fā)電路接通電源，開始工作。在紅外接收電路檢測(cè)到有人時(shí)，其輸出為高電平，維持繼電器K1導(dǎo)通，使紅外收發(fā)系統(tǒng)正常工作。 當(dāng)紅外接收電路因檢測(cè)不到人而輸出低電平時(shí)，反向器U1A輸出高電平，使延時(shí)電路開始工作，并輸出高電平繼續(xù)維持K1導(dǎo)通。延時(shí)系統(tǒng)延時(shí)15秒后輸出低電平，若在這15秒中依舊檢測(cè)不到信號(hào)，則K1斷開。紅外收發(fā)系統(tǒng)關(guān)閉。如圖3－12所示。&

25、lt;/p><p>　　圖3－12 邏輯或運(yùn)算控制</p><p><b>　　(6)電燈控制電路</b></p><p>　　三個(gè)繼電器K2 K3 K4并聯(lián)，并與燈泡一起串聯(lián)在220V市電網(wǎng)絡(luò)中。只要有其中一個(gè)繼電器能接通，則電燈工作。如圖3-13所示。</p><p>　　圖3-13電燈控制電路</p>&

26、lt;p>　　3.PCB版電路制作</p><p>　　本次制PCB版使用Altium Designer Summer 09(Protel 系列軟件最新版)</p><p><b>　　(1)原理圖繪制</b></p><p>　　圖3-14 總原理圖</p><p>　　(2）導(dǎo)入元件，并手動(dòng)布局，在板的四個(gè)角放

27、置安裝孔。</p><p><b>　　圖3-15手動(dòng)布局</b></p><p>　?。?）自動(dòng)布線，成功。</p><p><b>　　圖3-16自動(dòng)布線</b></p><p>　　（4）頂層和底層敷銅</p><p><b>　　圖3-17頂層敷銅</

28、b></p><p><b>　　圖3-18底層敷銅</b></p><p><b>　　四、心得體會(huì)及建議</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，加深了對(duì)理論知識(shí)的

29、理解在這次課程設(shè)計(jì)中，我就是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的思想來(lái)完成。加深了理解電路知識(shí)的的理解，經(jīng)過四個(gè)禮拜的課程設(shè)計(jì)，在老師的指導(dǎo)下，我們組創(chuàng)新的設(shè)計(jì)了一個(gè)紅外發(fā)射接收自動(dòng)控制電路實(shí)驗(yàn)。應(yīng)用電源穩(wěn)壓電路，電壓比較器等模擬電子基礎(chǔ)知識(shí)，以及555定時(shí)器的應(yīng)用，反相器等數(shù)字電子元器件來(lái)成功設(shè)計(jì)此電路實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，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

30、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，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，在實(shí)訓(xùn)的過程中我們是更重視嚴(yán)謹(jǐn)，認(rèn)真設(shè)計(jì)，查閱相關(guān)資料。這些良好品德因?yàn)橛袝r(shí)候你一下子不認(rèn)真就會(huì)給整個(gè)電路帶來(lái)巨大隱患也更明白只有學(xué)會(huì)團(tuán)結(jié)合作才能更好的完成整個(gè)設(shè)計(jì)。通過這次設(shè)計(jì)我們組鞏固和加深了對(duì)模擬電子元器件的應(yīng)用鍛煉了我們分析和解決實(shí)際問

31、題的能力，同時(shí)我們還發(fā)現(xiàn)課本理論只是有時(shí)與實(shí)際模擬不相符，更加深對(duì)理論基礎(chǔ)的理解與應(yīng)用，為我們以后工作集科研鍛煉良好基礎(chǔ)。通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識(shí)重新溫故。 </p><p><b>　　五、附錄</b></p><p><b>　　1.元件明細(xì)表</b></p><p>　　2.電路原理圖（見附圖）&

32、lt;/p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 閻石·數(shù)字電子技術(shù)（ 第5版）· 高等教育出版社· 2006</p><p>　　[2] 孫余凱，吳明山，項(xiàng)綺明·555時(shí)基電路識(shí)圖·電子工業(yè)出版社·2007 </p><p>　　[

33、3] 孫余凱，吳明山，項(xiàng)綺明·輕松解讀電子電器電路·電子工業(yè)出版社·2010 </p><p>　　[4] 童詩(shī)白，華成英·模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)·高等教育出版社·2006 </p><p>　　[5] 楊志亮， Protel 99 se 電路原理圖設(shè)計(jì)·西北工業(yè)大學(xué)出版社·2002</p><p