課程設(shè)計(jì) ---衛(wèi)生間照明燈、換氣扇自動(dòng)控制電路

1、<p><b>　　第一章 引言</b></p><p>　　課題研究的目的和意義</p><p>　　研究目的：通過(guò)這次的課題研究我們希望在理清它的發(fā)展脈絡(luò)上進(jìn)一步了解它的發(fā)明原理，將平時(shí)所學(xué)習(xí)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)探索上，這對(duì)提高我們的動(dòng)手能力，創(chuàng)新意識(shí)，及鍛煉思維活動(dòng)無(wú)疑是一個(gè)莫大的幫助。同時(shí)我們也希望這次的研究能讓同學(xué)進(jìn)一步地了解照明燈，而不是僅局限與課本

2、知識(shí)以內(nèi)。從小的突破點(diǎn)入手，掌握又一項(xiàng)科技知識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)課堂外的又一次提高,為現(xiàn)代教育科學(xué)盡一份力量！</p><p>　　研究意義：為了能及時(shí)地將衛(wèi)生間內(nèi)的異味排出，很多家庭都裝了換氣扇，但一些來(lái)客或小孩常常忘記打開(kāi)換氣扇。為了解決這個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種能自動(dòng)控制換氣扇和照明燈的電子裝置，這樣不給上衛(wèi)生間的人增添任何麻煩，又能自動(dòng)換氣和開(kāi)、關(guān)燈，節(jié)能而方便。</p><p>　　第二章 總

3、體方案設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1 課題分析</b></p><p>　　它主要由10部分組成：電阻；光敏電阻；滌綸、電解、金屬化電容；電位器；整流、穩(wěn)壓二極管；晶體三極管；雙向可控硅等等。能夠通過(guò)調(diào)節(jié)電阻和電容的大小來(lái)改變燈亮的時(shí)間長(zhǎng)短，如果時(shí)間過(guò)長(zhǎng)就應(yīng)該減小電阻或電容的值，反之則增大。光敏電阻也會(huì)使燈的時(shí)間受到影響。在白天或光線較亮?xí)r,節(jié)電開(kāi)關(guān)呈關(guān)閉狀

4、態(tài),燈不亮；夜間或光線較暗時(shí)，節(jié)電開(kāi)關(guān)呈預(yù)備工作狀態(tài)，當(dāng)有人去廁所時(shí)，門(mén)觸發(fā)發(fā)出觸發(fā)脈沖，燈亮換氣扇工作。當(dāng)人走后，燈和換氣扇經(jīng)過(guò)一段時(shí)間自動(dòng)停止工作。把觸發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)。經(jīng)過(guò)延時(shí)電路以后送到控制電路，由控制電路去控制可控硅，若可控硅斷開(kāi)，則整流電路負(fù)載斷開(kāi)，若導(dǎo)通，則整流電路負(fù)載導(dǎo)通。光敏控制電路把光照變成電信號(hào)，從而去控制音頻信號(hào)往后邊輸送情況。可見(jiàn)：本電路燈泡和換氣扇要受可控硅的控制，可控硅受555觸發(fā)器取得的觸發(fā)信號(hào)和光敏

5、電阻的控制，從而可以實(shí)現(xiàn)觸控和光控；燈亮和換氣扇工作的時(shí)間由延時(shí)電路的時(shí)間長(zhǎng)度決定。</p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　該裝置電路工作原理圖為：</p><p><b>　　電路工作原理：</b></p><p>　　它是由磁開(kāi)關(guān)電路、單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路、照明燈控制

6、電路、換氣扇控制電路和電源電路等組成。當(dāng)衛(wèi)生間門(mén)關(guān)上時(shí)，永久磁鐵ZT與常閉型干簧管AG靠得很近，由于ZT的磁力作用，導(dǎo)致AG內(nèi)丙觸片斷開(kāi)，三極管VT無(wú)偏流而截止，此時(shí)時(shí)基集成電路IC1的②腳呈高電平，故IC1處于復(fù)位狀態(tài)，IC1的③腳輸出低電平，繼電器J無(wú)電流不吸合，換氣扇和照明燈均處于斷電狀態(tài)。一旦有人進(jìn)入衛(wèi)生間，在進(jìn)門(mén)的瞬間必然導(dǎo)致ZT與AG的距離增大，而使得ZT的磁力線不能作用于AG上，故AG內(nèi)兩觸片復(fù)位接觸，此時(shí)三極管得到偏流而

7、導(dǎo)通。VT導(dǎo)通后使IC1的②腳變?yōu)榈碗娖剑▋H為VT的飽和壓降值），IC觸發(fā)置位，此時(shí)IC1的③腳由原來(lái)的低電平跳變?yōu)楦唠娖?，繼電器J勵(lì)磁吸合。J吸合后，其常開(kāi)觸點(diǎn)J1－1閉合，換氣扇M通電工作，開(kāi)始排氣。與此同時(shí)，J的另一組常開(kāi)觸點(diǎn)J1－2也閉合，照明燈H通電點(diǎn)亮，其高度可由RP調(diào)節(jié)。如果是白天，由于有較強(qiáng)的光線照射在光敏電阻CdS上，從而使CdS的內(nèi)阻很小，移相電容器C6兩端的電壓不足以使觸發(fā)二極管2ST導(dǎo)通，故VS無(wú)觸發(fā)電流而阻斷，

8、照明燈H不會(huì)點(diǎn)亮。夜晚由于沒(méi)有陽(yáng)光照射在CdS上，因而CdS的內(nèi)阻變得很大，</p><p>　　2.3仿真圖和生成的PCB板圖</p><p>　　2.3.1 Multisim7基本界面</p><p>　　基本界面如圖1-1所示?；窘缑孀钌戏绞遣藛螜冢∕enus），共11項(xiàng)；菜單欄下方左面為系統(tǒng)工具欄（System Toolbar），共11項(xiàng)；中間為設(shè)計(jì)工具欄

9、（Multisim Design Bar），共8項(xiàng)；再往右是使用中元件列表（In Use List）和幫助按鈕；右上角為仿真開(kāi)關(guān)（Simulate Switch）。</p><p>　　基本界面的左側(cè)為元件工具欄，其中23個(gè)元件庫(kù)中分別放置同一類(lèi)型的元件，左列從上到下分別是電源庫(kù)（Source）、基本元件庫(kù)（Basic）、二極管庫(kù)(Diode)、晶體管庫(kù)（Transistor）、模擬元件庫(kù)（Analog）、TTL

10、器件庫(kù)（TTL）、CMOS器件庫(kù)（CMOS）、各種數(shù)字元件庫(kù)（Miscellaneous Digital）、混合器件庫(kù)（Mixed）、指示器件庫(kù)（Indicator）、其它器件庫(kù)（Miscellaneous）、射頻元件庫(kù)（RF）和機(jī)電類(lèi)器件庫(kù)（Electro mechanical）。右列為與實(shí)際元件相對(duì)應(yīng)的現(xiàn)實(shí)性仿真元件模型快捷鍵按鈕，共10類(lèi)，從上至下分別是：虛擬電源庫(kù)、虛擬信號(hào)源庫(kù)、虛擬基本元件庫(kù)、虛擬二極管庫(kù)、虛擬三極管庫(kù)、虛擬模

11、擬元件庫(kù)、其它虛擬元件庫(kù)、常用虛擬元件庫(kù)、虛擬3D元件庫(kù)、虛擬測(cè)量元件庫(kù)。另外，左側(cè)下方還有“放置總線”、自動(dòng)通過(guò)因特網(wǎng)進(jìn)入EDAparts.com網(wǎng)站的“.com”等4個(gè)功能按鈕。</p><p>　　基本界面的右側(cè)為儀表工具欄，該工具欄含有17種用來(lái)對(duì)電路工作狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試的儀器儀表，這17種測(cè)量?jī)x器儀表從上到下分別為數(shù)字萬(wàn)用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、瓦特表、示波器、4通道示波器、掃頻儀、頻率計(jì)、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分

12、析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、I-V特性分析儀、失真分析儀、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀、美國(guó)安捷倫函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、美國(guó)安捷倫字萬(wàn)用表和美國(guó)安捷倫示波器。</p><p>　　基本界面的中間部分即電路窗口，相當(dāng)于一個(gè)現(xiàn)實(shí)工作中的操作平臺(tái)，電路圖的編輯繪制、仿真分析及波形數(shù)據(jù)顯示等都在此窗口中進(jìn)行。</p><p>　　基本界面最下方為狀態(tài)欄，狀態(tài)欄顯示有關(guān)當(dāng)前操作以及鼠標(biāo)所指條目的有用信息。</p&g

13、t;<p>　　2.3.2 Multisim7使用方法</p><p><b>　　1．定制用戶界面</b></p><p>　　定制用戶界面的目的在于方便原理圖的創(chuàng)建、電路的仿真分析和觀察理解。改變當(dāng)前的電路設(shè)置，一般在電路窗口中空白處右擊鼠標(biāo)，選擇彈出式菜單。</p><p>　　用戶喜好設(shè)置（用Options/Prefere

14、nce進(jìn)行設(shè)置）造成了所有后續(xù)電路的默認(rèn)設(shè)置，但是不影響當(dāng)前電路。</p><p><b>　　2．繪制仿真電路圖</b></p><p>　　（1）調(diào)用元器件操作</p><p>　　單擊基本界面左側(cè)元件庫(kù)第2個(gè)基本元件圖標(biāo)（Basic），將出現(xiàn)Select a component 對(duì)話框，單擊Family欄中的RESISTOR，再拉動(dòng)Com

15、ponent欄的滾動(dòng)條，選取100ohm，單擊“OK”，再在平臺(tái)上單擊左鍵即可將電阻R1（在Multisim7軟件中，由于習(xí)慣不同，沒(méi)有下標(biāo)的標(biāo)注）放置到平臺(tái)上，繼續(xù)單擊左鍵可連續(xù)放置電阻，單擊右鍵停止放置；雙擊R1，將出現(xiàn)RESISTOR對(duì)話框，在Label頁(yè)下，將Reference ID欄改為R4，按“確定”退出；單擊R4，可在R4四周出現(xiàn)4個(gè)小方塊，再單擊菜單Edit/90Clockwise，可將R4順時(shí)針轉(zhuǎn)90度豎放；當(dāng)單擊R4

16、四周出現(xiàn)4個(gè)小方塊時(shí)按住鼠標(biāo)不放，可將R4拖放到平臺(tái)的任何地方；右擊R4，在出現(xiàn)的下拉菜單中選“Cut”可刪除該元件。</p><p><b>　　（2）連接線路</b></p><p>　　放置好元器件后需要對(duì)其進(jìn)行線路連接，操作步驟如下：</p><p>　　將鼠標(biāo)指向所要連接的元件引腳上，鼠標(biāo)指針就會(huì)變成帶十字圓點(diǎn)狀。</p>

17、<p>　　2）單擊并移動(dòng)鼠標(biāo)，即可拉出一條虛線；如要在某點(diǎn)轉(zhuǎn)彎，則在轉(zhuǎn)彎處單擊一下，然后繼續(xù)連線。到終點(diǎn)后單擊鼠標(biāo)即自動(dòng)產(chǎn)生紅色連線。</p><p>　　3）要?jiǎng)h除連線，用鼠標(biāo)右擊該連線，在出現(xiàn)的下拉菜單中選“Delete”即可。</p><p>　　用Multisim仿真衛(wèi)生間照明燈、換氣扇自動(dòng)控制器電路的電路圖為下圖：</p><p>　　2.

18、3.3 Protel的使用方法</p><p><b>　　打開(kāi).sch平臺(tái)。</b></p><p>　　（1）FILE——NEW，修改名字保存到電腦（C盤(pán)除外），打開(kāi)Documents,再FILE——NEW——Schematic Documents，生成.sch文件。</p><p>　?。?）打開(kāi).sch文件，導(dǎo)入DOS庫(kù)，在Browse

19、 Sch，在Browse下選擇Libraries，點(diǎn)擊ADD/REMOVE，在彈出的框中選中Protel DOS Schematic Libraries，點(diǎn)擊ADD——OK。</p><p>　?。?在圖中載入需要的元器件，注意封裝等相關(guān)信息的填寫(xiě)，連線右擊鼠標(biāo)Place wire。</p><p>　?。?）連線完成后，進(jìn)行ERC檢測(cè)，TOOLS——ERC，點(diǎn)擊OK。查看測(cè)試結(jié)果，無(wú)錯(cuò)繼

20、續(xù).</p><p>　?。?）生成網(wǎng)絡(luò)表，Design——Creat Netlist，點(diǎn)擊OK。</p><p>　?。?）生成材料報(bào)表，Reports——Bill of Material——Next（注意勾選Include components with blank Part Types這個(gè)選項(xiàng)）——Next——Next——Next——Next——Finish。</p>

21、<p>　　2. 打開(kāi).PCB平臺(tái)</p><p>　?。?） 打開(kāi)Documents,再FILE——NEW——PCB Documents，生成.pcb文件。</p><p>　?。?） 打開(kāi).pcb文件，建立電氣邊界，選定屏幕下方的KeepOutLayer，右鍵鼠標(biāo)選定Place Track畫(huà)一個(gè)矩形邊框。</p><p>　?。?） 載入網(wǎng)絡(luò)表，D

22、esign——Netlist——Browse——Documents——選定.net文件——OK——Execute，生成的圖像在矩形框的右邊下方。</p><p>　?。?） 放置元器件位置，按照原理圖的電器核心，在矩形框中元器件，注意排列緊湊合理。如果矩形框過(guò)大，可將元器件移出，重新畫(huà)上矩形框，原來(lái)的框刪去。</p><p>　　（2） 設(shè)計(jì)布線規(guī)則，Design——Rules，在

23、Routing項(xiàng)Rule Classes框中選定最后一項(xiàng)Width Constraint，點(diǎn)擊Add，在彈出的窗口中，在Edit Rule——Filter kind框中選定Net，在下方的下拉Net選定GND，并在右邊的Maximun Width項(xiàng)中填寫(xiě)導(dǎo)線寬度，要比一般導(dǎo)線要寬，例如這里一般是10mil，這里可以改成20mil，下方的Preferred Width也和上面的一樣數(shù)值。重復(fù)上的步驟在Net的下拉項(xiàng)中選定Vcc，右邊數(shù)值填

24、寫(xiě)與GND一致。</p><p>　　（3） 自動(dòng)布線，Auto Route——All——Route All——OK。</p><p>　?。?） 補(bǔ)淚滴，Tools——Teardrops——Add——OK。</p><p>　　（5） 敷銅，在工具欄Placement Tools選擇Place Polygon Plane（即第二行的倒數(shù)第三個(gè)，缺角的矩形）

25、，點(diǎn)擊這個(gè)圖標(biāo)，在彈出的窗口中，在Connect to Net：項(xiàng)中選擇GND，在下面的Track Width填寫(xiě)數(shù)值與導(dǎo)線的寬度相匹配，例如上面的數(shù)值范圍是10mil—20mil，所以這里最少要比大于10mil（包括10mil）。在Layer中選擇頂層Toplayer，點(diǎn)擊OK。在框中的四個(gè)頂點(diǎn)依次點(diǎn)擊進(jìn)行敷銅。重復(fù)上述步驟對(duì)底層BottomLayer敷銅。</p><p>　?。?） 對(duì)PCB進(jìn)行檢測(cè)，Too

26、ls——Design Rule Check——Run DRC,觀察生成的報(bào)表是否有錯(cuò)。無(wú)誤則表示設(shè)計(jì)完成</p><p>　　用protel設(shè)計(jì)的電路圖如下</p><p>　　衛(wèi)生間換氣扇照明燈protel電路圖</p><p>　　電路生成的PCB版圖</p><p><b>　　第三章 結(jié)果和結(jié)論</b></

27、p><p><b>　　3.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果：</b></p><p>　　白天當(dāng)光線照射到光敏電阻上時(shí)，其電阻值增大，使觸發(fā)脈沖脈沖不能通過(guò)，則燈泡不亮，但換氣扇不受光敏電阻的影響，在白天當(dāng)有觸發(fā)脈沖是，換氣扇工作。夜間或光線較暗時(shí)，光敏電阻因無(wú)光照呈低阻，當(dāng)有觸發(fā)脈沖時(shí)，使得燈泡自動(dòng)點(diǎn)亮，經(jīng)過(guò)內(nèi)部設(shè)定的時(shí)間后，燈泡自動(dòng)熄滅，換氣扇同白天。</p><p&

28、gt;<b>　　3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)論：</b></p><p>　　（1）設(shè)計(jì)原理清晰，設(shè)計(jì)性能指標(biāo)的靈敏度基本達(dá)到設(shè)計(jì)的要求；（2）在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，本著節(jié)約的精神，我們用的都是簡(jiǎn)單廉價(jià)的元器件，降低了系統(tǒng)成本。（3）這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我們所學(xué)摸電知識(shí)起到了加深和鞏固的作用，也使我獲得了搭建和調(diào)試實(shí)驗(yàn)電路的能力。（4）鍛煉了我主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力、與他人合作的能力。還可以從各種渠道獲得一定的資料共

29、同加以研究學(xué)習(xí)，提高了我們的綜合動(dòng)手能力。</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　元器件清單見(jiàn)下表。</b></p><p>　　IC的單穩(wěn)態(tài)工作時(shí)間由1.1R3C2的數(shù)值確定。調(diào)節(jié)RP可以改變照明燈H的亮度。RP可選用電位器或?qū)嵭究勺冸娮杵?。?dāng)發(fā)現(xiàn)繼電器J吸合無(wú)力時(shí)，可減小R4的阻值或干脆

30、免去不用。整個(gè)電路焊接調(diào)試合格后，裝入一只塑料盒即可投入使用。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　《簡(jiǎn)明電路分析基礎(chǔ)》.李瀚蓀. 高等教育出版社，2002</p><p>　　《電子技術(shù)基礎(chǔ)》.康華光、陳大欽.高等教育出版社，1999</p><p>　　《protel 99電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用