简易窗帘自动开闭电路设计课程设计学位论文.docx
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简易窗帘自动开闭电路设计课程设计学位论文
目录
第一章系统组成框图………………………………………………………1
第二章主要单元电路及其原理…………………………………………2
第一节光线感应电路…………………………………………………………2
第二节信号放大电路…………………………………………………………2
第三节窗帘开闭电路…………………………………………………………3
第四节自动断电电路…………………………………………………………6
第五节电源电路………………………………………………………………7
第三章简易窗帘开闭电路总电路图……………………………………8
参考文献…………………………………………………………………………9
附录1图中相关元器件基本知识…………………………………………10
总结…………………………………………………………………………………13
课程设计（论文）任务书
题目简易窗帘自动开闭电路
专业电气工程11-02学号姓名
主要内容、基本要求、主要参考资料等：
主要内容
1．阅读相关科技文献。
2．学习protel软件的使用。
3．学会整理和总结设计文档报告。
4．学习如何查找器件手册及相关参数。
技术要求
1.要求电路能够通过感应装置，检测到光线的强弱。
2.要求电路根据光线的强弱，自动将窗帘打开和关闭。
3.要求电路能够在窗帘接触到边沿时，自动切断电源。
主要参考资料
1．何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月
2．姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月
3．王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月
4．李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月
5．康华光，电子技术基础，高教出版社，2003
完成期限：
2013年06月28日
指导教师签章：
专业负责人签章：
2013年06月17日
摘要
按照课程设计的技术要求:
能够通过感应装置检测到光线的强弱，并且根据光线的强弱自动开闭窗帘，在窗帘接触到边沿时，自动切断电源进行本电路的设计。
本电路选用硅光电池2CR21作为光线的感应电路，硅光电池可以根据光线强度的不同产生与之相对应强弱的电信号。
因为该信号十分微弱，故电路采用双三极管构成的放大电路以获得合适的电信号，并通过反馈电阻和滤波电容以获得一个稳定的输出电压。
感应电路产生的电压输入由两片NE555组成的单稳态电路，由单稳态电路的特性，在输入端输入高低电平时输出端会产生相应的低高电平，该电平可用于决定两个与电源相连的三极管T1与T2的导通与截止，而三极管的导通与截止将最终决定电路中小电机的正转与反转，将小电机与窗帘相连就可以实现窗帘的自动打开和关闭。
电路的自动断电由单稳态电路的延时特性来完成。
通过对相关电容和电阻的参数进行设置，就可以确定单稳态电路输出的高电平时间，也就是小电机的转动时间，从而实现自动切断电源。
关键字：
硅光电池双三极管NE555单稳态电路
第一章系统组成框图
简易窗帘自动开闭电路的总体框图如下图所示。
它是由光线感应电路，信号放大电路，窗帘开闭电路，自动断电电路和电源电路5部分构成的。
自动断电电路
窗帘开关电路
信号放大电路
光线感应电路
电源电路
图1-1简易窗帘自动开闭电路的总体框图
光线感应电路的功能是利用硅光电池产生与光照相对应的电流，从而实现对光线的检测。
信号放大电路是利用由两个三极管组成的两级放大电路将很弱的电信号放大成一个适当大小的电信号。
窗帘开关电路的功能是利用单稳态电路以及三极管的特性来控制电机的正反转，从而实现窗帘的自动打开和闭合。
自动断电电路的功能是利用单稳态电路的延时特性以实现电路的自动断电。
电源电路的功能是为各部分电路提供直流电源。
第二章主要单元电路及其原理
第一节光线感应电路
本电路中的光线感应电路实际上就是一个硅光电池2CR21，硅光电池的原理是通过硅光PN结的光伏效应，使其具有按照光信号的强弱产生出对应电信号的特性，称之为光敏器件。
硅光电池的输出特性分为恒流区和恒压区，即其短路电流与光强度成正比，其开路电压随光照强度按照指数规律变化，由于其电流和光强度是线性关系，一般采用产生短路电流的方法来接收光信号。
图2-1光线感应电路图
第二节信号放大电路
由于硅光电池2CR21输出的是一个十分微弱的信号，为了使后续电路能够对光强信号进行处理，因此需要加入信号放大电路。
图2-1右边部分为信号放大电路。
该电路是由电阻R9R10R11R12,三极管T3,T4和电容C5C6构成，电路中采用了双三极管构成的放大电路，这样就可以使得电路的放大倍数比单管放大电路放大倍数增大β倍，从而就可以得到更适合的信号。
R10和R11为放大电路的集电极偏置电阻，C5和C6为放大电路的滤波电容。
R9为放大电路的反馈电阻。
其功能是保证放大电路有一个稳定的静态工作点和稳定的输出电压。
第三节窗帘开关电路
窗帘开闭电路主要是利用NE555组成的单稳态电路构成的，555定时器的功能表如下所所示：
表2-2555定时器功能表
输入
输出
阀值输入
触发输入
复位（R）
输出（Vo）
放电管T
×
×
0
0
导通
＜2/3Vc
＜1/3Vc
1
1
截止
＞2/3Vc
＞1/3Vc
1
0
导通
＜2/3Vc
＞1/3Vc
1
不变
不变
由其功能表可知，由555定时器组成的单稳态电路的输出电压会随着触发输入端输入的电压不同而不同：
当输入的电压为高电平时，输出为低电平，而当输入为低电平时输出为高电平。
此电路就是根据单稳态触发器这一特性对电路进行控制的。
此电路中电路的通电与截止是由一只NPN型和一只PNP型三极管完成的，两个单稳态电路的输出电压输出到两只三极管的基极上，而根据基极电压和集电极电压以及发射极电压的大小关系不同，三极管也会做出相应的导通或者截止的变化，从而最终决定了电路的导通或者断电
图2-3NPN型三极管
表2-4NPN型BJT的工作状态表
工作状态
截止
放大
饱和
条件
Ib≈0
1.0＜Ib＜Ics/β
Ib＞Ics/β
偏置情况
发射结和集电结均为反偏
发射结正偏集电结反偏
发射结和集电结均为正偏
集电极电流
Ic≈0
Ic≈βIb
Ic=Vc/Rc
管压降
Vceo≈Vcc
Vce=Vcc-IcRc
Vces≈0.2
CE间等效内阻
很大约为，相当于开关断开
可变
很小，相当于开关闭合
窗帘自动开闭电路包含两个部分，一部分是窗帘在光线较暗时自动打开电路，如图2-6所示。
另一部分是自动闭合电路如图2-7所示。
窗帘自动打开电路的工作原理为：
当光线较暗时，硅光电池产生的电信号较微弱，经过两级放大电路之后产生的电压依然较小，故此时输出电压Vi可视为低电平。
由单稳态电路的特性可知：
当输入为低电平时，NE555的输出端Q端将会输出一段时间的高电平，该高电平可以使图2-6中的三极管T1导通一段时间，三极管导通时+12V的电源电压加在小电机上，可使其正转一段时间从而将窗帘打开。
而硅光电池产生的低电平对2-7自动闭合电路却不会产生影响，因为硅光电池产生的低电平经过一个比较器后才输入U2，比较器的功能如下图所示：
图2-5LM107比较器
当输入电压Vi＞Vr时，Vi1=-12V即为低电平。
当输入电压Vi＜Vr时，Vi1=+12V即为高电平。
当Vi为低电平时，Vi＜Vr则Vi1=+12V.为高电平，即单稳态电路U2的输入为高电平。
由NE555的特性可知，此时U2的输出端Q输出为低电平，三极管T2依然截止。
也就是说当光线较暗时只有T1导通使电机正转打开窗帘。
图2-6窗帘自动打开电路
窗帘的自动闭合由电路2-7来完成。
其工作原理为：
当光线较强时硅光电池产生较强的电信号。
经过两级放大电路的放大之后可以输出一个较高的电压Vi，即为高电平。
由单稳态电路的特性可知，U1的输入端为高电平时，其输出端Q为低电平，三极管T1截止，则+12V电源不起作用。
而此时在U2输入端的高电平Vi经过一个比较器后，输出Vi1成为低电平，则由单稳态电路的特性，U2的输出端Q为高电平。
在此高电平的作用下T2导通，则在-12V的电源电压下，电机反转，从而将窗帘关闭。
图2-7窗帘自动闭合电路
第四节自动断电电路
此电路的自动断电主要根据单稳态电路的延时特性来完成。
由NE555构成的单稳态触发器的工作波形如下图所示：
t
t
图2-8单稳态电路输入输出波形图
由其输入与输出的波形可知：
当输入端输入一个低电平脉冲后，其输出端可以输出一段高电平脉冲。
也就是三极管导通的时间，即小电机的转动时间，其高电平脉冲宽度t=RCln3=1.1RC
由于这种单稳态电路产生的脉冲宽度可以从几个微秒到几分钟，而且具有较高的精度，可以达到0.1%可以根据窗户的高度以及电机的转速来计算出窗户完全打开或关闭所需要的时间，再根据式t=RCln3=1.1RC
来设置相应的电容和电阻的参数，就可以设置电机转动的时间，从而实现当窗帘接触到窗户边沿时电路自动切断电源。
第五节电源电路
电源电路的设计可以有两种方法实现：
第一种方法是采用电池供电。
第二种方法是采用如图2-9所示的电路。
直接从交流电网供电。
通过变压器电路，整流电路，滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电转换成12V的直流电压。
电路中变压器采用常规的铁芯变压器，由于电路中采用了+12V和-12V的双电源，变压器中间需要加抽头；整流电路采用二极管桥式整流电路；C1-C8完成滤波功能。
由于电路采用了+12V和-12V双电源，因此稳压电路采用两个三端稳压集成电路来分别实现输出+12V和-12V电压。
其电路图如下图所示：
图2-9电源电路
第三章简易窗帘自动开闭电路总电路图
）
图3-1简易窗帘自动开闭电路的总电路图
参考文献
[1]何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月
[2]姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版设，2001年10月
[3]袁光明，电子器件应用手册，西南交通大学出版社，1993年
[4]康华光，电子技术基础，高教出版社，2003年
[5]李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年
[6]赵伟军，Protel2004教程，人民邮电出版社，2006年
[7]毕满清，电子技术实验与课程设计，北京电子工业出版社，2007年
[8]陈跃，电气工程专业毕业设计指南，北京水利水电出版社，2003年
[9]王士政，电力工程类专题课程设计与毕业设计指导课程，中国水利水电出版社，2007年
[10]李骏年，电力系统继电保护，中国电力出版社，1992年
附录1图中相关电子元器件基本知识
一电阻器
电阻器，英文名resistance，通常缩写为R，是电子元器件中应用最广泛的一种。
电阻具有道题的一种基本性质，与导体的尺寸材料和温度有关。
欧姆定律的表述是：
I=U/R.电阻的基本单位是欧姆，用希腊字母Ω表示。
表示电阻值的常用单位还有千欧和兆欧。
（一）电阻器的种类
电阻器的种类有很多种，通常分为3大类：
固定电阻可变电阻和特种电阻。
在电子产品中，以固定电阻应用最多。
而固定电阻又可以分为很多种。
但常用常见的的有RT型碳膜电阻，RJ型金属电阻和RX型线绕电阻，还有近年来开始广泛使用的片状电阻。
型号命名很有规律，R代表电阻，其T代表碳膜，J代表金属，X代表线绕，是拼音的第一个字母。
电阻值也有功率之分。
常见是1/8W的“色环碳膜电阻”，它是电子产品和电子制作中用的最多的一种。
但是在一些微型产品中，会用到1/16W的电阻，其体积很小。
另外还有微型片状电阻，它是贴片元件家族的一员。
（二）电阻器的阻值标称值
电阻器的阻值应该符合附表2-1上所列数值。
附表2-1电阻值标称值系列
容许误差%
系列代号
标称系列值
±20
E6
101522334768
±10
E12
101215182227333947566882
±5
E24
1011121315161820222427303339434751566268758291
二三极管
半导体三极管也称为晶体三极管，可以说它是电子电路中最重要的的器件。
它最主要的功能是电流放大和开关作用。
晶体三极管有两种类型：
一种是NPN型的三极管，另一种是PNP型的三极管。
三极管的种类很多，并且不同型号有不同的用途。
（一）主要参数
（1）电流放大系数：
该系数有直流电流放大系数和交流电流放大倍
数两种放大系数。
（2）极间反向电流：
该反向电流有集电极-基极反向截止电流Icbo集电极-发射机反向截止电流Iceo。
（3）极限参数：
该参数有集电极-发射极反向击穿电压BUceo；集电极-基极反向击穿电压BUcbo；发射极-基极反向击穿电压BUebo；集电极最大允许电流Icm，集电极最大允许耗散功率Pcm。
（二）常用三极管相关参数表
电子设计中常用的三极管有90××系列，包括低频小功率管9013（NPN），9012（PNP）低噪声管9014（NPN）,高频小功率管9018（NPN）三极管型号很多，常用三极管主要参数如下表所示：
附表2-2部分常用三极管参数
晶体管型号
反压Vbeo/V
电流Icm
功率Pcm/W
特征频率f/MHz
管子类型
9011
50
0.030
0.4
-
NPN
9012
50
0.5
0.6
-
PNP
9013
50
0.5
0.6
-
NPN
9014
50
0.1
0.4
150
NPN
9015
50
0.1
0.4
150
PNP
9018
30
0.05
0.4
1000
NPN
TIP147
100
10
125
-
PNP
TIP142
100
10
125
-
NPN
TIP127
100
8
65
-
PNP
TIP122
100
8
65
-
NPN
TIP102
100
8
125
-
NPN
（三）三极管的选用
三极管的选用应遵循以下几点：
（1）根据不同的电路要求，选择不同类型的三极管。
（2）根据电路要求合理选择三级管技术参数。
（3）根据整机的尺寸合理选择三极管的外形和封装。
总结
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.对我们学工科的同学来说尤为重要！
此次电气课程设计巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。
同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！
同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！
郑州轻工业学院
电子技术课程设计
题目：
简易窗帘自动开闭电路
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专业班级：
学号：
院（系）：
电气信息工程学院
指导教师：
完成时间：
2013年6月28日
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