简易窗帘自动开闭电路.docx

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简易窗帘自动开闭电路

1系统总体方案设计

一款采用555时基集成电路制作的光控自动窗帘电路，它是用环境光线的照射来实现窗帘的自动开合（窗帘在清晨能自动拉开，在傍晚能自动关闭）。

（原理图如附图）

该光控自动窗帘电路由光控电路，单稳态触发器电路和电源电路组成。

电路中，光控电路由光敏三极管Q1，三极管Q2和有关外围元件组成，集成电路IC1和IC2均接成单稳态电路，控制电动机M的正转与反转；电源电路由交流220V电压经变压器降压、整流桥整流、7812稳压和C4、C5、C6，C7滤波后，产生12V直流电压，供给IC1、IC2和光控电路。

清晨，光敏三极管Q1在自然光线的照射下导通，使IC1的2脚和晶体管Q2的基极为低电平，Q2截止IC1内部的单稳态触发器动作（变为暂态），其3脚输出高电平，IC2的2脚为高电平，3脚为低电平，使电动机M正转，将窗帘拉开。

当窗帘拉开到位后，IC1又由暂态变为稳态，其3脚恢复低电平，使电动机M停转。

傍晚光线暗淡时，Q1截止，IC1因2脚为高电平而不能被触发，其3脚为低电平，Q2因基极变为高电平而导通，其集电极电压下降，使IC2的2脚产生低电平触发电压，IC2内部的单稳态触发器翻转，由稳态变为暂态，3脚输出高电平，使电动机M反转，窗帘开始闭合。

窗帘闭合到位后，单稳态触发器恢复为稳态，IC2的3脚变为低电平，电动机M停转。

S1、S2、S3为手动开关。

采用手动控制时，应将S3关断，使光控电路失效。

按动S1时，IC1触发翻转，电动机M正转，将窗帘拉开；按动S2时，IC2触发翻转，电动机M反转，将窗帘闭合。

可根据窗户的宽度适当调节电位器RP1和RP2，改变电动机的运转时间。

2主要单元电路及其原理

2.1光线感应电路

图2-1光线感应电路图2-2光敏三极管

光线感应电路由光敏三极管和其外围元件组成，有两个输出端，IC1-2和IC2-2，分别输入到IC1和IC2，使其作出相应动作，从而控制电机。

光敏三极管是以接收光信号，将其转化为电气信号为目的，也叫光电三极管。

发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。

NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。

发射极箭头向外。

发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。

半导体就像一个开关，可以通过导通与截止来控制电路。

2.2窗帘控制电路

图2-3555控制电路

其原理为：

当IC1输入低电平时，IC1触发，输出端3由低电平变为高电平，进入暂稳态，此时IC2输入端2高电平，IC2不触发，输出端3低电平，电机正转，到边沿时，IC1由暂稳态变为稳态，电机停转。

当IC1输入高电平时，IC1不触发，输出端3低电平，此时IC2输入端2低电平，IC2触发，输出端3低电平变为高电平，电机反转，到边沿时，IC2由暂稳态变为稳态，电机停转。

其中，单稳态触发器的时间常数（电机作用时间）由Rp1和Rp2控制，根据窗帘宽度相应调整。

555定时器工作原理：

图2-4555定时器管脚及原理

555定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反相输入端的电压为2VCC/3，A2的同相输入端的电压为VCC/3。

若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。

如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC

/3，则A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

1、555定时器有两个阀值电平，分别是1/3Vcc和2/3Vcc；

2、输出端是低电平时三极管TD导通，7叫输出低电平；输出端为高电平时三极管截止，如果7脚接一个上拉电阻，7脚输出为高电平，所以7叫接一个上拉电阻时，输出状态与3相同。

单稳态触发器原理及波形：

图2-5555构成的单稳态触发器

表2-1555定时器功能表

2.3电源电路

图2-6电源电路

该电路由电源变压器、整流、滤波、和稳压电路等四部分构成。

电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压，再通过桥式整流电路将变压器输出的符合电压要求的交流电变换为+12V的直流电。

常用的整流电路主要有：

半波整流、全波整流及桥式整流等。

相对于半波整流相，全波整流二极管交替导通，其输出电压纹波明显减小；而桥式整流电路是全波整流电路的一个变形，其输出电压波形与全波整流电路相同，但加在变压器次级线圈上的电流变为了极性正负交替的脉冲电流，其性能更加优越。

本设计中采用性能优越的桥式整流电路。

接着是滤波电路，滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，使交流电在经过二极管整流后获得的有杂波的直流电，变成波形较为平滑的直流电。

本次实验我们使用滤波电容C5、C6、C7和C8实现滤波。

最后是稳压电路，采用三端集成稳压器7812来实现。

3元器件选型基本知识

3.1电阻器

3.1.1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。

3.1.2电阻器的阻值标称值

表3-1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

3.2三极管

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。

3.2.1主要参数及选用

（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。

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。

3.2.2常用三极管相关参数

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）表3-2部分常用三极管主要参数

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

在这个设计中：

R1、R2均选用1/4W碳膜电阻器。

RPl、RP2均选用小型膜式线性电位器。

C1~C8均选用耐压值为25V的铝电解电容器。

Q1选用3DU系列的光敏电阻；Q2选用S9014型号的硅NPN型晶体管。

IC1和IC2选用NE555。

电机选用12V的直流电机。

变压器可选用单输出220—15V。

稳压管用7812。

Sl、S2均选用微型按钮；S3选用自锁动断型按钮。

结论与展望

简易窗帘开闭系统制作比较简单，理论上能达到预期目的，但在实际中需根据需要合理调整，（对可调电阻RP1和RP2的调节，以便控制电动机的转速）调试成功后方可使用。

此电路可用到家庭或商店、教室等室内场所时，可把系统安装到窗帘上侧，把光敏电阻延伸到窗外阳光照射的地方，用玻璃隔着，以防落入过多尘土。

当出现阴雨天气时，可换用手动这样可以弥补以上不足。

由于整个系统所用地方比较小，方便室内使用，不影响室内整体布局，并且电源供给可以直接运用家庭电源。

因此这可以作为室内帘子系统不错的选择。

通过本次设计，在一定程度上，巩固和加强了“模拟电子技术”、“数字电子技术”课程中所学的理论知识。

在刚接触到这个题目的时候，我觉得挺简单，但真的做起来发现有好多不得不费劲去做的小细节。

首先，方案必须站在一定高度看问题，得从整体着眼，然后分模块来实现整体设计。

基于此，我掌握了电子电路的一般设计方法和思路，而且基本上能够运用电子基础设计中所学的理论知识来完成设计和分析电路。

通过互联网及图书馆查阅手册和文献资料，拓宽知识面的同时，也让我能够独立分析问题和解决实际问题。

最大的感触就是其实我们身边有那么多资源供我学习，在大学里我至少得养成一种良好的习惯——自学！

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

附图

图附-1系统总图

附录

元件清单：

简易窗帘自动开闭电路元件清单

符号

类别

数目

封装

R1

15K

1

AXIAL

R2

10K

1

AXIAL

Rp1、Rp2

150k

2

VR5

C1、C3

0.01uf

2

RB.2/.4

C2、C4

100uf

4

RB.2/.4

C5、C8

470uf

1

RB.2/.4

C6

0.1uf

1

RB.2/.4

C7

0.33uf

1

RB.2/.4

光敏元件

NPN-PHOTO

1

AXIAL

9014

NPN

1

TO-18

M

电动机

1

MOTORAO

7812

稳压管

1

TO126H

NE555

计时器

2

DIP-8

D

整流桥

1

BRIDGEI

220-15

TransIdeal

1

TRF_4

K1、K2

微型开关

2

SW-PB

K3

自锁开关

1

CIRCUITBREAKER