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

摘要

窗帘在人们的日常生活中有着不可替代的作用，窗帘在室内装修中，分别起着保护私隐、利用光线、装饰墙面、吸音隔噪的作用。

到目前为止，窗帘已经发展到相当水平，其中布艺帘以它的独有的时代魅力深受人们欢迎。

当窗户面积大、窗户高或安装厚重的窗帘布时，使用手动或拉绳都比较费力，并且容易导致帘布损坏，所以现在采用光控电动自动控制布帘的方式代表时代发展的潮流。

由于其质量技术等各方面的全面改进，理所当然，光控自动窗帘成为科技不断进步，社会飞速发展的必然产物。

为了巩固已学习的数电和模电知识以及初步掌握protel软件，更为了提高自己的实际应用能力，学习一些书本上没有的知识，我精心设计了这个简易窗帘自动开闭电路，该电路能够通过感应装置，检测到光线的强弱，并能够根据光线的强弱，自动将窗帘打开和关闭,同时能够在窗帘接触到边沿时，自动的切断电源。

第一章方案论证

当窗户面积大、窗户高或安装厚重的窗帘布时，使用手动或拉绳都比较费力，并且容易导致帘布损坏，所以现在采用光控电动自动控制布帘的方式代表时代发展的潮流。

由于其质量技术等各方面的全面改进，理所当然，光控自动窗帘成为科技不断进步，社会飞速发展的必然产物。

为了巩固已学习的数电和模电知识以及初步掌握protel软件，更为了提高自己的实际应用能力，学习一些书本上没有的知识，我精心设计了这个简易窗帘自动开闭电路，该电路能够通过感应装置，检测到光线的强弱，并能够根据光线的强弱，自动将窗帘打开和关闭,同时能够在窗帘接触到边沿时，自动的切断电源。

第二章简易窗帘自动开闭电路

第一节系统组成框图

光照检测电路检测光照的强弱，通过放大器放大此信号，进而控制开关的开闭状态，开关影响驱动电路中电动机的转动方向，从而实现窗帘的自动关闭，电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电源。

第二节简易窗帘自动开闭电路工作原理

由光敏电阻器RG与运算放大器IC、电位器RPl、RP2等组成控制电路。

在清晨，环境光线较强，光敏电阻器RG呈低阻值状态，使IC的2脚（放大器ICa的反相输人端）电压较3脚（放大器ICa的同相输入端）电压高，IC的5脚（放大器ICb的同相输人端）电压较6脚（放大器ICb的反相输•人端）电压高，IC的1脚的低电平，7脚输出高电平，使晶体管V1一V3均导通，V4－V6截止，电动机M正转，驱动窗帘拉开。

当窗帘拉开到位后，滑动触头开关（位置开关）S1被触动而接通，使V1的基极变为低电平，V1一V3均截止，电动机M停转。

当夜幕降临时，环境光线较弱，光敏电阻器RG的阻值变大，使IC的3脚电压高于2脚电压，1脚输出高电平，使晶体管V4一V6均导通，电动机M反转，驱动窗帘拉合。

当窗帘拉合到位后，滑动触头开关S2被接通，使V4的基极变为低电平，V4一V6截止，电动机M停转。

调节电位器RP1、RP2的电阻值，改变IC的2脚电压和5脚电压的高低，使清晨时IC的7脚输出高电平，1脚输出低电平；而傍晚时IC的1脚输出高电平，7脚输出低电平即可。

第三节元器件单元电路设计

（一）电源电路分析

在本设计中可以用两种方法实现电源：

一是采用电池供电；二是直接从电网供电，考虑到电池易损耗，易达不到电路的要求，而经电网变压实现的+12V直流电压则相对稳定，所以在本设计中我采用了后者。

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波纹，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C1、C2、C3和C4实现滤波。

最后是稳压电路，在本设计中采用三端稳压电路来实现。

（二）光敏电阻器

光敏电阻器是利用半导体光电效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感。

它的电阻能随着外界光照强弱变化而变化，当没有光照射时，呈高阻状态；有光照射时，其电阻值迅速减小。

它广泛应用于各种自动控制电路（如自动照明灯控制电路、自动报警电路等）、家用电器（如电视机的亮度自动调节、照相机中的自动曝光控制等）及各种测量仪器中。

下图是一种精密的暗激发时滞继电器开关电路。

其工作原理是：

当照度下降到设置值时由于光敏电阻阻值上升使运放IC的反相端电位升高，其输出激发VT导通，VT的激励电流使继电器工作，常开触点闭合，常闭触点断开，实现对外电路的控制。

（三）碳膜电位器

碳膜电位器阻值连续可变，因此它的分辨率很高，阻值范围很宽，易于制作出符合要求的阻值变化特性，工作频率范围较宽。

它的缺点是额定功率较小，一般只能加工到2瓦，此外，谈膜片受湿度和温度影响较大。

（四）稳压二极管

稳压二极管又称齐纳二极管，是一种特殊工艺制造的面结型硅半导体二极管，在直流稳压电源中获得广泛的应用。

它具有一般二极管单向导电的特性，即二极管加正向电压，则导通，有较大的正向电流、加反向电压则截止，只有很小的反向电流；当反向电压大到一定程度，反向电流突然增大，这时二极管就进入了击穿区。

进入此区后，反向电流在很大范围内变化时，二极管两端的反向电压能基本保持不变，当反向电流大到一定数值后，二极管就因彻底击穿而损坏了。

一般二极管是不允许使用在击穿区的，而稳压管正是利用反向击穿后，在一定反向电流范围内反向电压不随反向电流变化这一特点进行稳压的。

其主要特性参数如下：

1、最大整流电流是指二极管长期工作时，允许通过的最大的正向的电流

2、反向击穿电压指管子反响击穿时的电压值。

一般手册上给出的最高工作电压约为击穿电压的一半，以确保管子安全运行。

3、反向电流指管子没被击穿时的工作电流，其值越小，管子的单向导电性能越好。

4、极间电容。

（五）三极管

三极管在饱和导通（发射结和集电结都是正偏置）时，其CE极间电压很小，比PN结的导通电压还要低（硅管在0.5V以下），CE极间相当“短路”，即呈“开”的状态。

　　三极管在截止状态（发射结、集电结都是反偏置）时，其CE极间的电流极小（硅管基本上量不到），相当于“断开（即‘关’）”的状态。

　　三极管开关电路的特点是开关速度极快，远远比机械开关快；没有机械接点，不产生电火花；开关的控制灵敏，对控制信号的要求低；导通时开关的电压降比机械开关大，关断时开关的漏电流比机械开关大；不宜直接用于高电压、强电流的控制。

NPN型是串连在电机与地之间，其中C接正E接地。

这样接类似于一个开关。

当B极没有控制电压时，CE是断开的电机也是不转的，反之B极有控制电压时，CE是导通的，电机形成回路转动。

PNP型是反向导通的接法是E接正C接地。

8050:

Pcm=1W,Icm=1.5A,Vceo=25V,ft=100MHz

8550:

PNP型，其他同上。

（六）运算电路

环境光线较强时，光敏电阻器RG呈低阻值状态，使IC的2脚（放大器ICa的反相输人端）电压较3脚（放大器ICa的同相输入端）电压高，IC的5脚（放大器ICb的同相输人端）电压较6脚（放大器ICb的反相输•人端）电压高，IC的1脚的低电平，7脚输出高电平,进一步控制开关电路。

利用此过程来控制下面二极管的开闭，从而达到控制整个电路的目的。

另外，我们可以改变两个划线变阻器的阻值的大小来控制两个放大器输入端的电压的大小，为了适应不同的情况下的电压变化。

所以能够实现不同情况下的控制问题。

（七）开关电路

当V1的基极是高电平时，其导通，V2,V3也导通相当于开关的接通状态，为后续的驱动电路提供条件。

（八）直流电动机

如果直流电机的转子不用原动机拖动，而把它的电刷A、B接在电压为U的直流电源上，电刷A是正电位，B是负电位，在N极范围内的导体ab中的电流是从a流向b，在S极范围内的导体cd中的电流是从c流向d。

前面已经说过，载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，因此，ab和cd两导体都要受到电磁力Fde的作用。

根据磁场方向和导体中的电流方向，利用电动机左手定则判断，ab边受力的方向是向左，而cd边则是向右。

由于磁场是均匀的，导体中流过的又是相同的电流，所以，ab边和cd边所受电磁力的大小相等。

这样，线圈上就受到了电磁力的作用而按逆时针方向转动了。

当线圈转到磁极的中性面上时，线圈中的电流等于零，电磁力等于零，但是由于惯性的作用，线圈继续转动。

线圈转过半州之后，虽然ab与cd的位置调换了，ab边转到S极范围内，cd边转到N极范围内，但是，由于换向片和电刷的作用，转到N极下的cd边中电流方向也变了，是从d流向c，在S极下的ab边中的电流则是从b流向a。

因此，电磁力Fdc的方向仍然不变，线圈仍然受力按逆时针方向转动。

可见，分别处在N、S极范围内的导体中的电流方向总是不变的，因此，线圈两个边的受力方向也不变，这样，线圈就可以按照受力方向不停的旋转了，通过齿轮或皮带等机构的传动，便可以带动其它工作机械。

参考文献

◆何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月

◆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

◆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

◆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

◆康华光，电子技术基础，高教出版社，2003

◆张庆双，电子元器件的选用与检测，机械工业出版社，2002年8月

◆陈明义，电子技术课程设计实用教程，中南大学出版社，2002年

◆孟贵华，电子元器件选用入门，机械工业出版社，2004年6月

◆崔玮，Protel99SE电路原理图于电路板设计教程海洋出版社，2005年1月

附录

元器件清单

◆R1一R7均选用1/4W碳膜电阻器。

◆RG选用硫化锡光敏电阻器。

◆RP1、RP'2均选用小型膜式电位器。

◆VSl选用1/2W、3.6V稳压二极管，例如1N5989B等型号；◆S2、VS3选用1/2W、3V的1N4372或1N5987B型稳压二极管。

◆V1和V4均选用S9013型硅NPN型晶体管；V2和V5选用S8050型硅PNP型晶体管；V3和V6选用S8050型硅NPN型晶体管。

◆IC选用TL072型双集成运算放大器。

（TL072  低噪声JEET输入型运算放大器）

◆M选用工作电压为9V、最大电流为500mA的直流电动机。

◆触头开关S1、S2可以自制，其动触头为接地端，两个定触头分别固定在窗帘的两端。

心得体会

这一个星期以来，我窝在寝室对着电脑查资料画电路图，刚开始摸不着头绪挺烦的，后来渐渐的上道了，不知不觉东西就做成了个大概，虽然只有一周时间，但感触还真是挺有的。

首先，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.随着科学技术发展的日新日异，自动控制在生活中可以说是无处不在，而对于电子技术专业的我们来说掌握自动控制的应用技术是十分重要的。

其次就是，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。

以前学习模电的时候，不知道学有何用，这次的实践让我感觉到自己其实什么都不懂，学校里面开设的课程都有一定理由的，我一定得有个正确的方向，尤其是在什么该学，什么可以不学这一方面。

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。

最大的感触就是我身边有很多资源供我学习，换句话说，在大学里我至少得养成一种良好的习惯——自学！

同时在本次课程设计中我还学习了一些Protel软件的基本使用方法。

在以后的学习和工作中我会加强这方面的学习。

这次课程设计让我受益匪浅，最后，真诚地感谢学校和老师为我们提供了这此学习的机会。