南昌大学课程设计报告

课程设计报告课程名称：电子技术综合课程设计题目：路灯开关模拟电路设计学院：信息工程学院系：自动化专业班级：自动化113班学号：6100311197学生姓名：马常珺起讫日期：2013-06-24至2011-07-01指导教师：李赣平老师学院审核（签名）：审核日期：第1页目录前言................................................................21设计题目.........................................................22设计任务与要求2.1设计任务......................................................22.2设计要求......................................................23原理电路设计与论证3.1设计原理框图...................................................33.2主要电路设计与参数.............................................43.2.1元件明细...................................................43.2.2主要元件介绍...............................................43.3总体电路图......................................................83.4.原理图及PCB版图................................................94电路的安装调试与故障分析4.1调试过程......................................................114.2故障分析......................................................125实验结果........................................................126心得体会........................................................137参考文献........................................................14第2页前言随着能源问题越来越引起人们的重视，节能已经成为生产应用中不可忽视的一方面。了解常用路灯控制的各种方法，及各自的优缺点，通过互相的比较，确定设计方案，并对所用传感器进行选型，同时加以电路的设计与分析，完成设计任务。下面分别对路灯控制器的原理，路灯控制器中用到的主要元件以及在电路中的作用分析。1设计题目路灯开关模拟电路设计2设计任务与要求2.1设计任务（1）学习运放放大电路的识别与测试与偏置技术；（2）研究秒脉冲信号发生电路、稳压电流源特性和设计方法；（3）掌握路灯开关电路的结构、原理与设计方法；（4）培养良好的职业道德、组织与协调和善于与他人合作共事的能力。（5）锻炼勇于创新和抗挫折的能力。2.2设计要求采用分立元件设计一路灯自动控制开关模拟电路，用光敏传感器实现自控。要求：（1）在天黑时自动点亮路灯，红绿两组灯都亮。（2）后半夜行人稀少，路灯关掉一半。红色发光管灭，剩下绿色发光管亮。（3）第二天清早路灯全部关闭。红绿两组灯都灭。第3页3方案设计与论证3.1系统原理框图原理框图：图2.1.1系统原理图原理介绍：（1）白天RG受光照，阻值很小，VRG电位很低，既CD4011的1、2脚为低电平，3脚为高电平，4脚为低电平，10脚为高电平，因此，11脚为低电平，三极管9013截止，继电器K1的线圈无电流流过，常开触点处于断开状态，绿色发光二极管无电处于关闭状态。10脚突变为高电平的同时，有一正脉冲输入555时基集成电路的2脚，3脚则输出低电平，K2处于释放状态，红色发光二极管没有电源电压处于关闭状态。（2）晚上天色渐暗，RG阻值变大，VRG电压升高，CD4011的1、2脚为高电平，3脚为低电平，4脚为高电平，10脚为低电平，11脚为高电平，三极管9013导通，继电器K1的线圈有电流流过，吸合，常开触点闭合，绿色发光二极管亮。10脚突变为低电平的同时，有一负脉冲输入555时基集成电路的2脚，3脚则输出高电平，K2得电吸合状态，红色发光二极管电源接通，开始工作。（3）后半夜：当555的2脚获得负脉冲，红色发光二极管开始发光的同时，555的6、7脚上连接的充电电容C4开始充电，约为6秒（模拟6小时）VC4的充电电压大于VDD，则555三脚变为低电平，K2线圈失电，其常开触点断开使红色发光二极管失电灭（模拟后半夜隔盏关灯）。（4）早晨：白天的亮度使得光敏电阻阻值减小，VRG变为低电平三极管9013截止，绿色发光二极管失电不亮，与此同时555脚获得正脉冲，其3脚依然维持低电平，K2继续失电，处于释放状态，红色发光二极管依然处于灭状态，即所有灯在白天都是灭的。亮暗RG大RG小继电器常开继电器闭合灯不亮灯亮NE555控制半夜红灭绿亮第4页3.2主要电路设计与参数3.2.1元件明细：市电交流220V经熔断丝（F）给电源变压器（B）供电，B为降压变压器，其次级的交流电压约为15V，再经VD1—VDA4组成的桥式整流电路整流、电容器C1滤波，7812稳压给电路提供12V直流电压。R1，VD5组成12V输出指示器，RG为光敏电阻，调节R2的阻值能改变RG的取样电压。四运放LM324分别接成四个反向9(放大)器，9013推动电池继电器K1，K1的常开触点接绿色发光二极管（模拟高压汞灯）。NE555电路组成定时电路，定时时间长短由R4、C4定时元件决定，C3为触发信号的耦合电容器，电磁继电器K2的常开触点接红色发光二极管（模拟高压钠灯）。VD25是稳压管稳压值约3V，R5的为VD25的降压，限流电阻。肖特基二极管C6、C7分别为电磁继电器K2、K1线圈的保护电容器。3.2.2主要元件介绍：（1）NE555触发器NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。由NE555构成的多谐振振荡器，接通电源后，电容C1被充电，VC上升。当VC上升到2/3VCC时，触发器被复位，此时V0为低电平。电容C通过R2和T放电，使VC下降，当下降至1/3VCC时，触发器又被置位，V0翻转为高电平。当C放电结束时，VCC将通过R2和R3向电容器充电，VC由1/3VCC上升到2/3VCC。当VC上升到2/3VCC时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为：f=1.43/[(R3+2R2)C]。按理论这里我们应选择R2=68K，C=10uf，R3=7K。然而实际电路中却无法输出频率为1Hz的秒脉冲，只能如图取R3=100，R2=1.8K，C1=100n，C2=10u达到要求。第5页图2.2.2.1NE555内部功能图及引脚图图2.2.2.2秒脉冲发生电路第6页（2）电磁继电器图2.2.2.3电磁继电器工作原理图电磁继电器一般由电磁铁,衔铁,弹簧片，触点等组成的，其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成。电磁继电器还可以实现远距离控制和自动化控制。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。（2）继电器的选用1.先了解必要的条件①控制电路的电源电压，能提供的最大电流；②被控制电路中的电压和电流；③被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。2.查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格号。若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合适。3.注意器具的容积。若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。对于小型电器，如玩具、遥控装置则应第7页选用超小型继电器产品。（3）CD4011图2.2.2.4CD4001的工作原理图或非逻辑的真值表图2.2.2.5真值表图ABY001010100110第8页3.3总体电路图总体电路图RG第9页3.4路灯开关模拟电路原理图及PCB图路灯开关模拟电路原理图-1元件型号、参数：NE555，绿色发光灯，红色发光灯，4个2K电阻，1个3K电阻，2个50K的变阻器，电解电容4个，参数为470uF、220uF、10uF（2个），CD4011，2个T73（12VDC）继电器，光敏电阻RG，电容0.01uF，9012型PNP管，9013型NPN管，导线若干。第10页路灯开关模拟电路原理图-2第11页4电路的安装调试与故障分析4.1调试过程光敏电阻的测试：用万用表两表笔分别接光敏管的两极，凸面朝向阳光，应为低电阻，若为高阻，对调两表笔为低阻说明此管是好的。二极管测试：二极管主要分为三种：整流二极管、稳压二极管、发光二极管；此外，还有开关二极管。先打磨引脚，再用指针万用表测试，因二极管具有单相导电性，所以，在测试时，红笔接负极，黑笔接正极，若是导通，且红笔接正极，黑笔接负极，为截止，则表明二极管是正常的，若不是则表明二极管是坏的。检查电路在通电调试之前，必须认真检查电路连线是否正确，对照电路图按照一定顺序逐级检测，特别要注意电源是否接错，电源与地是否有短接，二极管是否接反，轻轻拨一拨元器件，观察焊点是否牢固。调试先用万用表测量电路有关点电位是否正常。检查发光二极管是否正常工作。发现不正常现象时，及时找出原因进行修改，注意接线不得有误，接入电源。在光电二极管有光与无光的情况下看总体电路的工作情况。观察灯泡是否按要求进行变化。如不能顺利完成以上功能，则应认真检查电路的连接及功能设计是否有误并作出相应调整。由于二只发光二极管和光敏电阻直接伸出外壳，因此在安装这几只元件时，全部在线路板的焊接面，对于光敏电阻直接将元件焊接于线路板的焊接面上，两只发光二极管先折弯，发光面从线路板上的二只孔出伸出。4.2故障分析用普通万用表的欧姆档检查各点的阻值，粗查是否有短路、断路或元器件错焊等情况。用万用表测量电路中各点对地的电阻以及元器件的阻值，以此来判断故障部位测量晶体管的管脚电压和集成块各脚的电压或波形，据此电压值判断故障。测量晶体管的管脚电压和集成块各脚的电压或波形，据此电压值判断故障。本电路调试时请先将光敏电阻的光挡住，将ab分别接在电灯的开关位上，用手轻拍驻极体，这时灯应亮，若用光照射光敏电阻，再用手重拍驻极体，这时灯不亮，说明光敏电阻完好，这时即告本套件制作成功。第12页5实验结果连接电源，对电路板通电。此时为模拟白天状态，只有一盏灯LED常亮。然后使用较厚黑布对光敏电阻进行遮光处理，即模拟傍晚及黑夜状态，此时所有红灯绿灯均亮起。接着模拟后半夜，即通过调节电路板上右边的一个滑动变阻器使得红灯全部熄灭，绿灯仍亮。最后模拟第二天白天，即撤去光敏电阻上的黑布，此时全部受控灯熄灭，只有常亮灯LED亮。实验成功。6心得体会通