簡易窗簾自動開關(guān)電路設(shè)計

目錄1概述 22．系統(tǒng)方案設(shè)計 22.1系統(tǒng)組成框圖 22.2主要單元電路的設(shè)計及功能 32.2.1電源電路 32.2.2光信號處理電路 42.2.3繼電器控制電路 72.2.4電機驅(qū)動電路 83元器件選型 93.1變壓器 93.2整流橋堆 93.3三端穩(wěn)壓器LM7805 103.4555定時器 103.5繼電器 103.5.1固態(tài)繼電器 113.5.2磁簧繼電器 113.6限位開關(guān) 11結(jié)論與展望 12參考文獻 13附錄 141概述在現(xiàn)代社會，對室內(nèi)設(shè)計而言，窗簾不僅具有遮光作用，更具有美化功能，它不僅可以協(xié)調(diào)居室的色彩搭配，而且能夠柔化空間造型的線條，營造溫馨愜意的環(huán)境。現(xiàn)在很多廠家生產(chǎn)的自動窗簾（含門簾）控制系統(tǒng)，都是各種傳感器（紅外線傳感器、風雨信號傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器等）、各種報警終端（警燈、警笛、電話報警器、接警控制中心等）、遙控器以及一系列機械傳動裝置組成的一種具有智能化、人性化、網(wǎng)絡(luò)化的高科技產(chǎn)品,本設(shè)計講述了由光敏電阻分壓器和555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器設(shè)計的自動窗簾。2．系統(tǒng)方案設(shè)計2.1系統(tǒng)組成框圖 簡易窗簾自動控制電路系統(tǒng)框圖如圖2-1直流電機直流電機驅(qū)動電路繼電器直流電機直流電機驅(qū)動電路繼電器控制電路光信號處理電路電源電路電源電路圖2-1系統(tǒng)組成框圖此系統(tǒng)由光信號處理電路、繼電器控制電路、直流電機驅(qū)動電路、電源電路和直流電機組成。光信號處理電路主要由光敏電阻和由555定時器組成的施密特觸發(fā)器構(gòu)成。利用光敏電阻阻值隨光照強度的增強而減小的特性。在光敏電阻阻值變化的同時影響由光敏電阻和電位器構(gòu)成的分壓器的電位大小。把分壓器得到的電壓值輸入555定時器，繼而得到一個由光敏電阻控制的電平信號。繼電器控制電路根據(jù)555定時器輸出的高低電平和BJT的開關(guān)特性控制繼電器的開閉。電機控制電路利用繼電器的開閉和限位開關(guān)控制直流電機的正反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)。2.2主要單元電路的設(shè)計及功能2.2.1電源電路如圖2-2所示是電源電路 圖2-2電源電路此電源是一個220V工頻電源。它由變壓器、整流橋、前級濾波、三端穩(wěn)壓器和后級濾波組成。圖示的變壓器變比是220:9，變壓器把220V的交流電壓變成9V的交流電壓。整流器的作用是將降低后的工頻交流電壓變換為直流電壓。在交流的正半周，變壓器次級上正下負，電流從正極經(jīng)D1、負載流回變壓器的負極，這樣若忽略二極管的導通電壓，在負載上得到一個大小與變壓器次級相同的電壓波形，極性為上正下負；在交流的負半周，變壓器次級上負下正，電流從正極經(jīng)D1、負載流回變壓器的負極，這樣在負載也得到一個大小與變壓器次級相同的電壓波形，極性與正半周一樣,也為上正下負。因此在交流信號的正負半周的分別作用下，整流器均輸出單極性的脈動電壓，該輸出的直流成份已大于零經(jīng)整流后的電壓有比較大的波紋。前級濾波器由大電容C1和小電容C2并聯(lián)組成，我們知道電容能夠濾除交流信號，整流器輸出的單極性脈動電壓經(jīng)過該濾波器后，就變成了直流信號了。大電容C1的作用主要是交流成份和儲存電能，小電容C2的作用是濾除高頻干擾。輸出的直流電壓是不穩(wěn)定的，它的輸出電壓值會隨著電網(wǎng)電壓的波動和負載的輕重而變化，并不適合直接應(yīng)用于計算機系統(tǒng)和電子電路，因此還必須進行穩(wěn)壓。圖2-3是三端穩(wěn)壓芯片7805的實物圖。圖2-37805實物圖集成穩(wěn)壓器7805是一個固定5V輸出的集成三端線性穩(wěn)壓器，是它的實物照片。它內(nèi)部有一個類似穩(wěn)壓管的電壓基準源，且利用深度負反饋電路將輸出穩(wěn)定控制在5V，在一定范圍內(nèi)不受電網(wǎng)電壓和負載輕重的影響。它的最大輸出電流為1A，最高輸入電壓為36V，輸入管腳和輸出管腳之間的最大壓差為2.5V，最低輸入電壓為7.5V。中后級濾波器由C3和C4構(gòu)成，它的作用是進行進一步的濾波，為防止電源在穩(wěn)壓過程中和負載變化過程中所產(chǎn)生的直流輸出電壓波動。2.2.2光信號處理電路如圖2-4所示是光信號處理電路。圖2-4光信號處理電路此電路由光敏電阻分壓器和555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器組成。光敏電阻器是利用半導體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見光）的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達1~10M歐,在強光條件（100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.4~0.76）μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設(shè)計光控電路時，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計大為簡化。光敏電阻R3和電位器R2組成分壓器。555定時器的內(nèi)部構(gòu)造和引腳如圖2-6所示。圖2-5555定時器內(nèi)部構(gòu)造圖,引腳分布圖及實物圖它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個RS觸發(fā)器，一個放電管T及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC/3和2VCC/3555定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當5腳懸空時，則電壓比較器C1的同相輸入端的電壓為2VCC/3，C2的反相輸入端的電壓為VCC/3。若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于VCC/3，則比較器C2的輸出為0，可使RS觸發(fā)器置1，使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端TH的電壓大于2VCC/3，同時TR端的電壓大于VCC/3，則C1的輸出為0，C2的輸出為1，可將RS觸發(fā)器置0，使輸出為0電平。圖2-6為555定時器的主要引腳功能。圖2-6555定時器的主要引腳功能圖2-4所示電路中，夜晚來臨光線由強變?nèi)鯐r，光敏電阻阻值增大，555定時器第2引腳和第6引腳電位升高，當電位大于23Vcc時555定時器的第3引腳輸出高電平；早上光線由弱變強時，光敏電阻阻值逐漸減小，555定時器第2引腳和第6引腳電位降低，當電位小于13Vcc時555定時器的第3引腳輸出低電平。由如圖2-7所示是施密特觸發(fā)器的符號及輸入輸出波形。圖2-7施密特觸發(fā)器符號及輸入輸出波形施密特觸發(fā)器是一種特殊的門電路，與普通的門電路不同，施密特觸發(fā)器有兩個閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負向閾值電壓。在輸入信號從低電平上升到高電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為正向閾值電壓，在輸入信號從高電平下降到低電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為負向閾值電壓。正向閾值電壓與負向閾值電壓之差稱為回差電壓。它是一種閾值開關(guān)電路，具有突變輸入——輸出特性的門電路。這種電路被設(shè)計成阻止輸入電壓出現(xiàn)微小變化（低于某一閾值）而引起的輸出電壓的改變。利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋作用，可以把邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。輸入的信號只要幅度大于vt+，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號2.2.3繼電器控制電路如圖2-8所示是繼電器控制電路。圖2-8繼電器控制電路繼電器控制電路主要由兩個開關(guān)二極管1N4148、兩個電阻、一個NPN三極管和繼電器的線圈組成。其中Vo是555定時器的輸出端第3引腳。此電路實現(xiàn)的功能主要是通過555定時器的輸出高低電平的不同狀態(tài)對三極管Q1的影響，繼而使得電磁線圈得電或者失電，影響繼電器的動作。當白天時555定時器的輸出引腳輸出低電平，此時三極管Q1處于截止狀態(tài)，此時繼電器線圈不通電，繼電器的常閉觸點閉合，常開觸點斷開。當晚上時，555定時器第3引腳輸出高電平，則三極管Q1處于飽和狀態(tài)，此時繼電器線圈通電，繼電器的常閉觸點斷開，常開觸點閉合。此電路中的D1的作用是保證白天時Q1可靠截止，D2的作用是為了保護繼電器。繼電器線圈在通電時儲存能量，當繼電器突然斷電時，線圈兩端會產(chǎn)生很大的電壓，這樣可能會使線圈損壞，線圈串聯(lián)的元件受到?jīng)_擊，這時只要在線圈兩端加上二極管，便可以使它產(chǎn)生一個回路，使得線圈儲存能量放完。這個二極管在此起續(xù)流作用，因此通常稱它為續(xù)流二極管。由此，繼電器控制電路可以使我們在天亮時常開觸點斷開，常閉觸點接通；晚上常開觸點閉合，常閉觸點斷開。繼而為繼電器的開關(guān)電路為控制電機的工作做準備。2.2.4電機驅(qū)動電路電機驅(qū)動電路如圖2-9所示。圖2-9電機驅(qū)動電路該電路是由限位開關(guān)、繼電器開關(guān)、電機與電容組成。此電路利用限位開關(guān)以及繼電器開關(guān)的開斷來完成電機的正轉(zhuǎn)倒轉(zhuǎn)以及停轉(zhuǎn)。繼電器是一種電控制器件。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關(guān)系。通常應(yīng)用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。當繼電器線圈通電時，繼電器常閉開關(guān)K2和K4斷開，常開觸點K1和K3閉合電流由限位開關(guān)流入電機，電機實現(xiàn)正轉(zhuǎn)；當繼電器線圈沒有電流通過時，繼電器常閉觸點K2和K4閉合，常開觸點K1和K3，電機實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。當窗簾到達任何一個邊框時對應(yīng)的限位開關(guān)斷開，電機停止轉(zhuǎn)動。因此實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)和到達邊沿停止的目的。3元器件選型3.1變壓器變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，是一種在電子電路，以及電力系統(tǒng)中非常常見的器件，小到收音機，大到我們?nèi)粘Ｉ钪写笮碗娋W(wǎng)，用來升壓降壓的電力變壓器等。變壓器的原理是電磁感應(yīng)技術(shù),變壓器有兩個分別獨立的共用一個鐵芯的線圈。分別叫做變壓器的次級線圈和初級線圈。當一個交流電壓(V1)供應(yīng)至初級繞組的線圈時，由于交流電的強度和極性是不停地正、負交替變化，因此初級繞組的線圈所產(chǎn)生的磁力線數(shù)目也不停改變。由于磁場強度的不斷變化，促使纏繞在同一鐵芯上的另一端線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢V2變壓器只能改變交流電壓,不能改變直流電壓,因為直流電流是不會變化的,電流通過變壓器不會產(chǎn)生交變的磁場，所以次級線圈只能在直接接通的一瞬間產(chǎn)生一個瞬間電流和電壓。把直流電壓強加于變壓器上會有燒毀變壓器的可能。3.2整流橋堆整流橋堆就是由兩個或四個二極管組成的整流器件。橋堆有半橋和全橋兩種，半橋又有正半橋和負半橋兩種，橋堆的文字符號為UR。橋堆的基本組成：全橋由四只二極管組成，有四個引出腳。兩只二極管負極的連接點是全橋直流輸出端的“正極”，兩只二極管正極的連接點是全橋直流輸出端的“負極”。基本原理：整流橋堆產(chǎn)品是由四只整流硅芯片作橋式連接，外用絕緣朔料封裝而成，大功率整流橋在絕緣層外添加鋅金屬殼包封，增強散熱。整流橋品種多：有扁形、圓形、方形、板凳形（分直插與貼片）等，有GPP與O/J結(jié)構(gòu)之分。最大整流電流從0.5A到100A，最高反向峰值電壓從50V到1600V。半橋是將兩個二極管橋式整流的一半封在一起,用兩個半橋可組成一個橋式整流電路,一個半橋也可以組成變壓器帶中心抽頭的全波整流電路,。選擇整流橋要考慮整流電路和工作電壓.國內(nèi)常用的有“廣州國信電子”的G系列整流橋，進口品牌有ST、IR,臺系的SEP、GD等。整流橋堆一般用在全波整流電路中。全橋是由4只整流二極管按橋式全波整流電路的形式連接并封裝為一體構(gòu)成的。全橋的正向電流有0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、5A、10A、20A、35A、50A等多種規(guī)格，耐壓值（最高反向電壓）有25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1000V等多種規(guī)格。該電路中使用的是全橋整流電路。由于整流橋堆的內(nèi)部是由二極管構(gòu)成，因而在使用過程中必須防止其被擊穿。在本設(shè)計電路中，易知電源電路的最大瞬時電壓的380V，因此為避免出現(xiàn)橋堆被擊穿的情況，選用的橋堆的型號為KPB304（最大擊穿電壓為400V）。3.3三端穩(wěn)壓器LM7805該穩(wěn)壓器由啟動電路，基準電壓電路，取樣比較放大電路，調(diào)整電路和保護電路等部分組成。由于它只有輸入，輸出和公共引出端，故稱之為三端穩(wěn)壓器。本電路中選用的穩(wěn)壓器型號為LM7805，它的輸出電流高達1A，內(nèi)部具有過熱保護、短路保護、和對輸出晶體管安全工作區(qū)的保護，并且同時具備很強的散熱能力，大大提高了電源電路輸出電壓的穩(wěn)定性。3.4555定時器555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為555，用CMOS工藝制作的稱為7555，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器556/7556。555定時器的電源電壓范圍寬，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，輸出驅(qū)動電流約為200mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。本設(shè)計所采用的555定時器是TI（德州儀器）的CMOS器件。3.5繼電器電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。固態(tài)繼電器（SSR）3.5.1固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器是一種兩個接線端為輸入端，另兩個接線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實現(xiàn)輸入輸出的電隔離。固態(tài)繼電器按負載電源類型可分為交流型和直流型。按開關(guān)型式可分為常開型和常閉型。按隔離型式可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，以光電隔離型為最多。3.5.2磁簧繼電器磁簧繼電器是以線圈產(chǎn)生磁場將磁簧管作動之繼電器，為一種線圈傳感裝置。因此磁簧繼電器之特征、小型尺寸、輕量、反應(yīng)速度快、短跳動時間等特性。當整塊鐵磁金屬或者其它導磁物質(zhì)與之靠近的時候，發(fā)生動作，開通或者閉合電路。由永久磁鐵和干簧管組成。永久磁鐵、干簧管固定在一個不導磁也不帶有磁性的支架上。以永久磁鐵的南北極的連線為軸線，這個軸線應(yīng)該與干簧管的軸線重合或者基本重合。由遠及近的調(diào)整永久磁鐵與干簧管之間的距離，當干簧管剛好發(fā)生動作（對于常開的干簧管，變?yōu)殚]合；對于常閉的干簧管，變?yōu)閿嚅_）時，將磁鐵的位置固定下來。這時，當有整塊導磁材料，例如鐵板同時靠近磁鐵和干簧管時，干簧管會再次發(fā)生動作，恢復到?jīng)]有磁場作用時的狀態(tài)；當該鐵板離開時，干簧管即發(fā)生相反方向的動作。磁簧繼電器結(jié)構(gòu)堅固，觸點為密封狀態(tài)，耐用性高，可以作為機械設(shè)備的位置限制開關(guān)，也可以用以探測鐵制門、窗等是否在指定位置。3.6限位開關(guān)限位開關(guān)又稱行程開關(guān)，可以安裝在相對靜止的物體（如固定架、門框等，簡稱靜物）上或者運動的物體（如行車、門等，簡稱動物）上。當動物接近靜物時，開關(guān)的連桿驅(qū)動開關(guān)的接點引起閉合的接點分斷或者斷開的接點閉合。由開關(guān)接點開、合狀態(tài)的改變?nèi)タ刂齐娐泛蜋C。結(jié)論與展望這是我首次的課程設(shè)計，剛聽說要做東西時我是茫然的。不知道怎樣入手，查閱了一定資料，有了大致的思路，而后著手做課程設(shè)計時更是郁悶，設(shè)計與搜索過程的焦急與不快都覺