1、<p>　　衛(wèi)生間智能燈光控制系統(tǒng)設計報告</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 設計用途和功能 …………………………………………………2</p><p>　　第二章 設計的作用、目的 ………………………………………………2</p><p>　　第三章 總體設計 ……………………

2、……………………………………2</p><p>　　3.1系統(tǒng)概述 …………………………………………………………2</p><p>　　3.2各部分電路設計 …………………………………………………4</p><p>　　3.2.1 電源電路 ……………………………………………………4</p><p>　　3.2.2 紅外發(fā)射電路 …………

3、……………………………………5</p><p>　　3.2.3 紅外接收電路 ……………………………………………7</p><p>　　3.2.4 延時電路 …………………………………………………10 </p><p>　　3.2.5 自斷斷電電路………………………………………………12</p><p>　　3.2.6 電燈控制

4、電路………………………………………………12</p><p>　　3.3 PCB版制作電路 ………………………………………………13</p><p>　　第四章 心得體會及建議…………………………………………………16</p><p>　　第五章 附錄 ……………………………………………………………17</p><p>　　第六章 參考文

5、獻…………………………………………………………18</p><p><b>　　一．設計用途和功能</b></p><p>　　1.設計一個利用紅外進行自動控制衛(wèi)生間電燈的電路，.要求當人推開門時啟動電源工作電路，既而啟動紅外接收電路和延時電路。當人離開紅外探測區(qū)域，延時電路停止，邏輯門控制電路停止工作，總電路總開關斷開。要求有人的時候自動開啟開，沒人的時候自動關閉，

6、節(jié)省電力資源，更加環(huán)保，符合建設低碳社會的精神。</p><p>　　2.設計產(chǎn)生一個30kHz的方波發(fā)生信號電路，并接受此方波信號的接收電路。</p><p>　　二、設計的作用、目的</p><p>　　1.該電路設計重在掌握電源穩(wěn)壓，應用555定時器設計電路發(fā)生，并接收自動控制開關開關電路。</p><p>　　2．掌握常用電子器件（穩(wěn)

7、壓管，二極管，電容，電阻等器件）的應用，并進行設計和綜合分析應用。</p><p>　　3．通過課程設計，能夠加深對電路理論知識的理解和掌握，更重要的是學習和掌握科學實驗研究方法。學會運用理論和實驗兩種方法，解決實際問題。</p><p>　　4.熟悉Multisim電路仿真，Protel PCB制版為以后從事科研和工作打基礎</p><p>　　5.鍛煉通過自學與

8、自己探索的方式解決問題的能力。 </p><p>　　6.通過此次課程設計將單片機軟硬件結合起來對程序進行編輯，校驗，鍛煉實踐能力和理論聯(lián)系實際的能力。 </p><p>　　7 鍛煉團隊分工合作與協(xié)調能力。</p><p><b>　　三、總體設計</b></p><p><b>　　1.系統(tǒng)概述</b

9、></p><p>　　(1).系統(tǒng)總體結構：</p><p>　　圖3-1 設計流程圖</p><p><b>　　(2).工作原理</b></p><p>　　當人推開衛(wèi)生間門時，裝在門沿上的開關通過繼電器使電燈接通電源，電燈亮。</p><p>　　當人進去衛(wèi)生間后關上門，門沿上的開關

10、接通自斷電電路，使紅外發(fā)射、接收電路開始工作。紅外發(fā)射電路發(fā)射一個30Khz的脈沖波。紅外接收系統(tǒng)檢測到信號時，紅外接收系統(tǒng)接通另一個繼電器，使電燈繼續(xù)工作。當紅外接收電路檢測不到信號時，接收電路會自動啟動延時電路延時15s，在這15s內(nèi)如果一直檢測不到有人在衛(wèi)生間，經(jīng)過邏輯或運算關系判斷則自斷電電路會自動切斷紅外接收和發(fā)射電路，直到有人再次推動門而開始新的一次循環(huán)。</p><p><b>　　2.各

11、部分電路設計</b></p><p><b>　　(1).電源電路</b></p><p>　　電源電路壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓。電網(wǎng)電壓一般為交流220V，要把電網(wǎng)的交流電壓變換成所需要的直流電壓，首先要經(jīng)過電源變壓器降壓，然后通過整流電路將交流電變成脈動的直流電，由于整流后的電壓還有較大的交流成分，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。穩(wěn)

12、壓電路可以保持輸出直流電壓的穩(wěn)定，使之不隨電網(wǎng)電壓、負載或溫度的變化而變化。本系統(tǒng)中電源電路的作用主要是為紅外收發(fā)、延時等其它電路提供穩(wěn)定+5V直流電源，如圖3-2所示。</p><p><b>　　圖3-2 電源電路</b></p><p>　　220V 50Hz的市電經(jīng)過變壓器降壓后輸出為有效值約為8.8V的50Hz交流信號，經(jīng)橋式整流電路和濾波電路后成為小幅波動

13、的直流信號。如圖3-3所示， </p><p>　　圖3-3 變壓器和橋式電路的輸出</p><p>　　濾波后的信號經(jīng)集成穩(wěn)壓芯片LM7805處理后，輸出為+5±0.03V直流信號，十分穩(wěn)定。</p><p><b>　　(2)發(fā)射電路</b></p><p>　　發(fā)射電路使用R1、R2、R5及C1、C3和D

14、1、D2與555共同組成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器定時器，這個電路還有另外一個優(yōu)點是輸出電壓的幅值，周期比及頻率受負載變化的影響極小。該電路產(chǎn)生一個30kHz、點空比約為1/3的方波。如圖3-4所示。經(jīng)西門子SFH415紅外發(fā)射管（發(fā)射波長950nm）進行發(fā)射。</p><p>　　圖3-4 NE555波形發(fā)生器</p><p>　　在實際仿真中為了確定555定時器相關的電阻和電容的參數(shù)，開始是

15、根據(jù)《數(shù)字電子技術基礎（第五版）》（閻石主編）一書中的多諧振蕩公式來計算：</p><p>　　周期 T1=0.7*(R1+R2)*C T2=0.7*R2*C T=T1+T2=(R1+R2)*C*ln2</p><p>　　占空比為q=R1/(R1+R2)</p><p>　　但在實際仿真中發(fā)現(xiàn)，利用該公式不管如何調整R1R2及C的值，在仿真中都無法得到

16、理論頻率及占空比，經(jīng)過約三天左右的時間我們才找到問題的根源。由于R1阻值的不同導致放電管的飽和程度不同，進而影響了放電管的電阻大小，使得輸出信號的實測值與理論值有較大誤差。（參考了《555定時器應用中的問題探討》一文，見附錄）</p><p>　　最后，我們適當調整了R及C的值，最終使輸出能保持在30±0.1kHz，占空比約為1/3。由于使用的紅外接收管在該范圍內(nèi)能保證較高的敏感性，且本系統(tǒng)中的紅外信號

17、本身無須傳遞數(shù)字信息，該輸出頻率和占空比已經(jīng)能滿足要求。輸出仿真如圖3－5所示。</p><p>　　圖3-5 紅外發(fā)射電路輸出仿真</p><p><b>　　(3)紅外接收電路</b></p><p>　　使用30kHz的方波發(fā)射可有效提升紅外信號傳輸距離，同時抑制環(huán)境中其它紅外信號（如人體輻射的紅外等）的干擾。使用占空比1/3的方波，一是

18、可以省電，二是使發(fā)射管不至于因為過熱而影響發(fā)射信號的穩(wěn)定性。</p><p>　　紅外接收電路中使用西門子SFH506-30紅外接收管，該管接收波長與紅外發(fā)射管SFH415的發(fā)射波長一致，同時自帶解調及放大功能。輸出信號接在電壓比較器U3A的一個輸入端。</p><p>　　接收電路中有兩個電阻對電源進行分壓，其分壓輸出到時電壓比較器U3A的另一端。當一定范圍內(nèi)無人時，接收管接收到的反射紅

19、外信號很弱，其輸出為高電平，比電阻分壓要高，電壓比較器輸出低電平。當一定范圍內(nèi)有人時，接收管接收到的反射信號很強，其輸出為低電平，低于電阻分壓，電壓比較器輸出高電平。</p><p>　　原理圖如圖3-6所示。仿真如圖3-7和圖3－8所示。</p><p>　　圖3-6接收電路原理圖</p><p>　　圖3-7 有人時接收電路的輸出</p><

20、p>　　圖3-8無人時接收電路的輸出</p><p>　　說明：在制作電壓跟隨器的時候，發(fā)現(xiàn)直接使用課本上將集成運放輸出接回輸入的方法得不到電壓跟隨效果。大量查閱資料后找到原因。</p><p>　　運算放大器理想的運行狀態(tài)是輸出電壓和輸入電壓為同相，即，當負輸入端的所加電壓引起輸出增大時，運算放大器能夠相應地使增加的電壓降低。不過，運算放大器的輸入端和輸出端的相位總有差異。當輸出和

21、輸出之間的相位相差180°時，負輸入與正輸入正好相同，原本應該減少的輸出卻得到了增強。（成為正反饋的狀態(tài)。）如果在特定頻段陷入這一狀態(tài)，并且仍然保持原有振幅，那么該輸出頻率和振蕩狀態(tài)將一直持續(xù)下去。</p><p>　　我們參考相關資料后改進了電壓跟隨器電路。如圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9 改進型電壓跟隨器</p><p><b>

22、;　　(4)延時電路</b></p><p>　　當發(fā)射電路輸出的信號為低電平時，輸出信號經(jīng)反向器反向為高電平并啟動延時電路。這是由一個由555時基電路構成的單穩(wěn)態(tài)延時電路。當延時電路開始工作，管腳DIS和TRI低電平，輸出為OUT管腳是高電平，延時15秒結束后電路反轉工作OUT管腳輸出低電平。原理圖如3-10所示。</p><p>　　該電路圖仿真延時時間約為14.982s，

23、如圖3-11所示，誤差在允許范圍內(nèi)。</p><p>　　圖3-10 延時電路原理圖</p><p>　　圖3-11延時時間仿真結果</p><p><b>　　(5)自斷電電路</b></p><p>　　當門開時，S1（見原理圖）接11口，直接接通繼電器K2從而使電燈正常工作，同時紅外收發(fā)及延時電路均不工作。當門關上

24、時，S1接13口，由U2A和U1B構成的邏輯或運算器輸出高電平，使繼電器K1導通。從而使紅外收發(fā)電路接通電源，開始工作。在紅外接收電路檢測到有人時，其輸出為高電平，維持繼電器K1導通，使紅外收發(fā)系統(tǒng)正常工作。 當紅外接收電路因檢測不到人而輸出低電平時，反向器U1A輸出高電平，使延時電路開始工作，并輸出高電平繼續(xù)維持K1導通。延時系統(tǒng)延時15秒后輸出低電平，若在這15秒中依舊檢測不到信號，則K1斷開。紅外收發(fā)系統(tǒng)關閉。如圖3－12所示。&

25、lt;/p><p>　　圖3－12 邏輯或運算控制</p><p><b>　　(6)電燈控制電路</b></p><p>　　三個繼電器K2 K3 K4并聯(lián)，并與燈泡一起串聯(lián)在220V市電網(wǎng)絡中。只要有其中一個繼電器能接通，則電燈工作。如圖3-13所示。</p><p>　　圖3-13電燈控制電路</p>&

26、lt;p>　　3.PCB版電路制作</p><p>　　本次制PCB版使用Altium Designer Summer 09(Protel 系列軟件最新版)</p><p><b>　　(1)原理圖繪制</b></p><p>　　圖3-14 總原理圖</p><p>　　(2）導入元件，并手動布局，在板的四個角放

27、置安裝孔。</p><p><b>　　圖3-15手動布局</b></p><p>　　（3）自動布線，成功。</p><p><b>　　圖3-16自動布線</b></p><p>　?。?）頂層和底層敷銅</p><p><b>　　圖3-17頂層敷銅</

28、b></p><p><b>　　圖3-18底層敷銅</b></p><p><b>　　四、心得體會及建議</b></p><p>　　課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術發(fā)展的日新日異，加深了對理論知識的

29、理解在這次課程設計中，我就是按照實驗指導的思想來完成。加深了理解電路知識的的理解，經(jīng)過四個禮拜的課程設計，在老師的指導下，我們組創(chuàng)新的設計了一個紅外發(fā)射接收自動控制電路實驗。應用電源穩(wěn)壓電路，電壓比較器等模擬電子基礎知識，以及555定時器的應用，反相器等數(shù)字電子元器件來成功設計此電路實驗。</p><p>　　只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和

30、獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，在實訓的過程中我們是更重視嚴謹，認真設計，查閱相關資料。這些良好品德因為有時候你一下子不認真就會給整個電路帶來巨大隱患也更明白只有學會團結合作才能更好的完成整個設計。通過這次設計我們組鞏固和加深了對模擬電子元器件的應用鍛煉了我們分析和解決實際問

31、題的能力，同時我們還發(fā)現(xiàn)課本理論只是有時與實際模擬不相符，更加深對理論基礎的理解與應用，為我們以后工作集科研鍛煉良好基礎。通過這次課程設計之后，一定把以前所學過的知識重新溫故。 </p><p><b>　　五、附錄</b></p><p><b>　　1.元件明細表</b></p><p>　　2.電路原理圖（見附圖）&

32、lt;/p><p><b>　　六、參考文獻</b></p><p>　　[1] 閻石·數(shù)字電子技術（ 第5版）· 高等教育出版社· 2006</p><p>　　[2] 孫余凱，吳明山，項綺明·555時基電路識圖·電子工業(yè)出版社·2007 </p><p>　　[

33、3] 孫余凱，吳明山，項綺明·輕松解讀電子電器電路·電子工業(yè)出版社·2010 </p><p>　　[4] 童詩白，華成英·模擬電子技術基礎·高等教育出版社·2006 </p><p>　　[5] 楊志亮， Protel 99 se 電路原理圖設計·西北工業(yè)大學出版社·2002</p><p