简易窗帘自动开闭电路课程设计.docx

课题设计作业
—简易窗帘自动开闭电路

系别：电气信息工程学院
班级：电信10-01班
姓名：徐帅帅
学号： 540901030237
指导老师：耿鑫
日期：2008年06月20日

第一章 设计背景 2
第二章 电路组成与工作原理 3
第一节 自动控制窗帘组成框图 3
第二节 电路主要组成部件 4
第三节 工作原理 5
第三章 元器件选择与元器件清单 7
第一节 电路工作原理图如下： 7
第二节 元器件选择 8
一、电阻 8
三、二极管 10
四、晶体管 11
六、自动开关 15
七、电机 15
第三节 元器件清单 18
第四章 总结与展望 19
附录 21
附录1、简易自动窗帘开闭电路原理图： 21
附录2、参考文献： 22

题目课程设计任务书

主要内容
1 阅读相关科技内容。
2 学习protel 软件的使用。
3 学习整理和总结设计文档报告。
4 学习如何查找器件手册及相关参数。
技术要求
1、要求电路能够通过感应装置，检测到光线的强弱。
2、要求电路根据光线的强弱，自动将窗帘打开和关闭。
3、要求电路能够在窗帘接触到边沿时，自动切断电源。
主要参考资料
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，电路与数学逻辑设计实践，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

7.郑州轻工业学院图书馆

电子线路课程设计是电气信息工程类专业学生的重要基础实践课，也是工科类专业的必修课。理论联系实际，提高和培养学生的创新能力，是本课程度目的。这些课程设计课从巩固和加强模拟电子技术.数字电子技术＆高频电子线路课程的理论知识出发，要求学生掌握电子线路的 一般设计方法了解电子产品研制开发的过程，学会了撰写课程设计总结报告，通过查阅手册和文献，我学会了独立分析问题和解决问题都能力，加强了我们的创新能力＆创新思维训练。＆字电子技术33333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333
您是否有过这样的体会：较高窗户的窗帘怎么能方便的拉开和关闭呢？天棚上的窗帘难道还要费力的去挪动它么？北风呼啸的晚上不回家里的时候怎么能把家里的窗帘关上挡一挡尘土呢？希望地下室的投影屏幕变成自动的、投影播放能够自动结合灯光模式，从心里不想自己的朋友说自己的视听休闲场所不够舒适和档次……清晨来临，窗帘自动拉开，暖暖的阳光洒满一屋。华灯初上，室外的光线逐渐变弱，房间内的灯自动打开，窗帘自动拉上……
如今，你不用再亲自动手去做这些事，因为电动窗帘的出现，你将正直的享受到做主人的滋味。
随着科技的发展，人民生活和工作条件的不断改善，电动窗帘越来越为人所接受，在欧美等发达国家，电动窗帘已广泛应用。电动窗帘产品不但实现了电动化，通过红外线、无线电遥控或定时控制实现自动化，而且运用阳光、温度、风等电子感应器，实现产品的智能化操作，降低劳动强度，延长产品的使用寿命。据介绍，电动窗帘根据操作机构和装饰效果的不同分为电动开合布帘系列、电动升降帘系列、电动天棚帘、电动遮阳棚系列，从形式上可分为：电动开合帘、电动卷帘、电动百叶帘、户外遮阳蓬、户外百叶帘,电动升降帘机构选用的电机分为直流管状电机和交流管状电机。直流管状电机采用变压器供电（12-24V），驱动功率较小，能负载的布帘较小、较轻，其控制电路比较复杂。交流管状电机控制电路简单，驱动功率较大，能负载较重的布帘写字楼办公室、展览厅的落地玻璃墙；宾馆、酒店会所的大堂；家庭住宅的书房、儿童房、活动室等面积较小的窗户。
光强监测及信号处理电路，通过感光、对光信号处理以产生正反电压控制开关控制电路。开关控制电路控制电机是否通电及通电时正反转，从而控制窗帘的打开或关闭。电机控制电路通过控制限位开关的闭合或断开，以实现当窗帘靠近边沿时自动停转。光强监测及信号处理电路
开关控制电路
电动机正反转
电源电路

图四、

图六、

 在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。小容量的电容，通常在高频电路中使用，如收音机、发射机和振荡器中。大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。而且还有一个特点，一般1μF以上的电容均为电解电容，而1μF以下的电容多为瓷片电容，当然也有其他的，比如独石电容、涤纶电容、小容量的云母电容等。电解电容有个铝壳，里面充满了电解质，并引出两个电极，作为正（+）、负（-）极，与其它电容器不同，它们在电路中的极性不能接错，而其他电容则没有极性。
在这个电路中二极管作为相当重要的部件出现，它的用处当然不容忽视，下面对它进行一个详细的介绍，它的作用如下：
a、滤波作用，在电源电路中，整流电路将交流变成脉动的直流，而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容，利用其充放电特性，使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。在实际中，为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化，所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容．由于大容量的电解电容一般具有一定的电感，对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除，故在其两端并联了一只容量为0.001--0.lpF的电容，以滤除高频及脉冲干扰。
b、耦合作用：在低频信号的传递与放大过程中，为防止前后两级电路的静态工作点相互影响，常采用电容藕合．为了防止信号中韵低频分量损失过大，一般总采用容量较大的电解电容。
电容的重要性汹涌的河水流入到湖泊中,再让它流出来,那就显得平静而柔和了.电容就应该是充当了湖泊的作用吧.让电流更纯净没有杂波.所谓电容，就是容纳和释放电荷的电子元器件。电容的基本工作原理就是充电放电，
c、当然还有整流、振荡以及其它的作用。另外电容的结构非常简单，主要由两块正负电极和夹在中间的绝缘介质组成，所以电容类型主要是由电极和绝缘介质决定的。在计算机系统的主板、插卡、电源的电路中，应用了电解电容、纸介电容和瓷介电容等几类电容，并以 电解电容为主。纸介电容是由两层正负锡箔电极和一层夹在锡箔中间的绝缘蜡纸组成，并拆叠成扁体长方形。额定电压一般在63V～250V之间，容量较小，基本上是pF(皮法)数量级。现代纸介电容由于采用了硬塑外壳和树脂密封包装，不易老化，又因为它们基本工作在低压区,且耐压值相对较高，所以损坏的可能性较小。万一遭到电损坏，一般症状为电容外表发热。瓷介电容是在一块瓷片的两边涂上金属电极而成，普遍为扁圆形。其电容量较小，都在pμF(皮微法)数量级。又因为绝缘介质是较厚瓷片，所以额定电压一般在1～3kV左右，很难会被电损坏，一般只会出现机械破损。在计算机系统中应用极少，每个电路板中分别只有2～4枚左右。电解电容的结构与纸介电容相似，不同的是作为电极的两种金属箔不同(所以在电解电容上有正负极之分，且一般只标明负极)，两电极金属箔与纸介质卷成圆柱形后，装在盛有电解液的圆形铝桶中封闭起来。因此，如若电容器漏电，就容易引起电解液发热，从而出现外壳鼓起或爆裂现象。电解电容都是圆柱形(图1)，体积大而容量大，在电容器上所标明的参数一般有电容量(单位:微法)、额定电压(单位:伏特)，以及最高工作温度(单位:℃)。其中，耐压值一般在几伏特～几百伏特之间，容量一般在几微法～几千微法之间，最高工作温度一般为85℃～105℃。指明电解电容的最高工作温度，就是针对其电解液受热后易膨胀这一特点的。所以，电解电容出现外壳鼓起或爆裂，并非只有漏电才出现，工作环境温度过高同样也会出现。
总结以上，可以得出它的以下作用：
1.电容器主要用于交流电路及脉冲电路中，在直流电路中电容器一般起隔断直流的作用。
2.电容既不产生也不消耗能量，是储能元件。
3.电容器在电力系统中是提高功率因数的重要器件；在电子电路中是获得振荡、滤波、相移、旁路、耦合等作用的主要元件。
4.因为在工业上使用的负载主要是电动机感性负载,所以要并电容这容性负载才能使电网平衡.
5.在直流电路中是抗干扰，把干扰脉冲通过电容接地（在这次要作用是隔直—电路中的电位关系）；交流电路中也有这样通过电容接地的，一般容量较小，也是抗干扰和电位隔离作用
三、二极管二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。 几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。

图七、二极管的样子
稳压二极管(又叫齐纳二极管)它的电路符号是:此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个 很少的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用.其 伏安特性见图1,稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压.
晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。
当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。
电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。
当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。
四、晶体管
它是三极管的特种，在这个电路中光敏三极管是最重要的部件之一，下面对它进行一个详细的介绍，

图八、三极管外型
（一） 三极管的结构和分类
其共同特征就是具有三个电极，这就是“三极管”简称的来历。通俗来讲，三极管内部为由P型半导体和N型半导体组成的三层结构，根据分层次序分为NPN型和PNP型两大类。
上述三层结构即为三极管的三个区, 中间比较薄的一层为基区，另外两层同为N型或P型，其中尺寸相对较小、多数载流子浓度相对较高的一层为发射区，另一层则为集电区。三极管的这种内部结构特点，是三极管能够起放大作用的内部条件。
三个区各自引出三个电极，分别为基极（b） 、发射极（e）和集电极（c）。，三层结构可以形成两个PN结，分别称为发射结和集电结。三极管符号中的箭头方向就是表示发射结的方向。
三极管内部结构中有两个具有单向导电性的PN结，因此当然可以用作开关元件，但同时三极管还是一个放大元件，正是它的出现促使了电子技术的飞跃发展。
（二） 三极管的电流放大作用
直流电压源Vcc应大于Vbb，从而使电路满足放大的外部条件：发射结正向偏置，集电极反向偏置。改变可调电阻Rb，基极电流IB，集电极电流Ic 和发射极电流IE都会发生变化，由测量结果可以得出以下结论：
（1） IE ＝ IB ＋ IC ( 符合克希荷夫电流定理）
（2） IC ≈ IB ×? （ ?称为电流放大系数，可表征三极管的电流放大能力）
（3）△ IC ≈ △ IB ×?
由上可见，三极管是一种具有电流放大作用的模拟器件。
（三） 三极管的放大原理
以下用NPN三极管为例说明其内部载流子运动规律和电流放大原理，
a、发射区向基区扩散电子：由于发射结处于正向偏置，发射区的多数载流子（自由电子）不断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流IE。
b、电子在基区扩散和复合：由于基区很薄，其多数载流子（空穴）浓度很低，所以从发射极扩散过来的电子只有很少部分可以和基区空穴复合，形成比较小的基极电流IB，而剩下的绝大部分电子都能扩散到集电结边缘。
c、集电区收集从发射区扩散过来的电子：由于集电结反向偏置，可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流IC。
（四）三极管的输入输出特性
三极管的输入特性是指当集-射极电压UCE为常数时，基极电流IB与基-射极电压UBE之间的关系曲线。对硅管而言，当UCE超过1V时，集电结已经达到足够反偏，可以把从发射区扩散到基区的电子中的绝大部分拉入集电区。如果此时再增大UCE ，只要UBE保持不变（从发射区发射到基区的电子数就一定）， IB也就基本不变。当和二极管的伏安特性一样，三极管的输入特性也有一段死区，只有当UBE大于死区电压时，三极管才会出现基极电流IB。通常硅管的死区电压约为0.5V，锗管约为0.1V。在正常工作情况下，NPN型硅管的发射结电压UBE为0.6～0.7V，PNP型锗管的发射结电压UBE为-0.2～ -0.3V。三极管的输出特性是指当基极电流IB一定时，集电极电流IC与集-射极电压UCE之间的关系曲线。在不同的IB下，可得出不同的曲线，所以三极管的输出特性是一组曲线。
通常把输出特性曲线分为三个工作区：
1、放大区：输出特性曲线的近于水平部分是放大区。在放大区, IC ＝ IB ×?,由于在不同IB下电流放大系数近似相等，所以放大区也称为线性区。三级管要工作在放大区，发射结必须处于正向偏置，集电结则应处于反向偏置，对硅管而言应使UBE>0，UBC<0。
2、截止区： IB ＝ 0的曲线以下的区域称为截止区。实际上，对NPN硅管而言，当UBE＜0.5V时即已开始截止，但是为了使三极管可靠截止，常使UBE≤0V，此时发射结和集电结均处于反向偏置。
3、饱和区：输出特性曲线的陡直部分是饱和区，此时IB的变化对 IC的影响较小，放大区的特性不再适用于饱和区。在饱和区, UCE＜UBE，发射结和集电结均处于正向偏置是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。ne555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。ne555时基电路有两种封装形式有，一是dip双列直插8脚封装，另一种是sop-8小型（smd）封装形式。其他ha17555、lm555、ca555分属不同的公司生产的产品。内部结构和工作原理都相同。
ne555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为555.属于cmos工艺制造，应用十分广泛。
NE555引脚图介绍如下 ：
图九、NE555引脚图其中： 1地 GND 2触发 3输出 4复位 5控制电压 6门限(阈值） 7放电
8电源电压Vcc

图十、单稳态触发器

第四章 总结与展望

通过此次课程设计我的收获很多，我更进一步的了解了电子技术基础（模拟部分）和电子技术基础课（数字部分）这两门课，它们的确是自动化专业的基础课，完全是为未来自动化专业的学习打定基础做准备的。它在专业课的学习中占着举足轻重的地位，学好了这些专业基础课才可以更好的学习以后的课程。
在这次课程设计的制作过程中我更坚信了它的使用性和在现实生活中的作用，彻底清楚了以前对这些课程的错误认识，使我开始重新了解这些基础课。
课程设计，对我们来说是一个初识的话题，在老师和同学的帮助下我顺利的完成了，我十分高兴的完成了这次设计，这次试验使我受益匪浅。开始时,我不知怎么开始做，显得很茫然,在后来的几天里,通过老师的答疑,同组人的互相帮助、讨论和我自己通过各种途径查询资料，逐渐的成熟起来了，很快进入了队友们的合作的行列。经过这次课程设计，我真正认识到了理论是实践的基础，只有理论知识学深了才可能将其更好的运用到实践中。这次课程设计也是我们第一次将所学的知识与实践相结合，加深了我们对电子技术这门课的理解，明白了所学知识的重要性和自己理论知识的欠缺，增加了自己对所学课程的兴趣
这次课程设计，锻炼了我的动手能力和利用网络资源以及图书馆资源的能力，在增加能力与知识的同时也锻炼了我的操作能力，在此同时我学会了分析问题的能力，虽然是个很小的进步但是对我来说这不仅仅是一个小进步还是一次学习态度的全面改变，它给了我一个综观自动化全局的机会，开阔了我的思维，使我的生活习惯有了一定的改变，包括思维方式和看问题对待问题的全面度。总起来我觉得这次设计课开的非常好，它让我们这些还未踏入社会的学生一个展现自我能力的一个平台，让每个人都了解了自己的动手能力，自己的真实水平，全面的认识了自我。

附录1、简易自动窗帘开闭电路原理图：
主要参考资料
1、姚福安主编，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月
2、何小艇主编，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月
3、郑州轻工业学院图书馆
4、康华光主编，电子技术基础，高教出版社，2003
5、李银华主编，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月

内部资料
仅供参考

内部资料
仅供参考