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1、1.方案论证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
2、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。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，
3、自动将窗帘打开和关闭,同时能够在窗帘接触到边沿时，有单稳态触发器回到稳态电机处于制动状态停止下方窗帘，先放窗帘的高度或长度可调。2.系统组成框图光照检测电路信号处理电路单稳态开关定是电路电源电路驱动电路图2.1系统组成图框光照检测电路检测光照的强弱，通过积分电路处理此信号，进而触发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。3. 简易窗帘自动开闭电路工作原理3.1 简易窗帘自动开闭电路工作原理当天渐凉，光线变强时，光敏电阻RL阻值降低，与非门U1A的输入端为低电平，经与非门U1B、U1C整形后输出高电平，由于微分电
4、路C2、R3不可能产生脉冲，使与非门U2A、U2B组成的单稳态触发电路仍维持高电平输出状态; 同时与非门1输出的高电平经与非门4反向后输出低电平，微分电路R2、C3形成负脉冲，使与非门U2A、U2B组成的单稳态触发电路翻转输出低电平，于是，VT1、VT4导通，电机正传，窗帘打开。夜幕降临，光线变暗，光敏电阻RL阻值变大，使与非门1的输入端变为高电平，与非门U2A、U2B组成的单稳态触发电路翻转输出低电平；同时，与非门U2C、U2D组成的单稳态触发电路翻转输出高电平,于是VT2、VT3导通，电机反转，窗帘关闭！见原理图 图3.1简易窗帘自动开闭电路工作原理图。图3.1简易窗帘自动开闭电路工作原理
5、图4. 元器件单元电路设计4.1 电源电路分析 图4.1电压采集电路1 图4.2电压采集电路2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，不易达到电路的要求，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，见图4.1电压采集电路1。 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
6、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，一般由电抗和电容元件组成，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。 本设计所用集成稳压器为三端固定正稳压器W7812.它的主要参数有输出直流电压 Uo=+12V ，输出电流分L和M两档。其中，L：0.
7、1A，M:0.5A，电压调整率10mV/V，输出电阻Ro=0.15欧姆，输入直流电压Ui的范围1517V。因为一般Ui要比Uo大3-5V,才能保证集成稳压器工作在线性区。其中整流部分采用有四个二级管组成的桥式整流成品型号为2W06。滤波电容C1，C2一般选取几百几千微法，当稳压器距离整流滤波电路比较远时，在输入端必须接入电容器C3（数值为0.33uF），以抵消线路的电感效应，防止产生自激振荡。输出端电容C49（0.1uF）用以滤出输出端的高频信号，改善电路的暂态响应。采用稳压二极管提供5V电源，供给集成电电路芯片，见图4.2电压采集电路2 。其中，并联一个较大的电容可以改善电路稳压性能。4.1
8、.1 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
9、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。4.2 光照检测电路图4.3光照检测电路当天渐亮，光线变强时，光敏电阻RG阻值降低，与非门U1A的输入端为低电平，经与非门U1B、U1C整形后输出高电平，由于微分电路C2、R3不可能产生脉冲，同时与非门U1A输出的高电平经与非门U1D反向后输出低电平，微分电路R2、C3形成负脉冲。4.2.1 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
10、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。4.3 单稳态触发器开关电路分析图4.4单稳态触发器开关电路分析用CMOS与非门或者或非门都可以组成单稳态触发器，这种单稳态触发器在电路中广泛地用于对脉冲信号的延时、展宽和整形等。用门电路组成的单稳态触发器，它的主要原理是利用门电路输入端的阈值电平和加入门电路中的RC元件的充放电作用。用与非门或者逻辑门逻辑门 都可以组成单稳态触发
11、器，但它们各自的触发方式不同，输出的逻辑电平也不同。如图所示为用门电路组成的单稳态触发器电路。1.单稳态触发器只有一个稳定状态，一个暂稳态。2.在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一个暂稳态。3.由于电路中RC延时环节的作用，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态，暂稳态维持的时间取决于RC的参数值。本设计可以通过改变C4 R4 ,C5 R5的参数来改变暂稳态维持的时间从而改变电机旋转时间，继而控制窗帘下降和升起高度！4.4 电动机驱动电路4.41 H桥驱动电路图4.5H桥电路图4.5中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。4个三
12、极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠（注意：是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。如图4.5所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。H桥驱动电路 要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图4.6、4.7，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按
13、特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。H桥电路驱动电机顺时针转动另一对三极管Q2和Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。H桥驱动电机逆时针转动图4.6顺时针方向转 图4.7逆时针方向转本设计中四个晶体二极管用来泄放因电动机线圈在开关转换时产生的反向电压，防止击穿三极管的C、E极。这个反向电压比电源电压更高！如果不加这四个二极管，有可能烧毁晶体三极管。所用的四只二极管为4148，其他参数见图4.8。图4.8电动机驱动电路4.4.2 三极管三极管在饱和导通(发射结和集电结都是
14、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。图4.9 NPN、PNP三极管三极管在截止状态(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
15、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=100MHz8550:PNP型，其他同上。4.4.3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
