课程设计--自动窗帘的设计

摘要

窗帘自动开闭电路的设计包括信号获取及转换为电信号，利用电信号实现控制，以及各种控制状态的自动转换。

通过张光敏电阻转换为电信号，继而利用555构成的单稳态触发器根据不同情况输出高低电平，利用高低电平控制三极管的导通与否实现继电器开关的开断，在限位开关的控制下实现电机的正反转和停转。

关键词：光敏电阻 555触发器 继电器 电机

目录

第一章 简易自动窗帘的功能要求

第二章 自动开闭窗帘的基本组成和工作原理

第一节 系统组成框图

第二节 主要单元电路设计

1、光强检测电路和光强信号处理电路

2、电动机的控制电路

3、电机开关电路

4、电源电路

第三节 电路原理图

第三章原器件清单

第四章 设计体会

第五章 主要参考资料

第一章  简易自动开闭窗帘的功能要求

功能：设计一个简易窗帘自动开闭电路，使之可以检测到光线的强弱，同时根据光线的强弱，自动将窗帘打开和关闭。

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 要求电路能够在床帘接触到边沿时，自动切断电源。

第二章自动开闭窗帘的基本组成和工作原理

第一节系统组成框图

简易窗帘自动闭合电路的总体框图如下，由光强检测电路，光强信号处理电路，电动机的控制电路，电源电路四部分组成。

光强检测电路功能是利用光敏电阻的特性，入射光强时，电阻减小，入射光若是电阻增大，光敏电阻阻值的大小同时影响与其并联之路的电压，进而将光信号转换成电信号。光信号处理电路的功能是将光强检测电路的信号通过555组成的单稳态触发器得到一个电平信号，为控制电路做准备。电动机的控制电路接受到上个电路的信号，控制三极管的导通与否，有三极管的导通与否控制电动机的正反转，当电动机驱动的窗帘到达窗户的边缘时，通过接触开关的闭合与断开实现电动机的运动与停止。电源电路是为上述所有电路提供直流电源。

第二节主要单元电路设计

（1）光强检测电路和光强信号处理电路

如图所示，光强监测电路实际上就是一个光敏电阻，当光敏电阻接受到强光时，电阻减小，接收到弱光时电阻增大，在光敏电阻的阻值变化的同时影响与其并联之路的电压，进而将光信号转换成电信号。

图中所示光强处理电路主要是由555定时器及分压电阻和电容组成的，光敏电阻阻值的改变影响到所串联的两个电阻的电压，可使输入555的信号发生变化，555此时在此组成的是单稳态触发器，现将单稳态触发器的工作原理作如下解释：

设输入信号ｖｉ为一列脉冲串，第一个负脉冲触发２端后，输出ｖｏ变为高电平，电容Ｃ开始充电，如果               ，由于ｖＣ未达到２ＶＣＣ／３，ｖｏ将一直保持为高电平，Ｔ截止。这段时间内，输入负脉冲不起作用。当ｖＣ达到２ＶＣＣ／３时，输出ｖｏ很快变为低电平，下一个负脉冲来到，输出又上跳为高电平，电容Ｃ又开始充电，如此周而复始。输出脉冲的延迟时间为：

输出脉冲的周期为

分频系数Ｎ主要由延迟时间ｔｐ决定，由于ＲＣ时间常数可以取得很大，故可获得很大的分频系数

（2）电动机的控制电路

如图所示，本电路主要由一个pnp管，两个npn管，二极管，电阻与继电器构成。Vi是555定时器的输出端，vcc是电源电路，提供大约6.8v。下面解释其工作原理：

此电路实现的主要功能是通过vi电平的不同对于三个三极管状态的影响，继而使得继电器的线圈得电或者失电继而影响开关的闭合和断开。白天时，vi是低电平，约为0v则BG1的B1为0v。约为6v，经继电器线圈接地约为0v，则处于截止状态，此时的约为6v，呈现饱和状态，在此情况下将处于放大状态，即发射结正偏集电极反偏，由此的将被钳制在0.7v，此时截止，导通，继电器1失电继电器2得电，D1在此作用是保证的可靠截止。

当晚上时vi为高电平，因为555的特性，vi约为6v。因BG1的B1经二极管恒压降后约为5.3v。这时BG1发射结正偏集电极反偏，BG1导通。BG2的B2约为6v，E2约为6v，此时BG2处于截止状态，由此BG3也处于截止状态。此时BG1导通，BG2和BG3截止，继电器1得电，继电器2失电。

继电器线圈在通电时储存能量，当继电器突然断电时，线圈两端会产生一个很大的电压，若是没有二极管组成的回路，线圈会有烧坏的可能，当加上一个二极管实现全组成一个回路，使线圈实现放电。通常称这样的二极管为续流二极管

由此，控制电路可以实现天亮时接通继电器二断开继电器一，天黑时接通继电器一断开继电器二。为继电器的开关电路控制电机做准备。

（3）电机开关电路

此电路利用限位开关和继电器开关的开段来完成电机的正反转。限位开关又叫行程开关可以安装在静止的物体上或是运动的物体上。当有物体靠近时，开关的连轴驱动开关节点引起节点的闭合与断开。开关的状态改变着电机的正反转。

当白天时，继电器1不工作继电器2工作，这样J2-1，J2-2吸合J1-1J1-2断开，电机两端电压处于正方向，电机开始正传，此时限位开关bc处于闭合状态当窗帘到达边沿时，bc断开电源被切断，则电机停转。

夜晚时，继电器1工作继电器2不工作，这样J1-1J1-2吸合J2-1，J2-2断开，电机两端电压处于反方向，电机开始反传，此时限位开关ab处于闭合状态当窗帘到达边沿时，a b断开电源被切断，则电机停转。

（4）电源电路

第三节电路原理图

简易窗帘自动开闭电路的总电路如图。该电路由光强检测电路，光强信号处理电路，电由光强检测电路，光强信号处理电路，电动机的控制电路，电源电路四部分组成。动机的控制电路，电源电路四部分组成。

第三章元器件清单

简易窗帘自动开闭电路中所使用的电子器件如下表

BG1,BG2(3DG12)的主要参数为

PCM=700mW, ICM=300mA，VCE（sat）≤0.6V，hfe≥30，fT≥150MHz，放大器功率增益AP≥6dB。

BG4(3DG12B)

，  采用通用型 （Uni）封装方式。

生产厂家:中国半导体企业

制作材料:Si-NPN

性质:通用型 （Uni）

封装形式:通用型 （Uni）

极限工作电压:45V

最大电流允许值:0.3A

最大工作频率:200MHZ

引脚数:4

可代换的型号:

最大耗散功率:0.7W

PNP型硅平面高频小功率三极管 3CG14 

这是我首次的课程设计，刚听说要做东西时我是茫然的。不知道怎样入手，但听了老师的引导，有了大致的思路，而后着手做课程设计时更是郁闷，但当东西弄出来时，觉得很有成就感，设计与搜索过程的焦急与不快都觉得值得。

这次课程设计我的氛围四个模块，针对每个模块我都有搜集几种不同的方案。通过比较我可以看到不同的知识可以实现到同样的功能。由此体现了设计的灵活性，知识运用的成熟度决定了你设计的多样性。在比较的过程中，我加深了对知识的理解度，看到课本上的散乱的知识点是怎样集合到一块来为生活服务的。同时在搜索的过程，提高了我信息的检索能力，网上的东西很多，找到最适合自己的是困难的，在此过程中我这个方面的能力有所提高。再者，这次课程设计为我们提供了一次练兵机会，学过的软件，没学过的都在这次设计中出来了，平时的积累在此时就体现出来了，在相互的交流过程中，我们互相讨论互相帮助，共同进步。

下面介绍下我在此次设计中的思路，首先是电源电路，模电课本上有很多种方案，单相桥整流电路，倍压整流电路以及资料上其他的整流电路，最后我选择了一个最常用的电路，稳定性好价格适中。信号的采集是采用分压法 ，也是最适合的方尺。而后采用555构成了单稳态触发器，产生不同的信号用以控制后面继电器的工作状态，控制电机正反转，我遇到了问题，有一种方案很好，就是有个缺陷，我采用一个二极管限流后效果仍是不理想。最终我听从了老师的建议，换另外一种控制方尺，最终我选择了继电器这个器件，这种控制方尺没有其他几个同学的控制方法好，但我喜欢自己这种方法，因为我学会了如何运用了继电器。电机的停止我最初的想法是用定时器，但没有找到合适的方法，如果时间允许，我会设计出来的，但是这样代价高，因为用一个接触开关就行了简短而实惠。这就是我在本次课程设计的思路和遇到的困难，最终我把一个完整的方案做成时还是收获匪浅。

参考文献

1 何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社。

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，电路与数字逻辑设计实践，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