光电课程设计.docx

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光电课程设计

课程设计报告

课程光电电路课程设计

题目照明灯卡片开关

系别物理与电子工程学院

年级11级专业光电信息工程

班级0503112学号050311220

学生姓名徐雨

指导教师徐竞职称讲师

设计时间2014.4.8—2014.4.13

目录

一、绪论3

二、题目要求与方案论证3

2.1照明灯卡片开关3

2.2题目要求3

2.3方案论证4

2.4NE555定时器6

2.5继电器的工作原理和特性7

三、结果分析8

四、心得体会8

五、参考文献9

一、绪论

为了方便客人进出酒店房门及节约用电，用电安全方面设计了插卡取电开关。

插卡取电开关专为酒店客房精心设计的节能产品，又称插卡取电开关，当酒店的客人进入客房时，将房门卡插入专卡取电开关中，即可使用客房内的照明、电视、空调等设备，当客人离开客房时取出房门卡（客人外出客房一定要拔卡出来，因为客人返回客房时需要房门卡来开门），房间的总电源自动延时15秒内即可断电，既可节电亦能使客房用电更加安全。

取电开关一般为强电220V供电，采用大功率30A继电器，负载6600W，满足酒店客房的用电负载；取电开关上有发光LED蓝光指示灯，符合现代酒店潮流并方便客人夜间操作。

为了让酒店客房更好地达到节电效果，取电开关更多的使用专卡专用取电，只能通过插入与酒店门铃开门卡配套的专用卡片才能达到取电，实现同一张卡实现开门和取电。

本文主要设计了照明灯卡片开关的原理图，并用multisim仿真实现。

二、题目要求与方案论证

2.1照明灯卡片开关

2.2题目要求

性能要求：

现在不少宾馆的房卡都充当取电钥匙，进入房门需将房卡插入门房的取电钥匙槽内，室内的电灯及电器才能通电使用，出门是取走房卡后，房内电灯经少许延迟后自行熄灭。

电路由AC/DC转换器、555定时电路、红外发射与接受管及继电器控制电路等部分组成。

2.3方案论证

经小组讨论以及上网查找资料，我们先设计了一个基本的电路。

如下所示：

（1）未插入房卡时的工作状态电路如下：

当滑动变阻器R4滑到最右边，即R4取到最大值时，输到TRI端的电压大于THR或DIS端的电压，使OUT输出为低电压，LED1亮，LED2熄灭，继电器也就不会工作，灯泡就不会亮。

（2）插入房卡后的工作状态电路如下：

当滑动变阻器R4滑到最左边，即R4取到最小值时，输到TRI端的电压小于THR或DIS端的电压，使OUT输出为高电压，LED1熄灭，LED2亮，继电器就会工作，继电器吸合，右边回路构成通路，灯泡就会亮。

（3）改进电路：

经过验证此电路除了缺少延时电路外，基本能满足课题要求，于是我们在此基础上进行改进，我们加入了延时电路,并且我们将电压比较器独立设计。

上图是我们改善后的完整电路，能满足课题的所有要求。

（4）未插入房卡时的工作状态电路如下：

上图为未插入房卡时的情况，即有光照，R2电阻较小，经过比较器，与负端电压相比较大，及比较器输出高电平，由于555定时器为低电平触发，所以555定时器输出低电平，继电器不工作，电灯不亮。

（5）插入房卡后的工作状态电路如下：

上图为插入房卡时，及无光照，R2电阻较大，经过比较器，与负端电压相比较大，及比较器输出低电平，由于555定时器为低电平触发，所以555定时器输出一段高电平，继电器工作，电灯亮。

（6）拔出房卡后的工作状态如下：

555定时器输出输出信号图

拔出房卡时，有光照，R2电阻变低，比较器输出高电平，由于之前是555定时器，还要延时输出一段高电平，及继电器工作，灯泡还要亮一段时间，延时时间可以通过条件R9电阻进行控制。

2.4NE555定时器

1、单稳态触发器介绍

单稳态触发器的特点是电路有一个稳定状态和一个暂稳状态。

在触发信号作用下，电路将由稳态翻转到暂稳态，暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中RC延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态，并在输出端获得一个脉冲宽度为tw的矩形波。

在单稳态触发器中，输出的脉冲宽度tw，就是暂稳态的维持时间，其长短取决于电路的参数值。

由555构成的单稳态触发器电路及工作波形如图1所示。

图中R，C为外接定时元件，输人的触发信号ui接在低电平触发端（2脚）。

稳态时，输出uo为低电平，即无触发器信号（ui为高电平）时，电路处于稳定状态——输出低电平。

在ui负脉冲作用下，低电平触发端得到低于（1/3）Vcc，触发信号，输出uo为高电平，放电管VT截止，电路进入暂稳态，定时开始。

在暂稳态期间，电源＋Vcc→R→C→地，对电容充电，充电时间常数T＝RC，uc按指数规律上升。

当电容两端电压uc上升到（2/3）Vcc后，6端为高电平，输出uo变为低电平，放电管VT导通，定时电容C充电结束，即暂稳态结束。

电路恢复到稳态uo为低电平的状态。

当第二个触发脉冲到来时，又重复上述过程。

工作波形图如图1（b）所示。

图3单稳态触发器电路及工作波形

可见，输人一个负脉冲，就可以得到一个宽度一定的正脉冲输出，其脉冲宽度tw取决于电容器由0充电到 （2/3）Vcc，所需要的时间。

可得

这种电路产生的脉冲宽度莎w与定时元件R，C大小有关，通常R的取值为几百欧至几兆欧，电容取值为几百皮法到几百微法。

2、斯密特触发器

上图为555定时器构成的施密特触发器

（1）VI=0v时，vo1输出高电平。

（2）当VI上升到2/3vcc时，vo1输出低电平。

当VI继续上升，vo1保持不变。

（3）当VI下降到2/3vcc时，电路输出跳变位高电平。

而且在VI继续下降到0v时，电路的这种状态不变。

①555各功能端的真值表如下表所示：

由表可看出，S、R、MR的输入不一定是逻辑电平，可以是模拟电平，因此，该集成电路兼有模拟和数字电路的特色。

2.5继电器的工作原理和特性

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。

故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用[1]。

（一）①电磁继电器的工作原理和特性

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。

只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。

当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。

这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。

对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：

继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

②热敏干簧继电器的工作原理和特性

热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。

它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。

热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。

恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。

③固态继电器（SSR）的工作原理和特性

固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。

固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。

按开关型式可分为常开型和常闭型。

按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。

三、结果分析

（1）未插入房卡时的工作状态电路：

当滑动变阻器R2滑到最右边，即R2取到最小值时，输到正端的电压大于负端端的电压，使OUT输出为高电压，继电器工作，灯泡就会亮。

（2）插入房卡后的工作状态电路：

当滑动变阻器R4滑到最左边，即R4取到最大值时，输到正端的电压小于负端的电压，使OUT输出为低电压，继电器就不会工作，继电器不工作，灯泡就不会亮。

（3）拔出房卡时

由于555定时器还输出一段高电频，所以继电器还会工作一段时间，灯泡亮一段时间。

（4）电路调节：

通过对R9电阻的调节，我们可以控制延时的时间。

通过对R1,R2电阻的调节，我们可以控制对方卡响应的灵敏度。

四、心得体会

通过这次的课程设计作品的制作，我对数电和模电知识有了更深刻的了解。

正所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行。

”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期数电刚学完之际,紧接着来一次电子电路课程设计是很及时、很必要的。

在具体的制作过程中我们发现现在书本上的知识与实际的应用存在着不小的差距，书本上的知识很多都是理想化后的结论，忽略了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用时这些是不能被忽略的，我们不得不考虑这方的问题，这让我们无法根据书上的理论就轻易得到预想中的结果,有时结果甚至差别很大。

通过这次实践，我们更体会到实践的重要性。

本课题主要是设计了插卡取电开关的电路图，刚开始时还对题目理解不透彻，设计方向出了错误，设计成了房间电路的设计，后来去图书馆查取了许多的资料后才有所明白。

这个课程设计我们小组一共做了三遍，第一遍说实话只是照搬的一幅图，但是后来发现这种实际应用图在multisim中无法实现，要把很多东西用基本元器件替换掉。

第二遍我们自己设计了一幅图出来，但是其间也遇到了很多困难，比如说仿真时电压不稳定，还有就是输出电压不够高来驱动继电器后续电路的工作，所以后来我们设计了在555输出管脚后加一个三极管放大电路来完善不足，但是没有加延时电路，仿真结果也不稳定。

之后再反复的讨论和上网查阅资料的过程中，我们完成了第三遍的电路图，终于做出了满意的效果。

实验过程中培养了我在实践中研究问题，分析问题和解决问题的能力以及培养了良好的工程素质和科学道德，例如团队精神、交流能力、独立思考、测试前沿信息的捕获能力等；提高了自己动手能力，培养理论联系实际的作风，增强创新意识。

为了让自己的设计更加完善，更加符合工艺标准，一次次翻阅热处理方面的书籍是十分必要的，同时也是必不可少的。

通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。

通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作铺展了道路。

另外，课堂上也有部分知识不太清楚，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我作本次课程设计的一大收获。

整个设计我基本上还满意，由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。

五、参考文献

[1]何希才．新型电子电路应用实例[M]．北京：

科学出版社，2005.

[2]王桦.555集成电路在照明节能中的应用[J].中国科技信息，2010.

[3]康华光，陈大钦．电子技术基础（模拟部分）（第四版）[M]．北京：

高等教育出版社，1999.

[4]康华光.《电子技术基础》数字部分（第四版）北京，高等教育出版社出版，2006.

[5]徐文武，蔡本晓.一种基于光电识别的插卡式电子开关的设计[J].杭州电子科技大学理学院，20099（9）.

课程设计独创性声明：

学生签名：

指导教师评语：

课程设计成绩：

指导教师签名：