全自動(dòng)多用途應(yīng)急燈電路設(shè)計(jì)

1、息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)設(shè)計(jì)題目: 全自動(dòng)多用途應(yīng)急燈電路設(shè)計(jì) 專 業(yè): 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級(jí): 班 學(xué) 號(hào): 姓 名: 指導(dǎo)教師: 二一年九月十日信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 生姓 名學(xué)號(hào)000班級(jí)應(yīng)電 08-2專業(yè)應(yīng)用電子技術(shù)設(shè)計(jì)題目全自動(dòng)多用途應(yīng)急燈電路設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師姓名職 稱工作單位及所從事專業(yè)聯(lián)系方式備 注工程師術(shù)01設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容：注意：選題要結(jié)合實(shí)際。設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容要詳細(xì)寫明具體步驟；學(xué)生在該設(shè)計(jì)中具體完成的工作（結(jié)果）1.電路具有蓄電功能；2.電路具有電壓檢測(cè)功能；3.電路具有延時(shí)時(shí)間 10 分鐘左右功能；4.電路具有光控檢測(cè)功能

2、；5.完成電路設(shè)計(jì)方案的選擇；6.單元電路的設(shè)計(jì)；7.整機(jī)電路的原理分析；8.設(shè)計(jì)仿真與調(diào)試。 進(jìn)度安排：要有較為詳細(xì)的時(shí)間安排（時(shí)間具體到周） ；第 23 周：消化課題，查找資料，選擇參考方案；第 45 周：確定設(shè)計(jì)方案并熟悉部分器件的用途；第 67 周：查找資料，進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)；第 89 周：分析電路原理，完成設(shè)計(jì)過程，撰寫初稿；第 1011 周：按畢業(yè)論文的各項(xiàng)要求，整理論文；第 1213 周：修改、完善論文，檢查定稿，制作答辯 PPT；第 1415 周：答辯。主要參考文獻(xiàn)、資料(寫清楚參考文獻(xiàn)名稱、作者、出版單位)：1 戴付生主編.基礎(chǔ)電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐.北京:國防工業(yè)出版社，20

3、022 楊清學(xué)主編.電子裝配工藝.北京:電子工業(yè)出版社，20023 趙文博等編著.新型常用集成電路速查手冊(cè).北京:人民郵電出版社，20064 鄭應(yīng)光主編.模擬電子線路（一）.南京:東南大學(xué)出版社，20055 伊大成編譯.智能應(yīng)急燈的制作.北京:人民郵電出版社，20036 黃培根.Multisim 7 計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室.北京:電子工業(yè)出版社，2003審批意見教研室負(fù)責(zé)人：年 月 日備注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，一式二份。其中學(xué)生一份，指導(dǎo)教師四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)目錄摘要 .1第 1 章緒論 .2第 2 章設(shè)計(jì)方案 .32.1 方案介紹 .32.2 方案比較和選擇 .4第

4、3 章單元電路設(shè)計(jì) .63.1 電源電路設(shè)計(jì) .63.2 充電電路設(shè)計(jì) .63.3 電壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì) .73.3.1 CD4011 介紹 .73.3.2 電壓檢測(cè)電路工作原理.83.4 延時(shí)電路設(shè)計(jì) .93.4.1 555 定時(shí)器介紹 .93.4.2 延時(shí)電路的設(shè)計(jì).123.5 光控檢測(cè)電路設(shè)計(jì) .123.5.1 光敏電阻介紹.133.5.2 光控檢測(cè)電路設(shè)計(jì).143.6 自動(dòng)切換開關(guān)設(shè)計(jì) .143.6.1 電磁繼電器介紹.143.6.2 自動(dòng)切換開關(guān)電路設(shè)計(jì).15第 4 章整機(jī)電路的設(shè)計(jì) .164.1 整機(jī)電路原理圖及工作原理 .16第 5 章仿真與調(diào)試 .17四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說

5、明書(論文)I5.1 MULTISIM 10 仿真軟件介紹.175.2 電路的仿真 .175.2.1 電源電路的仿真.175.2.2 各種狀態(tài)的仿真.185.2.3 整機(jī)電路的仿真.21總結(jié) .22參考文獻(xiàn) .23附錄 1整機(jī)電路原理圖.24附錄 2元件明細(xì)表.25四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 0 頁 共 25 頁摘要目前市面上大多數(shù)應(yīng)急燈僅僅在市電突然中斷時(shí)自動(dòng)點(diǎn)亮。并不考慮現(xiàn)場(chǎng)是否需要照明，比如，白天斷電時(shí)，應(yīng)急燈也會(huì)點(diǎn)亮，大多數(shù)應(yīng)急燈為節(jié)約成本，無防過充及防止深度放電的保護(hù)電路。因此蓄電池常因?yàn)檫^充電和深度放電而損壞。在選擇應(yīng)急照明燈時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況合理選擇應(yīng)急照明系統(tǒng)

6、。一般來說，新建工程或設(shè)有消防控制室的工程，應(yīng)盡量在建設(shè)過程中統(tǒng)一布線，選用集中電源集中控制型應(yīng)急照明；對(duì)于小型場(chǎng)所、后期整改或二次裝潢改造的工程應(yīng)選用自帶電源獨(dú)立控制型應(yīng)急照明。 全自動(dòng)多用途應(yīng)急燈主要由蓄電池充電電路、光控檢測(cè)電路、延時(shí)電路幾部分組成。實(shí)現(xiàn)白天斷電不停電，晚上斷電才停電的功能。關(guān)關(guān)鍵鍵詞詞應(yīng)急燈；應(yīng)急照明；蓄電池充電四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 0 頁 共 25 頁第 1 章緒論隨著時(shí)代的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高。人們的照明理念已開始發(fā)生變化，簡單的照明燈具已不能滿足人們對(duì)不同環(huán)境的照明要求。科學(xué)的講，在夜間不同的環(huán)境里應(yīng)該使用不同的燈光。根據(jù)日常的生活

7、習(xí)慣，我們對(duì)于不同時(shí)段人們對(duì)燈光的需求不同而設(shè)計(jì)了在任意時(shí)間使用的應(yīng)急燈。國內(nèi)使用的應(yīng)急照明系統(tǒng)以自帶電源獨(dú)立控制型為主，正常電源接自普通照明供電回路中，平時(shí)對(duì)應(yīng)急燈蓄電池充電，當(dāng)正常電源切斷時(shí)，備用電源蓄電池自動(dòng)供電。這種形式的應(yīng)急燈每個(gè)燈具內(nèi)部都有變壓、穩(wěn)壓、充電、逆變、蓄電池等大量的電子元器件，應(yīng)急燈在使用、檢修、故障時(shí)電池均需充放電。 另一種是集中電源集中控制型，應(yīng)急燈具內(nèi)無獨(dú)立電源，正常照明電源故障時(shí)，由集中供電系統(tǒng)供電。在這種形式的應(yīng)急照明系統(tǒng)中，所有燈具內(nèi)部復(fù)雜的電子電路被省掉了，應(yīng)急照明燈具與普通的燈具無異，集中供電系統(tǒng)設(shè)置在專用的房間內(nèi)。應(yīng)急燈是應(yīng)急照明用的燈具的總稱。應(yīng)急燈

8、主要有使用頻率低、使用時(shí)間短、高效率等特點(diǎn)。本應(yīng)急燈主要由蓄電池充電電路與光控延時(shí)電路構(gòu)成，因?qū)崿F(xiàn)了自動(dòng)化，而被廣泛應(yīng)用于市場(chǎng)。目前市場(chǎng)上幾乎每家燈具商戶都有一個(gè)或多個(gè)應(yīng)急燈品牌，商家根據(jù)不同的場(chǎng)景和不同的需要讓它能在很多地方使用。四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 1 頁 共 25 頁第 2 章設(shè)計(jì)方案2.1 方案介紹方案一：本方案應(yīng)急燈由充電電源，電池欠壓檢測(cè)電路，市電狀態(tài)檢測(cè)電路，智能控制開關(guān)，環(huán)境照明狀態(tài)檢測(cè)，燈驅(qū)動(dòng)電路等部分組成，如圖一：K燈驅(qū)動(dòng)穩(wěn)壓電池欠壓檢測(cè)電池輸入220V市電狀態(tài)檢測(cè)智能檢測(cè)開關(guān)環(huán)境照明狀況檢測(cè)降壓，整流，濾波燈圖 2-1 方案一電路框圖目前市面上大多

9、數(shù)應(yīng)急燈僅僅在市電突然中斷時(shí)自動(dòng)點(diǎn)亮。并不考慮現(xiàn)場(chǎng)是否需要照明，比如，白天斷電時(shí)，應(yīng)急燈也會(huì)點(diǎn)亮，大多數(shù)應(yīng)急燈為節(jié)約成本，無防過充及防止深度放電的保護(hù)電路。因此蓄電池常因?yàn)檫^充電和深度放電而損壞。本方案被設(shè)計(jì)為：應(yīng)急燈由市電和后備電池供電，在白天或環(huán)境光照比較強(qiáng)時(shí)，應(yīng)急燈熄滅，市電經(jīng)整流，濾波穩(wěn)壓后對(duì)后備電池供電。當(dāng)夜晚市電突然中斷時(shí)，應(yīng)急燈啟動(dòng)。晚市電正常時(shí)，人工關(guān)室內(nèi)照明燈，應(yīng)急燈不啟動(dòng)。無論白天或夜晚，市電中斷后恢復(fù)正常時(shí)，應(yīng)急燈自動(dòng)關(guān)斷。直流穩(wěn)壓輸出調(diào)定在 12.5V，電池不會(huì)被過充電。當(dāng)后備電池深度放電時(shí)，應(yīng)急燈自動(dòng)關(guān)斷。電池放電較深，內(nèi)阻增加。充電電流不會(huì)太大，電池被激活，電壓上升

10、，內(nèi)阻減少，有可能產(chǎn)生較大的充電電流并導(dǎo)致電池的損壞。電路中采取了限流措施。方案二：四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 2 頁 共 25 頁本應(yīng)急燈由電源電路、蓄電池充電電路、電壓檢測(cè)電路、光控檢測(cè)電路和延時(shí)電路幾部分組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 2-2 所示圖 2-2 方案二電路框圖此應(yīng)急燈由市電供電，在白天或環(huán)境光照比較強(qiáng)時(shí)，當(dāng) 220V 交流市電正常供電時(shí)，經(jīng)電源電路后輸出穩(wěn)定的直流電壓，然后對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。電壓檢測(cè)電路對(duì)降壓整流后輸出的脈動(dòng)電壓進(jìn)行分壓后，檢測(cè)出 B 點(diǎn)的電壓是否是高電平，若是則對(duì)延時(shí)電路輸出高電平信號(hào)，使延時(shí)電路處于靜止?fàn)顟B(tài)，無法使點(diǎn)亮發(fā)光二極管。當(dāng) 220V 交

11、流市電斷電時(shí)，電壓檢測(cè)輸入端輸入高電平信號(hào)，此時(shí)周圍的環(huán)境光線突然由強(qiáng)變?nèi)?，產(chǎn)生了一個(gè)正跳變電壓，產(chǎn)生一個(gè)上升沿脈沖提供光控檢測(cè)輸入端，經(jīng)過反相后輸出一個(gè)下降沿的脈沖信號(hào)給延時(shí)電路，輸出高電平信號(hào)，應(yīng)急燈被點(diǎn)亮。經(jīng)過一段時(shí)間延時(shí)后，應(yīng)急燈自動(dòng)熄滅,電路恢復(fù)。2.2 方案比較和選擇1.方案一的造價(jià)比方案二的貴。方案一中要用到遲滯比較器、三端穩(wěn)壓管等較貴的元器件，故而造價(jià)要貴很多。2.方案二電路更簡單實(shí)用。方案一中需要人工關(guān)室內(nèi)照明燈，如果沒有人工關(guān)室內(nèi)照明燈，應(yīng)急燈就不會(huì)起到作用。應(yīng)用起來沒那么方便。而且在電路構(gòu)造方面要復(fù)雜一些，不便于檢查維修等工作。3.方案一功能沒有方案二的功能全面。電源電路

12、蓄電池充電電路電壓檢測(cè)電路光控檢測(cè)電路延時(shí)電路輸入220VK四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 3 頁 共 25 頁方案一的應(yīng)急燈在白天或環(huán)境光照比較強(qiáng)時(shí)，應(yīng)急燈總是熄滅，市電經(jīng)整流，濾波穩(wěn)壓后對(duì)后備電池供電。在夜晚市電突然中斷后，應(yīng)急燈啟動(dòng)。晚市電正常時(shí)，人工關(guān)室內(nèi)照明燈，應(yīng)急燈不啟動(dòng)。無論白天或夜晚，市電中斷后恢復(fù)正常時(shí)，應(yīng)急燈自動(dòng)關(guān)斷。直流穩(wěn)壓輸出調(diào)定在 12.5V，電池不會(huì)被過充電。當(dāng)后備電池深度放電時(shí)，應(yīng)急燈自動(dòng)關(guān)斷。方案二的應(yīng)急燈在白天無論有沒有電都是熄滅的，市電經(jīng)整流，濾波后對(duì)后備電池供電。如果市電斷開，光敏電阻暗電阻很大，555 定時(shí)器被觸發(fā)，點(diǎn)亮應(yīng)急燈并延時(shí)。方案一

13、不具有延時(shí)等功能。四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 4 頁 共 25 頁第 3 章單元電路設(shè)計(jì)3.1 電源電路設(shè)計(jì)該電路由降壓變壓器、橋式整流電路和電容濾波電路三部分組成，如圖 3-1 所示。該電路主要是對(duì)蓄電池進(jìn)行不間斷的充電。圖 3-1 電源電路原理圖工作原理：先由變壓器T1將 220V 的交流市電電壓降壓為 13.2V 的交流電壓，變壓器的匝數(shù)比是 17.3：1，當(dāng)交流電壓為正半周的時(shí)候，V2，V4 導(dǎo)通，V1，V3 截止。得到正半周的電壓。當(dāng)交流電壓為負(fù)半周的時(shí)候，V2，V4 截止，V1，V3 導(dǎo)通。得到反相的正半周的電壓。經(jīng)過整流得到脈動(dòng)直流電壓。再經(jīng)和構(gòu)成的電容濾波電路

14、濾除交流成分后輸出穩(wěn)定的 12.5V 直流電壓。2C3CD1 的作用是隔離限幅，R1,R2 分壓，F(xiàn)1A 保險(xiǎn)管起保護(hù)作用。3.2 充電電路設(shè)計(jì)根據(jù)圖 3-2 可知，蓄電池充電電路由 12V/10Ah 鉛酸蓄電池組成恒壓不間斷充電電源，確保蓄電池隨時(shí)處于充電備用狀態(tài)，12V 鉛酸蓄電池的最大限充電壓為 14.4V。A點(diǎn)電壓為 15.1V，經(jīng)D2下降 0.7V 后提供給鉛酸蓄電池。電阻可以限制充電電壓大小，4R可以防止市電停電后蓄電池反向放電。2D鉛酸蓄電池價(jià)格低廉，充電技術(shù)成熟，維護(hù)要求低。根據(jù)要求，后備電池選用U0C31uFF1A220V 電源插頭u1220Vu2DV1V2V3V41A/40

15、0VD11N4001R115KR249.9KC10.22ufC22200uF+BT1四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 5 頁 共 25 頁12V/1.2Ah 標(biāo)準(zhǔn)系列，其供電 12 小時(shí)以上。則其功率由額定電壓U和額定電流I確定：P=IU 引用公式可知，可得該蓄電池的功率 P：P=14.4WD21N4001C10.22uf12V/1.2Ah 蓄電池R410/1WAUIR115KR249.9K+C22200ufC31ufD11N4001圖 3-2 蓄電池充電電路原理圖3.3 電壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)該電路用來檢測(cè)經(jīng)整流后輸出的脈動(dòng)電壓經(jīng)過電阻R1和R2分壓后，B 點(diǎn)電壓的高低，以此來判斷市電

16、是否斷電。和對(duì)降壓整流后輸出的脈動(dòng)電壓進(jìn)行分壓后，檢1R2R測(cè)出 B 點(diǎn)的電壓，經(jīng)過 F1反相后給 F2的電壓檢測(cè)輸入端輸入信號(hào)，若是高電平，不管此時(shí)周圍光線如何變化，F(xiàn)2輸出的都是高電平信號(hào)提供給 555 的 2 腳，延時(shí)電路處于靜止?fàn)顟B(tài)。若 B 點(diǎn)的電壓為低電平，經(jīng) F1反相后給 F2的電壓檢測(cè)輸入端輸入高電平信號(hào)，使延時(shí)電路觸發(fā)。3.3.1 CD4011 介紹VCC 713 A411 Y4A1 1B1 2Y1 3Y2 4A2 5B2 614 VDD12 B310 Y39 A3 8 B3圖 3-3 CD4011 引腳圖四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 6 頁 共 25 頁CD4

17、011 廣泛應(yīng)用于數(shù)字 IC，它是四個(gè)二輸入與非門，采用 N 溝道和 P 溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的對(duì)稱電路。由于它輸出電壓等于電源電壓的大小，所以具有很高的抗干擾能力。其引腳圖如圖 3-3。1 腳6 腳，8 腳13 腳是構(gòu)成四個(gè)與非門的引腳。VCC接電源，VDD接地，每個(gè)與非門由一個(gè)輸出端和兩個(gè)輸入端構(gòu)成。CD4011 常用邏輯符號(hào)，如圖 3-4 所示。&ABY圖 3-4 CD4011 常用邏輯符號(hào)邏輯表達(dá)式是 Y=，其功能表如表 3-1 所示。表 3-1 中 ， “1”表示高電平，AB“0”表示低電平。表 3-1 與非門功能表ABY=AB001011101110與非門工作的邏輯關(guān)系是：只

18、有兩個(gè)輸入端都為高電平時(shí)輸出端才輸出低電平；只要其中一個(gè)輸入端為低電平時(shí)輸出端就輸出高電平。輸出高電平時(shí)表示輸出電壓接近電源電壓；輸出低電平時(shí)表示輸出電壓接近零伏。如果將兩個(gè)輸入端并聯(lián)成一個(gè)輸入端，那么這個(gè)與非門就等效成了一個(gè)非門。門電路輸入特性為：輸入電壓小于 40電源電壓時(shí)為低電平；輸入電壓大于 60電源電壓時(shí)為高電平。3.3.2 電壓檢測(cè)電路工作原理U0220V 電源插頭u1220Vu2DV1V2V3V41A/400VD11N4001R115KR249.9KC10.22ufF1BF1AT1圖 3-5 電壓檢測(cè)電路原理圖四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 7 頁 共 25 頁工作

19、原理：由圖 3-5 可知，電壓檢測(cè)電路是由、組成。1R2R1C1D1F當(dāng) 220V 交流市電正常供電時(shí)，降壓整流后輸出的脈動(dòng)電壓經(jīng)過R1和R2分壓后，B點(diǎn)電壓為 8.7V 高電平，該電壓經(jīng)過 F1反相后,變?yōu)榈碗娖健．?dāng) 220V 交流市電斷電后，因?yàn)橛械母綦x作用，所以 B 點(diǎn)電壓迅速下降到 0V，該電1D壓經(jīng)過 F1反相后變?yōu)楦唠娖?。以此達(dá)到檢測(cè)市電是否正常供電的作用。是與非門集1F成電路。3.4 延時(shí)電路設(shè)計(jì)3.4.1 555 定時(shí)器介紹1.電路的組成555 芯片的內(nèi)部電路如圖 3-6 a）所示，它由三個(gè)阻值為 5的電阻組成的分壓K器、兩個(gè)電壓比較器和、基本 RS 觸發(fā)器、集電極開路的放電三

20、極管 VT 以及緩沖1C2C器等組成，其管腳圖如圖 3-6 b）所示。（1）電阻分壓器由三個(gè) 5的電阻R組成，為電壓比較器和提供基準(zhǔn)電壓。K1C2C（2）電壓比較器由和組成，當(dāng)控制電壓輸入端 CO 懸空時(shí)，和的基準(zhǔn)電壓為別為,1C2C1C2C32CCV和。31CCV的反相輸入端 TH 稱為 555 的定時(shí)器高觸發(fā)端，的同相輸入端稱為 555 定1C2CTR時(shí)器的低觸發(fā)端。（3）基本 RS 觸發(fā)器基本 RS 觸發(fā)器由兩個(gè)與非門和構(gòu)成。比較器的輸出作為置 0 輸入端，若1G2G1C輸出為 0，則Q=0；比較器的輸出作為置 1 輸入端，若輸出為 0，則Q=1。1C2C2C是定時(shí)器的復(fù)位輸入端，只要=

21、0，定時(shí)器的輸出端 OUT 則為 0，正常工作時(shí)，RR必須使處于高點(diǎn)平。R（4）放電管 VTVT 是集電極開路的三極管，VT 的集電極作為定時(shí)器的引出端 D。四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 8 頁 共 25 頁（5）緩沖器緩沖器由和構(gòu)成，用于提高電路的帶負(fù)載能力。 3G4G2.工作原理表 3-2 555 定時(shí)器的功能表輸入輸出THTRROUTVTXX00導(dǎo)通32CCV31CCV10導(dǎo)通31CCV1不變不變32CCV,且低觸發(fā)端時(shí),比較器輸出低電平；輸32CCVTR31CCV1C1C出的低電平將 RS 觸發(fā)器置為 0 狀態(tài)，即Q=0，使得定時(shí)器的輸出 OUT 為 0，同時(shí)放電管 V

22、T 導(dǎo)通。（2）當(dāng)?shù)陀|發(fā)端，觸發(fā)端TH 時(shí)，比較器輸出為低電平；TR31CCV32CCV2C輸出的低電平將 RS 觸發(fā)器置為 1 狀態(tài)，即Q =1，使得定時(shí)器的輸出 OUT 為 1，同2C時(shí)放電管 VT 截止。a）原理圖 b）管腳圖圖 3-6 555 定時(shí)器四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 9 頁 共 25 頁（3）當(dāng)TH時(shí)，定時(shí)器的輸出 OUT 和放電管 VT 的狀態(tài)保持不32CCVTR31CCV變。根據(jù)以上分析，可以得出 555 定時(shí)器的功能表，見表 3-2。555 定時(shí)器的實(shí)際應(yīng)用有：構(gòu)成施密特觸發(fā)器、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、構(gòu)成多諧振蕩器，在本設(shè)計(jì)的延時(shí)電路中主要應(yīng)用到的是由 5

23、55 定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有如下工作特點(diǎn)：1.它具有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)不同的工作狀態(tài)。2.在外加脈沖作用下，觸發(fā)器能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后，將自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。3.暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與外加觸發(fā)信號(hào)無關(guān)。將 555 定時(shí)器的低觸發(fā)端作為觸發(fā)信號(hào)Ui 的輸入端，再將其高觸發(fā)端 TH 和放TR電管輸出端 D 接在一起，并與定時(shí)元件R、C連接，則可以構(gòu)成一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。具體電路及工作波形如圖 3-7 所示。555 定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理如下： +VCC100nf1834 RST7 DIS6 THR2 TRI5 COMVCCGNDO

24、UTLM555CMU0CRUIUCTwUI0UCt0tt0U032CCVa）電路 b）工作波形圖 3-7 555 構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器當(dāng)觸發(fā)脈沖UI的下降沿到來時(shí)，由于,而TH=UC=0，從 555 定時(shí)器的功TR31CCV能表（3-2）不難看出，輸出端 OUT 為高電平，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，此時(shí)放電管 VT 截止。四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 10 頁 共 25 頁由于 VT 截止，VCC則通過對(duì)充電，當(dāng)TH=UC時(shí)，輸出端 OUT 跳變?yōu)榈碗娖剑?R5C32CCV電路自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)，此時(shí)放電管 VT 導(dǎo)通。電路返回穩(wěn)態(tài)后，通過導(dǎo)通的放電管 VT5C放電，使電路迅速恢復(fù)到初始狀態(tài)?？?/p>

25、以算出，輸出波形的脈沖寬度：1.1RC （3-1）WT3.4.2 延時(shí)電路的設(shè)計(jì)UI12V/1.2Ah蓄電池MG45 RG光敏電阻R31KC4510pfF1F2R510KR610K+C52200ufC6100nf1834 RST7 DIS6 THR2 TRI5 COMVCCGNDOUTLM555CMU0圖 3-8 延時(shí)電路原理圖工作原理：因?yàn)?555 定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器態(tài)是下降沿有效，因此無論 F2輸出端的輸出信號(hào)是高電平還是低電平，555 構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器都不能被觸發(fā)，該電路處于靜止?fàn)顟B(tài)，U0輸出低電平信號(hào)。當(dāng) F2輸出端輸出信號(hào)的上升沿到來時(shí)，555 構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也不能被觸發(fā)

26、，該電路也處于靜止?fàn)顟B(tài)，U0也輸出低電平信號(hào)。當(dāng) F2輸出端輸出信號(hào)的下降沿到來時(shí)，555 構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被觸發(fā)，該電路進(jìn)入延時(shí)狀態(tài)，且 12V 電壓通過電阻R6對(duì)電容C5進(jìn)行充電，U0輸出高電平信號(hào)。當(dāng)對(duì)C5充電一定時(shí)間后，電路由延時(shí)狀態(tài)恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)，U0由高電平信號(hào)變?yōu)榈碗娖叫盘?hào)。該電路的延時(shí)時(shí)間由電阻R6和極性電容C5確定，引用式（3-1）得：T1.1R6C5。 （3-2）由式（3-2）可知，R6和C5的乘積越大，延時(shí)時(shí)間越長，乘積越小，延時(shí)時(shí)間越短。由該電路電阻R6和C5的值可以確定其延時(shí)時(shí)間 T：T1.1*0.0022*10*103 24（min）該電路的延時(shí)時(shí)間 T 為 24

27、 分鐘。四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 11 頁 共 25 頁3.5 光控檢測(cè)電路設(shè)計(jì)該電路是根據(jù)光敏電阻的感光原理來設(shè)計(jì)的，光線的強(qiáng)弱決定了光敏電阻阻值的大小因而決定了其兩端的電壓的大小。光照越強(qiáng)，光敏電阻的電阻率越小，則光敏電阻兩端的電壓越小。光照越弱，光敏電阻的電阻率越大，則光敏電阻兩端的電壓越大。3.5.1 光敏電阻介紹1.光敏電阻的符號(hào)及工作原理光敏電阻又稱光導(dǎo)管，是由一塊兩邊帶金屬電極的光電半導(dǎo)體組成，使用時(shí)在它的兩端施加直流或交流工作電壓，如圖 3-10 所示。圖 3-9 光敏電阻的符號(hào)圖 3-10 光敏電阻的工作原理圖在無光照射時(shí)，光敏電阻RG呈高阻態(tài)（此時(shí)的電阻

28、稱為暗電阻） ，回路中僅有微弱的電流（稱為暗電流）通過。在有光照射時(shí)，光敏材料吸收光能，使電阻率變?。ù藭r(shí)的電阻稱為亮電阻） ，RG呈低阻態(tài)，從而在回路中有較強(qiáng)的電流（稱為光電流）流過。光照越強(qiáng)，阻值越小，亮電流越大。如果將該亮電流取出，經(jīng)放大后即可作為其他電路的控制電流。當(dāng)光照停止時(shí)，光敏電阻又逐漸恢復(fù)原有的高阻狀態(tài)。光敏電阻的暗電阻越大，而亮電阻越小，則性能越好。大多數(shù)光敏電阻的暗電阻往往超過 1，甚至高達(dá) 100，而亮電阻即使在白晝條件下也可以降到 1以MMK下。2.光敏電阻的光照特性。光光電流電源RGRG四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 12 頁 共 25 頁0 0.2 0

29、.4 0.6 0.8I3002001005040030020010050300300200100502003002001005010030020010050503002001005030020010050圖 3-11 光敏電阻的光照特性曲線光照特性是指光敏電阻的光電流I與光通量的關(guān)系。不同的光敏電阻，其光照特性不同，但大多數(shù)光敏電阻的光照特性，為圖 3-11 所示的曲線關(guān)系。由于光敏電阻的光照特性曲線呈非線性，因此不能用于光的精密測(cè)量，只能用作開關(guān)式的光電轉(zhuǎn)換器。3.5.2 光控檢測(cè)電路設(shè)計(jì)圖 3-12 光控檢測(cè)電路原理圖工作原理：由圖 3-12 可知，、光敏電阻RG、組成光控檢測(cè)電路。用來3

30、R4C5R檢測(cè)周圍的環(huán)境光線的變化情況，當(dāng)周圍的環(huán)境光線逐漸由強(qiáng)變?nèi)酰◤陌滋斓揭雇恚┗蛘哂扇踝儚?qiáng)（從夜晚到白天）時(shí)，光敏電阻RG的阻值發(fā)生緩慢變化，使其兩端的電壓也隨之緩慢變化，由于微分電容的隔離作用使兩端電壓為 0V。當(dāng)周圍的環(huán)境4C5R光線突然由弱變強(qiáng)時(shí)（晚上開燈照明） ，RG的阻值由大變小，兩端的電壓也由大變小，則在RG兩端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變電壓，通過、使兩端產(chǎn)生一個(gè)下降沿脈沖。當(dāng)周4C5R5R圍的環(huán)境光線突然由強(qiáng)變?nèi)鯐r(shí)（停電造成電燈熄滅） ，RG的阻值由小變大，兩端的電壓也由小變大，則在RG兩端形成一個(gè)正跳變電壓，通過 RC 微分電路、使兩端產(chǎn)4C5R5R生一個(gè)上升沿脈沖，它和延時(shí)電路緊密

31、相連。UI12V/1.2Ah蓄電池R31KC4510pfF1R510KMG 45 RG光敏電阻U0F2四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 13 頁 共 25 頁注：在圖 3-12 中，F(xiàn)2的輸入端中與 F1的輸出端相連那端叫 F2的電壓檢測(cè)輸入端，它的另一端叫 F2的光控檢測(cè)輸入端。光敏電阻幾乎都是用半導(dǎo)體材料制成的光電器件。它沒有極性，使用時(shí)既可加直流電壓，也可以加交流電壓。光敏電阻在不受光照射時(shí)的阻值稱為暗電阻，受光照時(shí)的電阻稱為亮電阻。暗電阻很大一般為兆歐級(jí)，而亮電阻在幾千歐以下，一般希望暗電阻越大越好，亮電阻越小越好，此時(shí)光敏電阻的靈敏度很高。本設(shè)計(jì)中選擇的是MG45 的光敏

32、電阻對(duì)應(yīng)急燈工作環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)控制。3.6 自動(dòng)切換開關(guān)設(shè)計(jì)3.6.1 電磁繼電器介紹電磁繼電器是自動(dòng)控制電路中常用的一種元件。實(shí)際上它是用較小電流控制較大電流的一種自動(dòng)開關(guān)。它有常開和常閉兩種狀態(tài)，本設(shè)計(jì)所用的是一種常開狀態(tài)的電磁繼電器。電磁繼電器一般由一個(gè)線圈、一塊銜鐵組成。如圖 3-13 所示。圖 3-13 電磁繼電器（常開）的圖形符號(hào)電磁繼電器的工作原理：當(dāng)線圈通電以后，線圈中產(chǎn)生足夠大的電磁力吸動(dòng)銜鐵，使銜鐵閉合，與之相連的電路被導(dǎo)通。當(dāng)線圈斷電后，電磁吸力消失，銜鐵返回到原來的常開狀態(tài)，與之相連的電路也隨之被切斷。應(yīng)用時(shí)只要把需要控制的電路接到電磁繼電器的觸點(diǎn)上，就可達(dá)到控制的目的。

33、3.6.2 自動(dòng)切換開關(guān)電路設(shè)計(jì)Q12NG71512V/1.2Ah蓄電池_+_KUI圖 3-14 自動(dòng)切換開關(guān)電路原理圖工作原理：由圖 3-14 可知，K 是電磁繼電器，當(dāng)給該電路加的輸入信號(hào)UI為高電+_K四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 14 頁 共 25 頁平時(shí)，三極管導(dǎo)通，電磁繼電器 K 的線圈中有電流通過，并產(chǎn)生足夠大的電磁力，使銜鐵受到電磁吸力的作用被吸向線圈而閉合，該電路被連通，應(yīng)急燈也被點(diǎn)亮。當(dāng)給該電路加的輸入信號(hào)UI為低電平時(shí)，三極管是截止的，電磁繼電器 K 的線圈中不會(huì)有電流流過，就不會(huì)產(chǎn)生電磁力，則銜鐵就不會(huì)受到電磁吸力的作用還是處于原來的常開狀態(tài)，該電路還是

34、處于切斷狀態(tài)，應(yīng)急燈不會(huì)亮。三極管分 NPN，PNP 兩種類型，此設(shè)計(jì)中選擇的是 NPN 型，在電路中三極管是作為開關(guān)管使用的,它一旦導(dǎo)通應(yīng)急燈就點(diǎn)亮,截止時(shí)應(yīng)急燈就不亮，在此設(shè)計(jì)中選用的型號(hào)是：2N6715。四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 15 頁 共 25 頁第 4 章整機(jī)電路的設(shè)計(jì)4.1 整機(jī)電路原理圖及工作原理整機(jī)電路原理圖見附錄。工作原理：當(dāng) 220V 交流市電正常供電時(shí)，經(jīng)電源電路后輸出穩(wěn)定的 12.5V 直流電壓，然后對(duì) 12V/1.2Ah 蓄電池進(jìn)行充電。和對(duì)降壓整流后輸出的脈動(dòng)電壓進(jìn)行分1R2R壓后，檢測(cè)出 B 點(diǎn)的電壓為 5.674V 高電平，經(jīng)過 F1反相后

35、給 F2的電壓檢測(cè)輸入端輸入一個(gè)低電平信號(hào)，不管此時(shí)周圍光線如何變化，F(xiàn)2輸出的都是高電平信號(hào)提供給 555的 2 腳，延時(shí)電路處于靜止?fàn)顟B(tài)，555 的 3 腳輸出一個(gè)低電平信號(hào)，三極管不會(huì)導(dǎo)通，電磁繼電器 K 不會(huì)閉合，應(yīng)急燈不會(huì)亮。當(dāng) 220V 交流市電斷電時(shí)，二極管會(huì)防止2D蓄電池反向放電，并且還有的隔離作用，B 點(diǎn)的電壓迅速降至為 0V，經(jīng) F1反相后給1DF2的電壓檢測(cè)輸入端輸入高電平信號(hào)并且此時(shí)周圍的環(huán)境光線突然由強(qiáng)變?nèi)酰ㄍ砩贤ｋ娫斐烧彰鳠粝纾?，RG的阻值由小變大，其兩端的電壓也由小變大，則在RG兩端產(chǎn)生了一個(gè)正跳變電壓，通過、使兩端產(chǎn)生一個(gè)上升沿脈沖提供給 F2的光控檢測(cè)4C

36、5R5R輸入端，F(xiàn)2兩端信號(hào)經(jīng)過反相后輸出一個(gè)下降沿的脈沖信號(hào)給 555 的 2 腳，延時(shí)電路被觸發(fā)，同時(shí) 12V 電壓通過對(duì)電容進(jìn)行充電，555 的 3 腳輸出高電平信號(hào)，三極6R5C管導(dǎo)通，電磁繼電器 K 自動(dòng)吸合，應(yīng)急燈被點(diǎn)亮。經(jīng)過一段時(shí)間延時(shí)后電磁繼電器 K會(huì)自動(dòng)斷開，應(yīng)急燈也自動(dòng)熄滅,電路恢復(fù)到原來的靜止?fàn)顟B(tài)。四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 1 頁 共 25 頁第 5 章仿真與調(diào)試5.1 multisim 10 仿真軟件介紹Multisim 是 Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以 Wi

37、ndows 為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。為適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，Multisim 推出了許多版本，用戶可以根據(jù)自己的需要加以選擇。在本書中將以教育版為演示軟件，結(jié)合教學(xué)的實(shí)際需要，簡要地介紹該軟件的概況和使用方法，并給出幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例。它具有這樣一些特點(diǎn)：1.通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境, 輕松設(shè)計(jì)電路。通過交互式 SPICE 仿真, 迅速了解電路行為。2.借助高級(jí)電路分析, 理解基本設(shè)計(jì)特征。3.通過一個(gè)工具鏈, 無縫地集成電路設(shè)計(jì)和虛擬測(cè)試。4.通過改進(jìn)、整合設(shè)計(jì)流程, 減少建模錯(cuò)誤并縮短

38、上市時(shí)間。5.2 電路的仿真5.2.1 電源電路的仿真1.先在 multisim 元件庫中找到所需的元器件，添加到界面中。2.按照整機(jī)原理圖設(shè)置各元器件的基本參數(shù)。3.調(diào)整元器件的位置。4.把各元器件按照原理圖依次連接起來。5.仿真并記錄。該電路由降壓變壓器、橋式整流電路和電容濾波電路三部分組成，先由變壓器 T1將 220V 的交流市電電壓降壓為 12.7V 的交流電壓，再經(jīng)構(gòu)成的橋式整流電1VD4VD路將該交流電壓變成單相脈動(dòng)電壓，再經(jīng)和構(gòu)成的電容濾波電路濾波后輸出穩(wěn)定2C3C的 12.5V 直流電壓。由圖 6-1 可知，電源部分輸出的電壓為 12.5V（符合設(shè)計(jì)要求） ，四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)

39、院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 2 頁 共 25 頁然后對(duì) 12V/1.2Ah 蓄電池進(jìn)行充電。圖 6-1 電源電路輸出波形5.2.2 各種狀態(tài)的仿真圖 6-2 市電正常供電時(shí)電壓檢測(cè)端輸出的波形四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 3 頁 共 25 頁當(dāng)市電正常供電時(shí)，開關(guān)是閉合的，此時(shí)電壓檢測(cè)端的輸出波形如圖 6-2 所示。當(dāng) 220V 交流市電正常供電時(shí)，降壓整流后輸出的脈動(dòng)電壓經(jīng)過R1和R2分壓后，B點(diǎn)電壓為 6.71V 高電平，該電壓經(jīng)過 F1反相后,變?yōu)榈碗娖?。?dāng) 220V 交流市電斷電后，因?yàn)橛械母綦x作用，所以 B 點(diǎn)電壓迅速下降到 0V，該電壓經(jīng)過 F1反相后變?yōu)楦唠娖健?

40、D以此達(dá)到檢測(cè)市電是否正常供電的作用。是與非門集成電路。1F當(dāng)市電斷電時(shí)，開關(guān)是斷開的，此時(shí)輸出電壓的波形如圖 6-3 所示。 圖 6-3 市電斷電時(shí)電壓檢測(cè)端的輸出波形555 定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器態(tài)是下降沿有效，因此無論 F2輸出端的輸出信號(hào)是高電平還是低電平，555 構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器都不能被觸發(fā)，該電路處于靜止?fàn)顟B(tài)，U0輸出低電平信號(hào)。當(dāng) F2輸出端輸出信號(hào)的上升沿到來時(shí)，555 構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也不能被觸發(fā)，該電路也處于靜止?fàn)顟B(tài)，U0也輸出低電平信號(hào)。當(dāng) F2輸出端輸出信號(hào)的下降沿到來時(shí)，555 構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被觸發(fā)，該電路進(jìn)入延時(shí)狀態(tài)，且 12V 電壓通過電阻R6對(duì)電容C5

41、進(jìn)行充電，U0輸出高電平信號(hào)。當(dāng)對(duì)C5充電一定時(shí)間后，電路由延時(shí)狀態(tài)恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)，U0由高電平信號(hào)變?yōu)榈碗娖叫盘?hào)。四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 4 頁 共 25 頁當(dāng)延時(shí)電路處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，其輸出波形如圖 6-4 所示。圖 6-4 延時(shí)電路處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的輸出波形圖 6-5 延時(shí)電路的波形當(dāng)延時(shí)電路進(jìn)入延時(shí)狀態(tài)時(shí)，三極管導(dǎo)通，電磁繼電器常開開關(guān)閉合。發(fā)光二極四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 5 頁 共 25 頁管被點(diǎn)亮。此時(shí)的波形如圖 6-5 所示。當(dāng)延時(shí)一定時(shí)間后，該電路由延時(shí)狀態(tài)恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)，并且此時(shí)該電路的輸出波形迅速降到零電位。5.2.3 整機(jī)電路的仿真

42、在整機(jī)仿真電路圖中，開關(guān)J1代替光敏電阻，當(dāng)開關(guān)J1打到下面位置時(shí)，表示開關(guān)是斷開的，也表示光敏兩端的電壓近似 0V，其電阻阻值很小，說明此時(shí)周圍的環(huán)境光線十分強(qiáng)。當(dāng)開關(guān)J1打到上面位置時(shí)，表示開關(guān)J1是閉合的，也表示光敏電阻兩端的電壓很大，其電阻阻值無窮大，說明此時(shí)周圍的環(huán)境光線強(qiáng)度十分弱。當(dāng)開關(guān)突然由斷開到閉合表示周圍的環(huán)境光線突然由強(qiáng)變?nèi)?。?dāng)開關(guān)突然由閉合到斷開表示周圍的環(huán)境光線突然由弱變強(qiáng)。且用發(fā)光二極管和電阻R代替原理圖中的燈泡。四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第 0 頁 共 25 頁總結(jié)本次我的設(shè)計(jì)任務(wù)是全自動(dòng)多用途應(yīng)急燈電路，在完成過程中不僅讓我可以復(fù)習(xí)和鞏固原來所學(xué)的知識(shí)，還讓我對(duì)我所學(xué)專業(yè)有了更加深入的了解。通過本次的設(shè)計(jì)，我更加理解電源電路設(shè)計(jì)的方法，學(xué)會(huì)了 555 定時(shí)器和 555 的實(shí)際應(yīng)用中的延時(shí)電路和蓄電池充電電路的設(shè)計(jì)和光敏電阻的工作原理以及電磁繼電器的工作原理，以及其它一些元器件的參數(shù)選擇和計(jì)算，加深了對(duì)模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)兩者在實(shí)際應(yīng)用電路中的關(guān)系與轉(zhuǎn)換。同時(shí)學(xué)會(huì)了運(yùn)用仿真軟件 Multisim做實(shí)際電路的仿真。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是把我們所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際設(shè)計(jì)制作中的一次綜合能力訓(xùn)練，是以前我們所做的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)無法相比的。在這個(gè)設(shè)計(jì)過程中通過許多途徑查閱資料，