多功能光控、定時可調(diào)組合開關(guān)

1、序號：編號:“新通州杯”吉林大學(xué)大學(xué)生電子設(shè)計作品競賽設(shè)計報告作品名稱：多功能光控、定時可多組能開關(guān)申報者姓名：鄭永瑞、羅祥、彭偉所在學(xué)院：儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院“新通州杯”吉林大學(xué)大學(xué)生電子設(shè)計作品競賽組委會制二。九年三月目錄：第一章方案選擇2第二章各部分原理概述1、電路第一部分42、電路第二部分43、電路第三部分54、電路第四部分5第三章電路各功能實現(xiàn)原理1、參數(shù)的設(shè)置6第四章測試步驟及結(jié)果1、功能一的測試72、功能二的測試73、功能三的測試84、功能四的測試8第五章結(jié)論及改進(jìn)設(shè)想1、結(jié)論92、不足與改進(jìn)設(shè)想10第六章參考資料10附錄：電路圖11總述：本作品的光控部分主要運用NE555將光

2、信號轉(zhuǎn)換成電信號；定時部分是通過運用集成芯片CD4040將NE555構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生的矩形波加以分頻，用分頻產(chǎn)生的方波信號的半個周期作為定時時間來實現(xiàn)的。將上述兩部分通過各種門電路組合，并用八選一數(shù)據(jù)選擇器加以選擇來實現(xiàn)四種功能的。功能一、只由光信號控制外部照明設(shè)施的開啟與關(guān)閉；功能二、由光信號控制定時電路的開啟，讓外部照明設(shè)施在光線弱的情況下，在定時時間段內(nèi)開啟，定時時間內(nèi)若光線變強，則外部照明設(shè)施自動關(guān)閉，不論定時時間是否完了。定時時間可選56秒、1小時、兩小時、四小時、八小時。功能三、作為定時電路使用。定時時間內(nèi)外部電路工作。定時時間同樣可調(diào)；功能四、定時時間內(nèi)外部電路不工作。定時時

3、間可調(diào)表01功能選擇按鍵功能一功能二功能三功能四K60（接地）0（接地）0（接地）1（接高電平）K70（接地）0（接地）1（接局電平）1（接高電平）K80（接地）1（接局電平）0（接地）0（接地）表02定時時間選K1K2K3K4K5擇建定時時間56秒1小時2小時4小時8小時第一章方案選擇定時方案一：方案原理簡述：由NE555為核心元件構(gòu)成多諧振蕩器，用其產(chǎn)生的矩形波給電容C3（云母電容）充電。調(diào)節(jié)矩形波的占空比，則一個周期內(nèi)電容上就會由電荷積累，當(dāng)電荷積累產(chǎn)生的電壓達(dá)到2/3電源電壓時，IC2的3腳就會輸出低電平，定時結(jié)束。圖1-1方案特點：電路簡單，調(diào)試容易，但是定時時間受電源、矩形波的波動

4、的影響較大，定時時間的誤差較大，且定時時間不可調(diào)，定時不好控制。定是方案二：方案原理簡述：由NE555為核心元件構(gòu)成多諧振蕩器，用兩級CD4040構(gòu)成的“分頻器”將NE555產(chǎn)生的信號“分頻”，用分頻后信號的半周期作為定時時間。方案特點：運用了CD4040芯片，定時時間比較準(zhǔn)確且可調(diào)，電路調(diào)試簡單，但是定時時間不能連續(xù)調(diào)節(jié)。圖1-2方案選擇：選擇方案二。原因有二：1、定時時間較準(zhǔn)確。2、定時時間可在設(shè)定的檔內(nèi)調(diào)節(jié)。第二章各部分原理概述1、電路第一部分R1、R2（光敏電阻MG45、R3與門1、非門1、IN4148、C1、C2,IC1NE555所組成的電路使將光信號轉(zhuǎn)化成電信號進(jìn)而對后及電路進(jìn)行控

5、制。具體原理如下：白天關(guān)照較強時R2受光照射而成低阻態(tài)，與門1成“關(guān)閉狀態(tài)”，輸出為低電平',再經(jīng)過非T1后，輸出為高電平，這樣IN4148導(dǎo)通，IC1的6腳為高電平，則3腳輸出為低電平（Al）;當(dāng)光線變?nèi)鯐r，R2的阻值變大，隨著光線的繼續(xù)變?nèi)?，R2兩端的電壓逐漸上升，當(dāng)達(dá)到與門1的門限電壓時，與門1輸出高電平，再經(jīng)過非門1后，輸出低電平，IN4148截止，C1開始充電，使IC1的2腳電壓降至電源電壓的1/3時，IC1的3腳輸出高電平（Ah）。通過調(diào)節(jié)R1可以調(diào)節(jié)電路動作的靈敏度。2、電路第二部分R4、R5C3ID2（IN555）組成多諧振蕩器。其振蕩周期可有T=0.7（R4+2R5）

6、C3計算得到。由于IC2的4腳（活零）接上了高電平，因此3腳的是從低電平開始的。原理如下：3腳輸出低電平時，7腳相當(dāng)于接地，電容C3通過R5放電，當(dāng)2腳電壓降至1/3電源電壓時，通過2腳產(chǎn)生置“1”指令,3腳輸出高電平；當(dāng)3腳輸出高電平時，7腳相當(dāng)于斷開，則電容C3通過電阻R4充電，6腳電壓逐漸上升，但上升至2/3電源電壓時，通過3腳產(chǎn)生置“0”指令，3腳輸出低電平；這樣該電路周期型的產(chǎn)生振蕩方波，該方波的周期為T°=0.7（R4+2R5）C3。3、電路第三部分該部分電路由IC3、IC4（IC3、IC4為CD4040、非T2、電容C4電阻R6組成定時電路。具體原理如下：由于CD404

7、0為二進(jìn)制十二位計數(shù)器，將多諧振蕩器產(chǎn)生的信號（IC2的3腳的輸出）作為IC3的CP信號，則從IC3的1腳（Q11）可以輸出經(jīng)分頻后的信號，該信號的周期=2氣；將IC3的1腳（Qi）產(chǎn)生的信號作為IC4的CP信號，貝U可以從IC4不同的輸出腳（Q）產(chǎn)生在Ti基礎(chǔ)上經(jīng)分頻后的信號，其周期可用下述公式計算：Ti=2i+1，但由于我們定時只用IC4的輸出腳（Q）產(chǎn)生的前半周期，則定時T時間可以用下述公式計算：ti=2iTi0電容C4電阻R6組成活零電路，當(dāng)給電后，IC3、IC4的輸出腳活零（即從低電平開始輸出），將IC4產(chǎn)生的信號經(jīng)過非門2后，則可從非門的輸出腳產(chǎn)生以高電平為開端的方波信號B（設(shè)該信

8、號的高電平部分用&表示，低電平部分用R表?。﹐4、電路第四部分該部分電路由與門2、與門3、與門4、或門1、非門3、IC5（八選一數(shù)據(jù)選擇器）、繼電器K1、繼電器K2、三極管1、三極管2組成功能組合實現(xiàn)電路。主要是通過各種門電路與IC5的組合實現(xiàn)功能的實現(xiàn)與選擇。電路的第二、三部分的電源通過繼電器K1接到了總電源上了，因此通過對繼電器K2的控制就可以實現(xiàn)部分對第二、三部分電路的控制。第三章電路各功能實現(xiàn)原理由于八選一數(shù)據(jù)選擇器相當(dāng)于一個八路開關(guān),具體有哪一路接通，主要看的是&、S、S2的置位情況。1、IC5的S0置“0”、Si置“0”、S2置“0”，則血接通，則從其輸出腳5腳輸出

9、接到血上的信號。因此若1>:a0接上IC1的3腳產(chǎn)生的信號A后，三極管2截止，繼電器K2不工作，則外電路未被接通，外電路保持?jǐn)嚅_狀態(tài)；2>:a0接上IC1的3腳產(chǎn)生的信號Ah后，三極管2導(dǎo)通，繼電器K2工作，外電路被接通。因此可以實現(xiàn)功能1。2、IC5的So置“1”、Si置“0”、S2置“0”，則a接通，則從其輸出腳5腳輸出接到a上的信號。1>、IC1的3腳輸出A后，與門2“關(guān)閉”，則或門1輸出低電平，進(jìn)而與門3“關(guān)閉”，三極管1截止，繼電器K1不工作，因此電路第二、三部分與電源斷開，電路第二、三部分不工作，與門4“關(guān)閉”，ai接低電平，所以三極管2截止，繼電器K2不工作，外

10、部電路斷開。2、IC1的3腳輸出4后，與門2“開啟”，則或門1輸出高電平，按下任意定時時間選擇開關(guān)后，按下復(fù)位開關(guān)1,此時與門3“開啟”，三極管1導(dǎo)通，繼電器K1工作，因此電路第二、三部分與電源接通，電路第二、三部分工作，電路第三部分產(chǎn)生Bl信號經(jīng)過非門2后，輸出高電平，與門4“開啟”，a接高電平，所以三極管2導(dǎo)通，繼電器K2工作，外部電路閉合，開始工作；一旦所定時間過后，電路第三部分輸出B后，由于非門2的作用，使與門4“關(guān)閉”，則涕接低電平，與門3“關(guān)閉”,電路第二、三部分與電源斷開,a1接低電平，外電路斷開。若要重新定時，則只需按復(fù)位開關(guān)即可。若在定時期間IC1輸出A，則與門2同樣“關(guān)閉”

11、，電路第二、三部分與電源斷開，外電路斷開。因此它能實現(xiàn)功能2。3、IC5的So置“0”、S1置“1”、S2置“0”，則&接通，則從其輸出腳5腳輸出接到a2上的信號。與門2“關(guān)閉”,或門1輸出高電平，按下定時時間選擇開關(guān)后，按下復(fù)位開關(guān)1,與門3“開啟”,三極管1導(dǎo)通，繼電器K1工作，進(jìn)而電路第二、第三部分工作，電路第三部分輸出信號Bl、經(jīng)過非門2后輸出高電平，與門4“開啟”輸出高電平，&接高電平，IC5輸出高電平，三極管2導(dǎo)通，繼電器2工作，外電路接通；一旦所定時間結(jié)束后，電路第三部分輸出B信號，由于非門的作用使與門2“關(guān)閉”，a2接低電平，與門3“關(guān)閉”，電路第二、三部分與電

12、源斷開，a2輸出低電平，外電路斷開。若要重新進(jìn)行定時，則只需按復(fù)位開關(guān)1即可。4、IC5的So置“0”、S1置“1”、S2置“1”，則a6接通，從IC5的5腳輸出的信號與接到a6上的信號一致。其實現(xiàn)的功能是在功能三的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)實現(xiàn)的，因此在此在3所述基礎(chǔ)上加以敘述其原理。在定時中時，從與門4輸出的高電平經(jīng)過非門3后輸出低電平，則三極管2截止，繼電器K2不工作，外電路斷開。當(dāng)定時結(jié)束后，從與門4輸出的低電平經(jīng)過非門3后輸出高電平，則三極管2導(dǎo)通，繼電器K2工作，外電路閉合。若要重新定時，則只需按復(fù)位開關(guān)1即可。1、參數(shù)的設(shè)置取R4=22KR5=100KC3=0.022uF由公式T=0.7(R

13、4+2R5)C3計算可得：T=0.00342s。有公式T1=212T0可計算得：=14.01s因此定時時間計算公式：ti=2可得：12=22=4*14.04=56s,t8=28T1=256*14.01=3594.2s=0.998h,t9=29T1=512*14.01=1.993h,t10=210T1=1024*=3.985h,111=211T1=2048*14.01=7.970h。第四章測試步驟及結(jié)果1、功能一的測試第一步、IC5的S0置“0”、Si置“0”、S2置“0”。第二步、在光照較強時，測IC1的3腳電壓正常情況下應(yīng)該為低電平,即0V附近；在光照較弱時，測IC1的3腳的電壓，正常情況下

14、應(yīng)該是高電平，即4V左右。測試結(jié)果：光照較弱時，為4.17V;光照較強時，為0.00V。測試結(jié)果滿足設(shè)計要求。第三步、將外電路接到繼電器K2上，將電路放置在一個關(guān)照較弱的環(huán)境中，此時正常情況下，外電路的指示燈應(yīng)該亮；若環(huán)境中的光照變強，正常情況下外電路的指示燈應(yīng)該熄滅。測試結(jié)果：光照較弱時，外電路的指示燈亮；關(guān)照變強時，外電路的指示燈熄滅。綜上所測：滿足功能一的設(shè)計，因此符合設(shè)計要求。2、功能二的測試第一步、將S0置“0”、Si置“1”、S2置“0”。第二步、按下定是選擇開光k1（定時時間為12=56s）,在光照情況較強時，按一下復(fù)位開關(guān)1,正常情況下，此時外部電路指示燈不亮（不包括按復(fù)位開關(guān)

15、的一瞬間）；光照較弱時，按一下復(fù)位開關(guān)后，正常情況下，外部電路的指示燈應(yīng)該亮，且亮的時間是56S,56S后，外部電路的指示燈自動熄滅，并且一直保持熄滅狀態(tài)，除非再按復(fù)位開關(guān)。測試結(jié)果：光照較強時，按復(fù)位開光后，外部電路的指示燈不亮；當(dāng)光照較弱是，按一下復(fù)位開關(guān)后，外部電路的指示燈亮，并保持亮的狀態(tài)56秒25。測試表格如下：數(shù)據(jù)記錄表4-1測試次數(shù)12345測試結(jié)果56秒3256秒2556秒1256秒2456秒18第三步、在上述定時過程中，若光照強度從弱變到強后，正常情況下外部電路的指示燈應(yīng)該由亮變?yōu)橄鐮顟B(tài)，并保持熄滅狀態(tài)（即便是光照再變?nèi)跚以谒〞r間區(qū)域內(nèi)）除非在光照弱的情況下按下復(fù)位開關(guān)。

16、測試結(jié)果：在定時中，光照強度突然由弱變強時，外電路的指示燈由亮變?yōu)橄绲臓顟B(tài)。光照再次變強后，外電路的指示燈一直保持熄滅狀態(tài)。在光照弱的前提下，按下復(fù)位開關(guān)后，外電路指示燈變亮并保持亮的狀態(tài)56秒25。綜上所述：滿足功能二的設(shè)計要求，因此滿足設(shè)計。3、功能三的測試第一步、IC5的S）置“0”、Si置“0”、S2置“1”。按下定時選擇開關(guān)ki<第二步、按一下復(fù)位開關(guān)，定時開始。正常情況，外電路的指示燈應(yīng)該變亮，并保持亮的狀態(tài)56秒，56秒后指示燈自動熄滅，并保持熄滅狀態(tài)不變，除非再次按下復(fù)位開關(guān)。測試結(jié)果：按一下復(fù)位開關(guān)，外電路的指示燈變亮，并保持亮的狀態(tài)56秒，56秒后指示燈自動熄滅，保

17、持熄滅狀態(tài)不變，再次按下復(fù)位開關(guān)后，指示燈變亮。測試數(shù)據(jù)如下表：數(shù)據(jù)記錄表4-2測試次數(shù)12344測試結(jié)果56秒225(6秒3056秒3756秒1556秒31綜上所測：結(jié)果滿足功能三設(shè)計要求，因此電路滿足設(shè)計4、功能四的測試第一步、IC5的S）置“0”、Si置“1”、S2置“1”，按下定時選擇開關(guān)ki。第二步、按一下復(fù)位開關(guān)，定時開始。正常情況下，定時時間內(nèi)外電路指示燈保持熄滅，并保持熄滅狀態(tài)56秒，56秒后，外部電路的指示燈變亮，并一直保持亮的狀態(tài)，除非再次按復(fù)位開關(guān)，開始重新定時。測試結(jié)果：按一下復(fù)位開關(guān)，指示燈熄滅，并保持熄滅狀態(tài)56秒25,56秒25后，指示燈變亮，并一直持續(xù)下去。再次

18、按一下復(fù)位開關(guān)，指示燈重新熄滅，開始新的定時。測試數(shù)據(jù)如下表：數(shù)據(jù)記錄表4-3測試次數(shù)12345測試結(jié)果56秒2356秒2056秒4156秒3456秒37綜上所測：設(shè)計滿足功能四要求，因此電路設(shè)計由丁其它定時時間較長，不容易測量。但由丁運用了CD4040!成芯片作為分頻定時電路的核心器件，且CD4040的性能較好，因此前他定時時間可以在測試時間t2的基礎(chǔ)上加以理論推理。取測試時間為56秒25,則t8=26t2=64*56.25=1h,t9=2712=2h,ti0=28t2=4h,tii=210t2=8h。第五章結(jié)論及改進(jìn)設(shè)想1、結(jié)論從上述測試結(jié)果可得：電路與設(shè)計初衷相吻合，能夠完成設(shè)計功能：功能一、只由光信號控制外部照明設(shè)施的開啟與關(guān)閉；功能二、由光信號控制定時電路的開啟，讓外部照明設(shè)施在光線弱的情況下，在定時時間段內(nèi)開啟，定時時間內(nèi)若光線變強，則外部照明設(shè)施自動關(guān)閉，不論定時時間是否完了。定時時間可選56秒、1小時、兩小