1、中北大学电子技术课程设计1第一章 引言课题研究的目的和意义研究目的：通过这次的课题研究我们希望在理清它的发展脉络上进一步了解它的发明原理，将平时所学习的知识运用到实验探索上，这对提高我们的动手能力，创新意识，及锻炼思维活动无疑是一个莫大的帮助。同时我们也希望这次的研究能让同学进一步地了解照明灯，而不是仅局限与课本知识以内。从小的突破点入手，掌握又一项科技知识，从而实现课堂外的又一次提高,为现代教育科学尽一份力量！研究意义：为了能及时地将卫生间内的异味排出，很多家庭都装了换气扇，但一些来客或小孩常常忘记打开换气扇。为了解决这个问题，设计了一种能自动控制换气扇和照明灯的电子装置，这样不给上卫生间的
2、人增添任何麻烦，又能自动换气和开、关灯，节能而方便。吴瑞波：卫生间照明灯、换气扇自动控制电路2第二章 总体方案设计2.1 课题分析它主要由 10 部分组成：电阻；光敏电阻；涤纶、电解、金属化电容；电位器；整流、稳压二极管；晶体三极管；双向可控硅等等。能够通过调节电阻和电容的大小来改变灯亮的时间长短，如果时间过长就应该减小电阻或电容的值，反之则增大。光敏电阻也会使灯的时间受到影响。在白天或光线较亮时,节电开关呈关闭状态,灯不亮；夜间或光线较暗时，节电开关呈预备工作状态，当有人去厕所时，门触发发出触发脉冲，灯亮换气扇工作。当人走后，灯和换气扇经过一段时间自动停止工作。把触发信号转换为直流信号。经过
3、延时电路以后送到控制电路，由控制电路去控制可控硅，若可控硅断开，则整流电路负载断开，若导通，则整流电路负载导通。光敏控制电路把光照变成电信号，从而去控制音频信号往后边输送情况。可见：本电路灯泡和换气扇要受可控硅的控制，可控硅受 555 触发器取得的触发信号和光敏电阻的控制，从而可以实现触控和光控；灯亮和换气扇工作的时间由延时电路的时间长度决定。2.2 设计方案该装置电路工作原理图为：电路工作原理：中北大学电子技术课程设计3它是由磁开关电路、单稳态延时电路、照明灯控制电路、换气扇控制电路和电源电路等组成。当卫生间门关上时，永久磁铁 ZT 与常闭型干簧管 AG 靠得很近，由于 ZT 的磁力作用，导
4、致 AG 内丙触片断开，三极管 VT 无偏流而截止，此时时基集成电路 IC1 的脚呈高电平，故 IC1 处于复位状态，IC1 的脚输出低电平，继电器 J 无电流不吸合，换气扇和照明灯均处于断电状态。一旦有人进入卫生间，在进门的瞬间必然导致 ZT 与 AG 的距离增大，而使得 ZT 的磁力线不能作用于 AG 上，故 AG 内两触片复位接触，此时三极管得到偏流而导通。VT 导通后使 IC1 的脚变为低电平（仅为 VT 的饱和压降值），IC 触发置位，此时 IC1 的脚由原来的低电平跳变为高电平，继电器 J 励磁吸合。J 吸合后，其常开触点 J11 闭合，换气扇 M 通电工作，开始排气。与此同时，J
5、 的另一组常开触点 J12 也闭合，照明灯 H 通电点亮，其高度可由 RP 调节。如果是白天，由于有较强的光线照射在光敏电阻 CdS 上，从而使 CdS 的内阻很小，移相电容器 C6 两端的电压不足以使触发二极管 2ST 导通，故 VS 无触发电流而阻断，照明灯 H 不会点亮。夜晚由于没有阳光照射在 CdS 上，因而 CdS 的内阻变得很大，相当于开路，此时 2ST 导通，VS 导通，照明灯 H 点亮。开门进入卫生间后，尽管门又关上，此时由于 IC1 的单稳态作用，电路仍处于换气及照明（夜晚）状态，开门走时，导致 ZT 远离 AG，之后再次关门，导致 ZT 又靠近 AG，延时一段时间，灯和换气
6、扇均会自动停止工作。为了确保门平时处于关闭状态，有必要在门外安置一根拉簧或换用带扭簧的活页，这样出门后门自动闭合，确保 ZT 和 AG 靠拢。该装置由电容器 C5 降压限流，全桥 U 整流后由 C4 滤波，VDW 稳压后供给电路直流电源。2.3 仿真图和生成的 PCB 板图2.3.1 Multisim7 基本界面基本界面如图 1-1 所示。基本界面最上方是菜单栏（Menus） ，共 11 项；菜单栏下方左面为系统工具栏（System Toolbar） ，共 11 项；中间为设计工具栏（Multisim Design Bar） ，共 8 项；再往右是使用中元件列表（In Use List）和帮助
7、按钮；右上角为仿真开关（Simulate Switch） 。基本界面的左侧为元件工具栏，其中 23 个元件库中分别放置同一类型的元吴瑞波：卫生间照明灯、换气扇自动控制电路4件，左列从上到下分别是电源库（Source） 、基本元件库（Basic） 、二极管库(Diode)、晶体管库（Transistor） 、模拟元件库（Analog） 、TTL 器件库（TTL） 、CMOS 器件库（CMOS） 、各种数字元件库（Miscellaneous Digital） 、混合器件库（Mixed） 、指示器件库（Indicator） 、其它器件库（Miscellaneous） 、射频元件库（RF）和机电类器件
8、库（Electro mechanical） 。右列为与实际元件相对应的现实性仿真元件模型快捷键按钮，共 10 类，从上至下分别是：虚拟电源库、虚拟信号源库、虚拟基本元件库、虚拟二极管库、虚拟三极管库、虚拟模拟元件库、其它虚拟元件库、常用虚拟元件库、虚拟 3D 元件库、虚拟测量元件库。另外，左侧下方还有“放置总线” 、自动通过因特网进入 EDA 网站的“.com”等 4 个功能按钮。基本界面的右侧为仪表工具栏，该工具栏含有 17 种用来对电路工作状态进行测试的仪器仪表，这 17 种测量仪器仪表从上到下分别为数字万用表、函数信号发生器、瓦特表、示波器、4 通道示波器、扫频仪、频率计、字信号发生器、
9、逻辑分析仪、逻辑转换器、I-V 特性分析仪、失真分析仪、频谱分析仪、网络分析仪、美国安捷伦函数信号发生器、美国安捷伦字万用表和美国安捷伦示波器。基本界面的中间部分即电路窗口，相当于一个现实工作中的操作平台，电路图的编辑绘制、仿真分析及波形数据显示等都在此窗口中进行。基本界面最下方为状态栏，状态栏显示有关当前操作以及鼠标所指条目的有用信息。中北大学电子技术课程设计52.3.2 Multisim7 使用方法1定制用户界面定制用户界面的目的在于方便原理图的创建、电路的仿真分析和观察理解。改变当前的电路设置，一般在电路窗口中空白处右击鼠标，选择弹出式菜单。用户喜好设置（用 Options/Prefer
10、ence 进行设置）造成了所有后续电路的默认设置，但是不影响当前电路。2绘制仿真电路图（1）调用元器件操作单击基本界面左侧元件库第 2 个基本元件图标（Basic） ，将出现 Select a component 对话框，单击 Family 栏中的 RESISTOR，再拉动 Component 栏的滚动条，选取 100ohm，单击“OK” ，再在平台上单击左键即可将电阻 R1（在Multisim7 软件中，由于习惯不同，没有下标的标注）放置到平台上，继续单击左键可连续放置电阻，单击右键停止放置；双击 R1，将出现 RESISTOR 对话框，在 Label 页下，将 Reference ID 栏
11、改为 R4，按“确定”退出；单击 R4，可在 R4 四周出现 4 个小方块，再单击菜单 Edit/90Clockwise，可将 R4 顺时针转 90 度竖放；当单击 R4 四周出现 4 个小方块时按住鼠标不放，可将 R4 拖放到平台的任何地方；右击 R4，在出现的下拉菜单中选“Cut”可删除该元件。吴瑞波：卫生间照明灯、换气扇自动控制电路6（2）连接线路放置好元器件后需要对其进行线路连接，操作步骤如下：1）将鼠标指向所要连接的元件引脚上，鼠标指针就会变成带十字圆点状。2）单击并移动鼠标，即可拉出一条虚线；如要在某点转弯，则在转弯处单击一下，然后继续连线。到终点后单击鼠标即自动产生红色连线。3）
12、要删除连线，用鼠标右击该连线，在出现的下拉菜单中选“Delete”即可。用 Multisim 仿真卫生间照明灯、换气扇自动控制器电路的电路图为下图：中北大学电子技术课程设计72.3.3 Protel 的使用方法1. 打开.sch 平台。（1）FILENEW，修改名字保存到电脑（C 盘除外） ，打开 Documents,再FILENEWSchematic Documents，生成.sch 文件。（2）打开.sch 文件，导入 DOS 库，在 Browse Sch，在 Browse 下选择Libraries，点击 ADD/REMOVE，在弹出的框中选中 Protel DOS Schematic L
13、ibraries，点击 ADDOK。（3 在图中载入需要的元器件，注意封装等相关信息的填写，连线右击鼠标Place wire。（4）连线完成后，进行 ERC 检测，TOOLSERC，点击 OK。查看测试结果，无错继续.（5）生成网络表，DesignCreat Netlist，点击 OK。（6）生成材料报表，ReportsBill of MaterialNext（注意勾选Include components with blank Part Types 这个选项）NextNextNextNextFinish。2. 打开.PCB 平台（1） 打开 Documents,再 FILENEWPCB Doc
14、uments，生成.pcb 文件。（2） 打开.pcb 文件，建立电气边界，选定屏幕下方的 KeepOutLayer，右键鼠标选定 Place Track 画一个矩形边框。（3） 载入网络表，DesignNetlistBrowseDocuments选定.net 文件OKExecute，生成的图像在矩形框的右边下方。（1） 放置元器件位置，按照原理图的电器核心，在矩形框中元器件，注意排列紧凑合理。如果矩形框过大，可将元器件移出，重新画上矩形框，原来的框删去。（2） 设计布线规则，DesignRules，在 Routing 项 Rule Classes 框中选定最后一项 Width Constra
15、int，点击 Add，在弹出的窗口中，在 Edit RuleFilter kind 框中选定 Net，在下方的下拉 Net 选定 GND，并在右边的Maximun Width 项中填写导线宽度，要比一般导线要宽，例如这里一般是10mil，这里可以改成 20mil，下方的 Preferred Width 也和上面的一样数值。吴瑞波：卫生间照明灯、换气扇自动控制电路8重复上的步骤在 Net 的下拉项中选定 Vcc，右边数值填写与 GND 一致。（3） 自动布线，Auto RouteAllRoute AllOK。（4） 补泪滴，ToolsTeardropsAddOK。（5） 敷铜，在工具栏 Plac
16、ement Tools 选择 Place Polygon Plane（即第二行的倒数第三个，缺角的矩形） ，点击这个图标，在弹出的窗口中，在Connect to Net：项中选择 GND，在下面的 Track Width 填写数值与导线的宽度相匹配，例如上面的数值范围是 10mil20mil，所以这里最少要比大于10mil（包括 10mil） 。在 Layer 中选择顶层 Toplayer，点击 OK。在框中的四个顶点依次点击进行敷铜。重复上述步骤对底层 BottomLayer 敷铜。（6） 对 PCB 进行检测，ToolsDesign Rule CheckRun DRC,观察生成的报表是否有
17、错。无误则表示设计完成用 protel 设计的电路图如下卫生间换气扇照明灯 protel 电路图中北大学电子技术课程设计9电路生成的 PCB 版图吴瑞波：卫生间照明灯、换气扇自动控制电路10第三章 结果和结论3.1 实验结果：白天当光线照射到光敏电阻上时，其电阻值增大，使触发脉冲脉冲不能通过，则灯泡不亮，但换气扇不受光敏电阻的影响，在白天当有触发脉冲是，换气扇工作。夜间或光线较暗时，光敏电阻因无光照呈低阻，当有触发脉冲时，使得灯泡自动点亮，经过内部设定的时间后，灯泡自动熄灭，换气扇同白天。3.2 实验结论：（1）设计原理清晰，设计性能指标的灵敏度基本达到设计的要求；（2）在整个设计过程中，本着节约的精神，我们用的都是简单廉价的元器件，降低了系统成本。（3）这次毕业设计对我们所学摸电知识起到了加深和巩固的作用，也使我获得了搭建和调试实验电路的能力。（4）锻炼了我主动学习的能力、与他人合作的能力。还可以从各种渠道获得一定的资料共同加以研究学习，提高了我们的综合动手能力。
