全自动多用途应急灯电路设计.doc

.- 课程设计任务书 课程名称： 电子技术课程设计 题 目： 自动应急灯 学 院： 信息工程学院 系： 自动化系 专业班级： 电气133班 学 号： 6101113139 学生姓名： 晏小亮 起讫日期： 2015-6-29至2015-7-10 指导教师： 郑朝丹 学院审核（签名）： 审核日期： 自动应急灯设计 要求：1.电路具有蓄电功能； 2.电路具有电压检测功能； 3.电路具有延时时间10分钟左右功能； 4.电路具有光控检测功能； 5.设计仿真与调试。 介绍 目前市面上大多数应急灯仅仅在市电突然中断时自动点亮。并不考虑现场是否需要照明，比如，白天断电时，应急灯也会点亮，大多数应急灯为节约成本，无防过充及防止深度放电的保护电路。因此蓄电池常因为过充电和深度放电而损坏。在选择应急照明灯时，应根据具体情况合理选择应急照明系统。一般来说，新建工程或设有消防控制室的工程，应尽量在建设过程中统一布线，选用集中电源集中控制型应急照明；对于小型场所、后期整改或二次装潢改造的工程应选用自带电源独立控制型应急照明。全自动多用途应急灯主要由蓄电池充电电路、光控检测电路、延时电路几部分组成。实现白天断电不停电，晚上断电才停电的功能。 设计方案 本应急灯由电源电路、蓄电池充电电路、电压检测电路、光控检测电路和延时电路几部分组成，其结构框图如图所示 电源电路 蓄电池充电电路 电压检测电路 光控检测电路 延时电路 输入 ~220V K 此应急灯由市电供电，在白天或环境光照比较强时，当220V交流市电正常供电时，经电源电路后输出稳定的直流电压，然后对蓄电池进行充电。电压检测电路对降压整流后输出的脉动电压进行分压后，检测出B点的电压是否是高电平，若是则对延时电路输出高电平信号，使延时电路处于静止状态，无法使点亮发光二极管。当220V交流市电断电时，电压检测输入端输入高电平信号，此时周围的环境光线突然由强变弱，产生了一个正跳变电压，产生一个上升沿脉冲提供光控检测输入端，经过反相后输出一个下降沿的脉冲信号给延时电路，输出高电平信号，应急灯被点亮。经过一段时间延时后，应急灯自动熄灭,电路恢复。 单元电路设计 1 电源电路设计 该电路由降压变压器、桥式整流电路和电容滤波电路三部分组成，如图2所示。该电路主要是对蓄电池进行不间断的充电。 U0 C3 1uF ~220V电源插头 u1 220V u2 D V1 V2 V3 V4 1A/400V D1 1N4001 R1 15K R2 49.9K C1 0.22uf C2 2200uF + B T1 图1 电源电路原理图 工作原理：先由变压器T1将220V的交流市电电压降压为13.2V的交流电压，变压器的匝数比是17.3：1， 当交流电压为正半周的时候，V2，V4导通，V1，V3截止。得到正半周的电压。 当交流电压为负半周的时候，V2，V4截止，V1，V3导通。得到反相的正半周的电压。经过整流得到脉动直流电压。 再经和构成的电容滤波电路滤除交流成分后输出稳定的12.5V直流电压。 D1的作用是隔离限幅，R1,R2分压。 2 充电电路设计 根据图3可知，蓄电池充电电路由12V/10Ah铅酸蓄电池组成恒压不间断充电电源，确保蓄电池随时处于充电备用状态，12V铅酸蓄电池的最大限充电压为14.4V。A点电压为15.1V，经D2下降0.7V后提供给铅酸蓄电池。电阻可以限制充电电压大小，可以防止市电停电后蓄电池反向放电。 铅酸蓄电池价格低廉，充电技术成熟，维护要求低。根据要求，后备电池选用12V/1.2Ah标准系列，其供电12小时以上。 则其功率由额定电压U和额定电流I确定： P=IU 引用公式可知，可得该蓄电池的功率P： P=14.4W D2 1N4001 C1 0.22uf 12V/1.2Ah蓄电池 R4 10/1W A UI R1 15K R2 49.9K + C2 2200uf C3 1uf D1 1N4001 图2 蓄电池充电电路原理图 3 电压检测电路设计 该电路用来检测经整流后输出的脉动电压经过电阻R1和R2分压后，B点电压的高低，以此来判断市电是否断电。和对降压整流后输出的脉动电压进行分压后，检测出B点的电压，经过F1反相后给F2的电压检测输入端输入信号，若是高电平，不管此时周围光线如何变化，F2输出的都是高电平信号提供给555的2脚，延时电路处于静止状态。若 B点的电压为低电平，经F1反相后给F2的电压检测输入端输入高电平信号，使延时电路触发。 U0 ~220V电源插头 u1 220V u2 D V1 V2 V3 V4 1A/400V D1 1N4001 R1 15K R2 49.9K C1 0.22uf F1 B T1 图3 电压检测电路原理图 工作原理：由图6可知，电压检测电路是由、、、、组成。 当220V交流市电正常供电时，降压整流后输出的脉动电压经过R1和R2分压后，B点电压为8.7V高电平，该电压经过F1反相后,变为低电平。 当220V交流市电断电后，因为有的隔离作用，所以B点电压迅速下降到0V，该电压经过F1反相后变为高电平。以此达到检测市电是否正常供电的作用。是与非门集成电路。 4 延时电路设计 UI 12V/1.2Ah 蓄电池 MG45 RG 光敏电阻 R3 1K C4 510pf F1 F2 R5 10K R6 10K + C5 2200uf C6 100nf 1 8 3 4 RST 7 DIS 6 THR 2 TRI 5 COM VCC GND OUT LM555CM U0 图5 延时电路原理图 该电路的延时时间由电阻R6和极性电容C5确定。 T≈1.1R6C5 R6和C5的乘积越大，延时时间越长，乘积越小，延时时间越短。由该电路电阻R6和C5的值可以确定其延时时间T： T≈1.1*10*100 ≈17（min） 5 光控检测电路设计 该电路是根据光敏电阻的感光原理来设计的，光线的强弱决定了光敏电阻阻值的大小因而决定了其两端的电压的大小。光照越强，光敏电阻的电阻率越小，则光敏电阻两端的电压越小。光照越弱，光敏电阻的电阻率越大，则光敏电阻两端的电压越大。 UI 12V/1.2Ah 蓄电池 R3 1K C4 510pf F1 R5 10K MG 45 RG 光敏电阻 U0 F2 图6 光控检测电路原理图 6 自动切换开关设计 K是电磁继电器，当给该电路加的输入信号UI为高电平时，三极管导通，电磁继电器K的线圈中有电流通过，并产生足够大的电磁力，使衔铁受到电磁吸力的作用被吸向线圈而闭合，该电路被连通，应急灯也被点亮。当给该电路加的输入信号UI为低电平时，三极管是截止的，电磁继电器K的线圈中不会有电流流过，就不会产生电磁力，则衔铁就不会受到电磁吸力的作用还是处于原来的常开状态，该电路还是处于切断状态，应急灯不会亮。 仿真与调试 仿真电路图中，开关S1代替光敏电阻，当开关S1闭合时，表示光敏两端的电压近似0V，其电阻阻值很小，说明此时周围的环境光线十分强。当开关S1表示开关断开时，表示光敏电阻两端的电压很大，其电阻阻值无穷大，说明此时周围的环境光线强度十分弱。当开关突然由断开到闭合表示周围的环境光线突然由强变弱。当开关突然由闭合到断开表示周围的环境光线突然由弱变强。 总　结 本次我的设计任务是全自动多用途应急灯电路，在完成过程中不仅让我可以复习和巩固原来所学的知识，还让我对我所学专业有了更加深入的了解。 通过本次的设计，我更加理解电源电路设计的方法，学会了555定时器和555的实际应用中的延时电路和蓄电池充电电路的设计和光敏电阻的工作原理以及电磁继电器的工作原理，以及其它一些元器件的参数选择和计算，加深了对模拟电子技术和数字电子技术两者在实际应用电路中的关系与转换。同时学会了运用仿真软件Multisim做实际电路的仿真。这次毕业设计是把我们所学知识运用到实际设计制作中的一次综合能力训练，是以前我们所做的实验、实训无法相比的。 在实物制作的时候，很多元器件没有买多，蓄电池使用的是12V直流电源代替的。许多电阻和电容找不到设计时的大小，只能采用大小相近的器件代替。而采用的面包板搭线，因为其内结构过于松散，且难以承受太大的电流。购买的灯泡额定功率过小，在接好线测试的时候闪亮了几下就烧坏了。所以最后实物制作失败了。 参考文献 [1] 戴付生主编.基础电子电路设计与实践.北京:国防工业出版社，2002 [2] 杨清学主编.电子装配工艺.北京:电子工业出版社，2002 [3] 赵文博等编著.新型常用集成电路速查手册.北京:人民邮电出版社，2006 [4] 郑应光主编.模拟电子线路（一）.南京:东南大学出版社，2005 [5] 伊大成编译.智能应急灯的制作.北京:人民邮电出版社，2003 整机电路原理图 ~220V电源插头 u1 220V u2 D V1 V2 V3 V4 1A/400V D1 1N4001 R1 15K R2 49.9K C1 0.22uf R3 1K MG45 RG 光敏电阻 C4 510p F1 F2 R5 10K R6 10K + C5 2200uf C6 100nf 1 8 3 4 RST 7 DIS 6 THR 2 TRI 5 COM VCC GND OUT LM555CM Q1 2NG715 + _ _ K + C2 2200uf C3 1uf D2 1N4001 R4 10/1W 12V/1.2Ah 蓄电池 .- 元件明细表 项目代号 名称、型号、规格 数量 R1 15kΩ电阻 1 R2 49.9kΩ电阻 1 R3 1kΩ电阻 1 R4、R7 10Ω电阻 1 R5、R6 10kΩ电阻 2 C1 220nF电容 1 C2、C5 2200uF电极电容 2 C3 1uF电容 1 C4 510pF电容 1 C6 100nF电容 1 D1、D2 1N4007GP二极管 6 LED 12V25W灯泡 1 Q1 2N6715三极管 1 V1 220V/50Hz电源 1 V2 12V蓄电池 1 F1A、F2B 74s00 1 K 1Ma/1GΩ继电器 1 U1 LM555CM定时器 1 Key B开关 1 T1 220V/12V变压器 1 RG MG45光敏电阻 1