多功能光控、定时可调组合开关

1、序号：编号:“新通州杯”吉林大学大学生电子设计作品竞赛设计报告作品名称：多功能光控、定时可多组能开关申报者姓名：郑永瑞、罗祥、彭伟所在学院：仪器科学与电气工程学院“新通州杯”吉林大学大学生电子设计作品竞赛组委会制二。九年三月目录：第一章方案选择2第二章各部分原理概述1、电路第一部分42、电路第二部分43、电路第三部分54、电路第四部分5第三章电路各功能实现原理1、参数的设置6第四章测试步骤及结果1、功能一的测试72、功能二的测试73、功能三的测试84、功能四的测试8第五章结论及改进设想1、结论92、不足与改进设想10第六章参考资料10附录：电路图11总述：本作品的光控部分主要运用NE555将光

2、信号转换成电信号；定时部分是通过运用集成芯片CD4040将NE555构成的多谐振荡器产生的矩形波加以分频，用分频产生的方波信号的半个周期作为定时时间来实现的。将上述两部分通过各种门电路组合，并用八选一数据选择器加以选择来实现四种功能的。功能一、只由光信号控制外部照明设施的开启与关闭；功能二、由光信号控制定时电路的开启，让外部照明设施在光线弱的情况下，在定时时间段内开启，定时时间内若光线变强，则外部照明设施自动关闭，不论定时时间是否完了。定时时间可选56秒、1小时、两小时、四小时、八小时。功能三、作为定时电路使用。定时时间内外部电路工作。定时时间同样可调；功能四、定时时间内外部电路不工作。定时时

3、间可调表01功能选择按键功能一功能二功能三功能四K60（接地）0（接地）0（接地）1（接高电平）K70（接地）0（接地）1（接局电平）1（接高电平）K80（接地）1（接局电平）0（接地）0（接地）表02定时时间选K1K2K3K4K5择建定时时间56秒1小时2小时4小时8小时第一章方案选择定时方案一：方案原理简述：由NE555为核心元件构成多谐振荡器，用其产生的矩形波给电容C3（云母电容）充电。调节矩形波的占空比，则一个周期内电容上就会由电荷积累，当电荷积累产生的电压达到2/3电源电压时，IC2的3脚就会输出低电平，定时结束。图1-1方案特点：电路简单，调试容易，但是定时时间受电源、矩形波的波动

4、的影响较大，定时时间的误差较大，且定时时间不可调，定时不好控制。定是方案二：方案原理简述：由NE555为核心元件构成多谐振荡器，用两级CD4040构成的“分频器”将NE555产生的信号“分频”，用分频后信号的半周期作为定时时间。方案特点：运用了CD4040芯片，定时时间比较准确且可调，电路调试简单，但是定时时间不能连续调节。图1-2方案选择：选择方案二。原因有二：1、定时时间较准确。2、定时时间可在设定的档内调节。第二章各部分原理概述1、电路第一部分R1、R2（光敏电阻MG45、R3与门1、非门1、IN4148、C1、C2,IC1NE555所组成的电路使将光信号转化成电信号进而对后及电路进行控

5、制。具体原理如下：白天关照较强时R2受光照射而成低阻态，与门1成“关闭状态”，输出为低电平',再经过非T1后，输出为高电平，这样IN4148导通，IC1的6脚为高电平，则3脚输出为低电平（Al）;当光线变弱时，R2的阻值变大，随着光线的继续变弱，R2两端的电压逐渐上升，当达到与门1的门限电压时，与门1输出高电平，再经过非门1后，输出低电平，IN4148截止，C1开始充电，使IC1的2脚电压降至电源电压的1/3时，IC1的3脚输出高电平（Ah）。通过调节R1可以调节电路动作的灵敏度。2、电路第二部分R4、R5C3ID2（IN555）组成多谐振荡器。其振荡周期可有T=0.7（R4+2R5）

6、C3计算得到。由于IC2的4脚（活零）接上了高电平，因此3脚的是从低电平开始的。原理如下：3脚输出低电平时，7脚相当于接地，电容C3通过R5放电，当2脚电压降至1/3电源电压时，通过2脚产生置“1”指令,3脚输出高电平；当3脚输出高电平时，7脚相当于断开，则电容C3通过电阻R4充电，6脚电压逐渐上升，但上升至2/3电源电压时，通过3脚产生置“0”指令，3脚输出低电平；这样该电路周期型的产生振荡方波，该方波的周期为T°=0.7（R4+2R5）C3。3、电路第三部分该部分电路由IC3、IC4（IC3、IC4为CD4040、非T2、电容C4电阻R6组成定时电路。具体原理如下：由于CD404

7、0为二进制十二位计数器，将多谐振荡器产生的信号（IC2的3脚的输出）作为IC3的CP信号，则从IC3的1脚（Q11）可以输出经分频后的信号，该信号的周期=2气；将IC3的1脚（Qi）产生的信号作为IC4的CP信号，贝U可以从IC4不同的输出脚（Q）产生在Ti基础上经分频后的信号，其周期可用下述公式计算：Ti=2i+1，但由于我们定时只用IC4的输出脚（Q）产生的前半周期，则定时T时间可以用下述公式计算：ti=2iTi0电容C4电阻R6组成活零电路，当给电后，IC3、IC4的输出脚活零（即从低电平开始输出），将IC4产生的信号经过非门2后，则可从非门的输出脚产生以高电平为开端的方波信号B（设该信

8、号的高电平部分用&表示，低电平部分用R表小）o4、电路第四部分该部分电路由与门2、与门3、与门4、或门1、非门3、IC5（八选一数据选择器）、继电器K1、继电器K2、三极管1、三极管2组成功能组合实现电路。主要是通过各种门电路与IC5的组合实现功能的实现与选择。电路的第二、三部分的电源通过继电器K1接到了总电源上了，因此通过对继电器K2的控制就可以实现部分对第二、三部分电路的控制。第三章电路各功能实现原理由于八选一数据选择器相当于一个八路开关,具体有哪一路接通，主要看的是&、S、S2的置位情况。1、IC5的S0置“0”、Si置“0”、S2置“0”，则血接通，则从其输出脚5脚输出

9、接到血上的信号。因此若1>:a0接上IC1的3脚产生的信号A后，三极管2截止，继电器K2不工作，则外电路未被接通，外电路保持断开状态；2>:a0接上IC1的3脚产生的信号Ah后，三极管2导通，继电器K2工作，外电路被接通。因此可以实现功能1。2、IC5的So置“1”、Si置“0”、S2置“0”，则a接通，则从其输出脚5脚输出接到a上的信号。1>、IC1的3脚输出A后，与门2“关闭”，则或门1输出低电平，进而与门3“关闭”，三极管1截止，继电器K1不工作，因此电路第二、三部分与电源断开，电路第二、三部分不工作，与门4“关闭”，ai接低电平，所以三极管2截止，继电器K2不工作，外

10、部电路断开。2、IC1的3脚输出4后，与门2“开启”，则或门1输出高电平，按下任意定时时间选择开关后，按下复位开关1,此时与门3“开启”，三极管1导通，继电器K1工作，因此电路第二、三部分与电源接通，电路第二、三部分工作，电路第三部分产生Bl信号经过非门2后，输出高电平，与门4“开启”，a接高电平，所以三极管2导通，继电器K2工作，外部电路闭合，开始工作；一旦所定时间过后，电路第三部分输出B后，由于非门2的作用，使与门4“关闭”，则涕接低电平，与门3“关闭”,电路第二、三部分与电源断开,a1接低电平，外电路断开。若要重新定时，则只需按复位开关即可。若在定时期间IC1输出A，则与门2同样“关闭”

11、，电路第二、三部分与电源断开，外电路断开。因此它能实现功能2。3、IC5的So置“0”、S1置“1”、S2置“0”，则&接通，则从其输出脚5脚输出接到a2上的信号。与门2“关闭”,或门1输出高电平，按下定时时间选择开关后，按下复位开关1,与门3“开启”,三极管1导通，继电器K1工作，进而电路第二、第三部分工作，电路第三部分输出信号Bl、经过非门2后输出高电平，与门4“开启”输出高电平，&接高电平，IC5输出高电平，三极管2导通，继电器2工作，外电路接通；一旦所定时间结束后，电路第三部分输出B信号，由于非门的作用使与门2“关闭”，a2接低电平，与门3“关闭”，电路第二、三部分与电

12、源断开，a2输出低电平，外电路断开。若要重新进行定时，则只需按复位开关1即可。4、IC5的So置“0”、S1置“1”、S2置“1”，则a6接通，从IC5的5脚输出的信号与接到a6上的信号一致。其实现的功能是在功能三的基础上加以改进实现的，因此在此在3所述基础上加以叙述其原理。在定时中时，从与门4输出的高电平经过非门3后输出低电平，则三极管2截止，继电器K2不工作，外电路断开。当定时结束后，从与门4输出的低电平经过非门3后输出高电平，则三极管2导通，继电器K2工作，外电路闭合。若要重新定时，则只需按复位开关1即可。1、参数的设置取R4=22KR5=100KC3=0.022uF由公式T=0.7(R

13、4+2R5)C3计算可得：T=0.00342s。有公式T1=212T0可计算得：=14.01s因此定时时间计算公式：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。第四章测试步骤及结果1、功能一的测试第一步、IC5的S0置“0”、Si置“0”、S2置“0”。第二步、在光照较强时，测IC1的3脚电压正常情况下应该为低电平,即0V附近；在光照较弱时，测IC1的3脚的电压，正常情况下

14、应该是高电平，即4V左右。测试结果：光照较弱时，为4.17V;光照较强时，为0.00V。测试结果满足设计要求。第三步、将外电路接到继电器K2上，将电路放置在一个关照较弱的环境中，此时正常情况下，外电路的指示灯应该亮；若环境中的光照变强，正常情况下外电路的指示灯应该熄灭。测试结果：光照较弱时，外电路的指示灯亮；关照变强时，外电路的指示灯熄灭。综上所测：满足功能一的设计，因此符合设计要求。2、功能二的测试第一步、将S0置“0”、Si置“1”、S2置“0”。第二步、按下定是选择开光k1（定时时间为12=56s）,在光照情况较强时，按一下复位开关1,正常情况下，此时外部电路指示灯不亮（不包括按复位开关

15、的一瞬间）；光照较弱时，按一下复位开关后，正常情况下，外部电路的指示灯应该亮，且亮的时间是56S,56S后，外部电路的指示灯自动熄灭，并且一直保持熄灭状态，除非再按复位开关。测试结果：光照较强时，按复位开光后，外部电路的指示灯不亮；当光照较弱是，按一下复位开关后，外部电路的指示灯亮，并保持亮的状态56秒25。测试表格如下：数据记录表4-1测试次数12345测试结果56秒3256秒2556秒1256秒2456秒18第三步、在上述定时过程中，若光照强度从弱变到强后，正常情况下外部电路的指示灯应该由亮变为熄灭状态，并保持熄灭状态（即便是光照再变弱且在所定时间区域内）除非在光照弱的情况下按下复位开关。

16、测试结果：在定时中，光照强度突然由弱变强时，外电路的指示灯由亮变为熄灭的状态。光照再次变强后，外电路的指示灯一直保持熄灭状态。在光照弱的前提下，按下复位开关后，外电路指示灯变亮并保持亮的状态56秒25。综上所述：满足功能二的设计要求，因此满足设计。3、功能三的测试第一步、IC5的S）置“0”、Si置“0”、S2置“1”。按下定时选择开关ki<第二步、按一下复位开关，定时开始。正常情况，外电路的指示灯应该变亮，并保持亮的状态56秒，56秒后指示灯自动熄灭，并保持熄灭状态不变，除非再次按下复位开关。测试结果：按一下复位开关，外电路的指示灯变亮，并保持亮的状态56秒，56秒后指示灯自动熄灭，保

17、持熄灭状态不变，再次按下复位开关后，指示灯变亮。测试数据如下表：数据记录表4-2测试次数12344测试结果56秒225(6秒3056秒3756秒1556秒31综上所测：结果满足功能三设计要求，因此电路满足设计4、功能四的测试第一步、IC5的S）置“0”、Si置“1”、S2置“1”，按下定时选择开关ki。第二步、按一下复位开关，定时开始。正常情况下，定时时间内外电路指示灯保持熄灭，并保持熄灭状态56秒，56秒后，外部电路的指示灯变亮，并一直保持亮的状态，除非再次按复位开关，开始重新定时。测试结果：按一下复位开关，指示灯熄灭，并保持熄灭状态56秒25,56秒25后，指示灯变亮，并一直持续下去。再次

18、按一下复位开关，指示灯重新熄灭，开始新的定时。测试数据如下表：数据记录表4-3测试次数12345测试结果56秒2356秒2056秒4156秒3456秒37综上所测：设计满足功能四要求，因此电路设计由丁其它定时时间较长，不容易测量。但由丁运用了CD4040!成芯片作为分频定时电路的核心器件，且CD4040的性能较好，因此前他定时时间可以在测试时间t2的基础上加以理论推理。取测试时间为56秒25,则t8=26t2=64*56.25=1h,t9=2712=2h,ti0=28t2=4h,tii=210t2=8h。第五章结论及改进设想1、结论从上述测试结果可得：电路与设计初衷相吻合，能够完成设计功能：功能一、只由光信号控制外部照明设施的开启与关闭；功能二、由光信号控制定时电路的开启，让外部照明设施在光线弱的情况下，在定时时间段内开启，定时时间内若光线变强，则外部照明设施自动关闭，不论定时时间是否完了。定时时间可选56秒、1小时、两小