电类综合实验

1、NANJING UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY电类综合实验学生姓名：学号：学院:专业：实验题目：自动定时汽车闪光灯电路设计与仿真2016年5月20日目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 一、研究目的2 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 二、研究背景2 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 三、研究内容2 HYPERLINK l bookmark51 o Current Documen

2、t 四、实验原理3 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 五、实验仪器与元件5 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 六、实验电路的设计与仿真6 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 七、遭遇问题及解决方法8 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 八、实验总结与体会8 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 九、参考文献9 HYPERLINK l bookmark92

3、o Current Document 十、致谢9研究与实践自动定时汽车闪光灯电路设计与仿真一、研究目的学习继电器和双极晶体管特性及使用方法；利用RC一阶电路时间常数的概念实现闪烁时间的自动控制；培养查阅资料、选定电子器件的能力；学会使用multisim软件。二、研究背景随着现代社会的不断发展，汽车在人们日常生活中的作用愈发重要。然而， 随着汽车数量的急剧增加，汽车行驶的道路安全越来越引起人们的关注。近年来， 由于汽车故障引发的交通事故逐年增加，而汽车车灯故障率在汽车行驶过程中所 占比率很高，车灯故障时不能正确反映汽车驾驶员的行车意识而给安全行车埋下 事故隐患1。此外，随着电子技术的迅速发展，汽

4、车控制电路已经从过去的全人 工开关发展到智能控制，大大保证了控制系统的自动化，汽车智能化技术在汽车 产品得到广泛应用。因此，探究一套既快又可靠更加合理的设计方法，进行高性 能汽车闪光灯控制系统的设计研究，具有非常深远的实际意义。三、研究内容实验部分查阅资料，设计自动定时汽车闪光灯电路；计算元件参数，选定器件，搭建线路；调整电容和电阻的大小，观察发光二极管闪光间隔的变化；调试，记录参数及实验现象。仿真部分学习multisim软件；设计由继电器实现开关的功能的自动定时汽车闪光灯仿真电路；设计由双极晶体管实现开关功能的自动定时汽车闪光灯仿真电路；利用仿真优势，优化电路功能。四、实验原理1、闪光灯电路

5、原理实现闪光功能的电路理论是一阶电路的充电和放电，通过储能元件电容器的 充电和放电的控制，可以实现闪光灯功能。其简化模型的电路图如图1所示，该 电路图由直流电源、限流电阻夫、电容器C和白炽灯rl组成。闪光灯的控制 用开关S表示，当S断开时，电容充电，此时时间常数T=RC，当开关闭合时， 电容器放电，此时t2= (RRl)C。通过调节气、t2的大小，可以改变电容的充 放电时间，从而改变闪光灯的闪光的时间间隔2。R S+Us OI E Rl图1实现闪光功能的简化模拟电路图2、时间继电器工作原理时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器。它的 种类很多，有空气阻尼型、电动型和电子型

6、等。时间继电器可分为通电延时型和 断电延时型两种类型3。空气阻尼型时间继电器的延时范围大(有0.460s和 0.4180s两种)，它的结构简单，但准确度较低。时间继电器的外形和电路图 分别如图2和图3所示，在图3中，接线头1和9相连表示常闭，5和9相连表 示常开；接线头4和12相连表示常闭，8和12相连表示常开，13和14表示电 源输入时间继电器的正负极。图2时间继电器外形图图3时间继电器线路图当线圈通电时，时间继电器中的衔铁及托板被铁心吸引而瞬时下移，使瞬时 动作触点接通或断开。但是活塞杆和杠杆不能同时跟着衔铁一起下落，因为活塞 杆的上端连着气室中的橡皮膜，当活塞杆在释放弹簧的作用下开始向下

7、运动时， 橡皮膜随之向下凹，上面空气室的空气变得稀薄而使活塞杆受到阻尼作用而缓慢 下降。经过一定时间，活塞杆下降到一定位置，便通过杠杆推动延时触点动作， 使动断触点断开，动合触点闭合。从线圈通电到延时触点完成动作，这段时间就 是继电器的延时时间。延时时间的长短可以用螺钉调节空气室进气孔的大小来改 变。3、直流继电器工作原理直流继电器由线圈、铁芯和几组常开、常闭触电组成。当继电器线圈接通额 定电压的直流电时，线圈产生磁场，吸引铁芯动作，与铁芯相连的常开触点闭合， 同时常闭触点断开。当继电器线圈断电时，线圈失去磁场，被吸引的铁芯在弹簧 的作用下回复原位，与铁芯相连的常开触点断开，同时常闭触点闭合。

8、继电器就 是通过控制线圈的通/断电，实现触点的接通与断开，从而达到对设备的逻辑控 制。直流继电器的外形图与线路图分别如图4和图5所示。图4直流继电器外形图图5直流继电器线路图4、面包板工作原理面包板的结构如图4所示，它由上电源区、中元器件区、下电源区等三部分 组成，这三部分由一块铝板固定结合在一起。其中，元器件区由若干个5孔“孤 岛”组成，“孤岛”在内部是一个铜条，保证5个孔之间是相通的。每个孔内是 一个有弹性的铜片，当元器件的管脚插入孔内，就和孤岛有了电连接。旌通X苴通旌通D 0 D g 噂7寸。O Q O Q Qi Q j 口 El 口矿q 0 C1 Q U QC Q Q O?QlD。 G

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13、五、实验仪器与元件实验仪器与元件见表1所示：表1实验仪器及元件一览表器件名称器件数量备注时间继电器2个直流继电器1个电容1个220 mF电阻若干10K发光二极管6个导线若干面包板1个直流稳压电源1个12V三用表1个六、实验电路的设计与仿真1、模拟仿真通过查阅相关资料4-6根据继电器的工作原理设计了自动定时汽车闪光灯 的电路图，如图7所示。VCC图7自动定时汽车闪光灯的电路图在multisim软件中将绘制模拟电路图，如图8所示，点击run按钮运行后的 示波器显示结果见图9。日皓MCU glmiJjie Transfer look Bepora QpaonsHHp口修琢I尊0 X Rl.a|3 O

14、IMI3B1国I3勺 J省TUuLn | b - h肉？节*忡*括巴野的如回时F it w &旋。0 I JT险如igi-、|图8 multisim界面中的模拟电路图Oscil oscope-XSC3图9模拟过程中示波器显示结果2、实验操作实验操作过程中，连接好线路后的实物电路图如图10所示。图10实验电路图3、实验结果分析：用multisim软件对自动定时汽车闪光灯电路电路进行模拟仿真，仿真电路和研究与实践自动定时汽车闪光灯电路设计与仿真试验结果如图9所示。开始调试后，元件K1、K2、X1分别呈现周期性变化规律。K1和K2两个时间继电器一直为相反状态，当K1闭合时K2断开，当 K1断开时K2

15、闭合。并且当K2闭合瞬间电容器放电，小灯泡X1闪烁一次。由连接电路的两个示波器的波形验证了电路的周期性变化规律，实现了 自动定时闪光的功能。七、遭遇问题及解决方法1、仿真部分遭遇问题：初次接触multisim软件时，会感觉对其使用比较陌生，在仿真过 程中画电路图时，会出现难以迅速找见所需元件图标的情况。在模拟过程中发现 示波器显示的增益很小，且信号出现周期长，得不到预期的结果。解决方法：在老师及师兄的悉心指导下才获知，通过multisim菜单栏里place component下面的方框可输入查找所需要的元器件，这样便可快速准确的完成电 路图的绘制。在仿真过程中，可通过改变示波器界面里Y pos

16、上面的Scale值来 调节示波器显示图的增益大小，通过改变直流计数器界面上的Frequency值大小 来调节示波器里面信号出现的周期。2、实验部分遭遇问题：第一次连接线路时，时间继电器和直流继电器由于接线复杂而容 易弄混和接错，最终导致通电后二极管不工作。第二次重新连线后发现三个继电 器是工作的，周期性的通电和闭合，而二极管始终不工作。解决方法：连接线路时首先在面包板上先定正负极，然后在草稿纸上标记各 导线接头对应的标号，最后按照设计的电路图依次连接各回路。通电后发现二极 管不工作，我们采取的解决办法是利用万用表依次测定各元器件以以及旁路接线 间的电流或电压，最后发现是二极管处的面包板接触不良

17、，通过重新将二极管插 紧后发现所有元件正常工作，从而成功将问题解决。八、实验总结与体会本次试验通过时间继电器、直流继电器、电容以及电阻等元器件的组合设计 了自动定时汽车闪光灯电路，利用multisim软件模拟和仿真该电路的工作过程。最后，通过具体实验来论证了模拟的结果，发现理论模拟和实际操作结果一致， 实现了模拟仿真与具体实验的统一。对于非电类专业的学生来说，设计这样的一个电路图还是有一定难度的。虽 然本科时学过电工原理方面的相关课程，但对于继电器和面包板等以前从未结束 过的元器件依然感觉陌生和茫然，对实验室摆放的各电路模块感觉“似曾相识”。 所幸，通过老师和师兄们的悉心指导，以及自己孜孜不倦的查阅文献和搜索相关 知识，最终在短时间内顺利完成了该实验的设计与操作。实验不是目的，本次课 程中我的真正收获在于接触了不同专业领域的知识，了解了 multisim软件模拟与 仿真过程，拓宽了自己的视野和眼界。九、参考文献1吴韩飞.汽车尾灯自动控制电路的设计与仿真J.机械工程师,2014,08:153-155.黄锦安等.电工技术基础.北京：电子工业出版社，2011华成英等.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，2015赵家松，严伟榆，张海涛.