電類(lèi)綜合實(shí)驗(yàn)

1、NANJING UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY電類(lèi)綜合實(shí)驗(yàn)學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：學(xué)院:專(zhuān)業(yè)：實(shí)驗(yàn)題目：自動(dòng)定時(shí)汽車(chē)閃光燈電路設(shè)計(jì)與仿真2016年5月20日目錄 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?jī)?nèi)容2 HYPERLINK l bookmark51 o Current Documen

2、t 四、實(shí)驗(yàn)原理3 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 五、實(shí)驗(yàn)儀器與元件5 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 六、實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)與仿真6 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 七、遭遇問(wèn)題及解決方法8 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 八、實(shí)驗(yàn)總結(jié)與體會(huì)8 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 九、參考文獻(xiàn)9 HYPERLINK l bookmark92

3、o Current Document 十、致謝9研究與實(shí)踐自動(dòng)定時(shí)汽車(chē)閃光燈電路設(shè)計(jì)與仿真一、研究目的學(xué)習(xí)繼電器和雙極晶體管特性及使用方法；利用RC一階電路時(shí)間常數(shù)的概念實(shí)現(xiàn)閃爍時(shí)間的自動(dòng)控制；培養(yǎng)查閱資料、選定電子器件的能力；學(xué)會(huì)使用multisim軟件。二、研究背景隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展，汽車(chē)在人們?nèi)粘Ｉ钪械淖饔糜l(fā)重要。然而， 隨著汽車(chē)數(shù)量的急劇增加，汽車(chē)行駛的道路安全越來(lái)越引起人們的關(guān)注。近年來(lái)， 由于汽車(chē)故障引發(fā)的交通事故逐年增加，而汽車(chē)車(chē)燈故障率在汽車(chē)行駛過(guò)程中所 占比率很高，車(chē)燈故障時(shí)不能正確反映汽車(chē)駕駛員的行車(chē)意識(shí)而給安全行車(chē)埋下 事故隱患1。此外，隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，汽

4、車(chē)控制電路已經(jīng)從過(guò)去的全人 工開(kāi)關(guān)發(fā)展到智能控制，大大保證了控制系統(tǒng)的自動(dòng)化，汽車(chē)智能化技術(shù)在汽車(chē) 產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用。因此，探究一套既快又可靠更加合理的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行高性 能汽車(chē)閃光燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，具有非常深遠(yuǎn)的實(shí)際意義。三、研究?jī)?nèi)容實(shí)驗(yàn)部分查閱資料，設(shè)計(jì)自動(dòng)定時(shí)汽車(chē)閃光燈電路；計(jì)算元件參數(shù)，選定器件，搭建線(xiàn)路；調(diào)整電容和電阻的大小，觀察發(fā)光二極管閃光間隔的變化；調(diào)試，記錄參數(shù)及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。仿真部分學(xué)習(xí)multisim軟件；設(shè)計(jì)由繼電器實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的功能的自動(dòng)定時(shí)汽車(chē)閃光燈仿真電路；設(shè)計(jì)由雙極晶體管實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能的自動(dòng)定時(shí)汽車(chē)閃光燈仿真電路；利用仿真優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化電路功能。四、實(shí)驗(yàn)原理1、閃光燈電路

5、原理實(shí)現(xiàn)閃光功能的電路理論是一階電路的充電和放電，通過(guò)儲(chǔ)能元件電容器的 充電和放電的控制，可以實(shí)現(xiàn)閃光燈功能。其簡(jiǎn)化模型的電路圖如圖1所示，該 電路圖由直流電源、限流電阻夫、電容器C和白熾燈rl組成。閃光燈的控制 用開(kāi)關(guān)S表示，當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，電容充電，此時(shí)時(shí)間常數(shù)T=RC，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)， 電容器放電，此時(shí)t2= (RRl)C。通過(guò)調(diào)節(jié)氣、t2的大小，可以改變電容的充 放電時(shí)間，從而改變閃光燈的閃光的時(shí)間間隔2。R S+Us OI E Rl圖1實(shí)現(xiàn)閃光功能的簡(jiǎn)化模擬電路圖2、時(shí)間繼電器工作原理時(shí)間繼電器是一種利用電磁原理或機(jī)械原理實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制的控制電器。它的 種類(lèi)很多，有空氣阻尼型、電動(dòng)型和電子型

6、等。時(shí)間繼電器可分為通電延時(shí)型和 斷電延時(shí)型兩種類(lèi)型3?？諝庾枘嵝蜁r(shí)間繼電器的延時(shí)范圍大(有0.460s和 0.4180s兩種)，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但準(zhǔn)確度較低。時(shí)間繼電器的外形和電路圖 分別如圖2和圖3所示，在圖3中，接線(xiàn)頭1和9相連表示常閉，5和9相連表 示常開(kāi)；接線(xiàn)頭4和12相連表示常閉，8和12相連表示常開(kāi)，13和14表示電 源輸入時(shí)間繼電器的正負(fù)極。圖2時(shí)間繼電器外形圖圖3時(shí)間繼電器線(xiàn)路圖當(dāng)線(xiàn)圈通電時(shí)，時(shí)間繼電器中的銜鐵及托板被鐵心吸引而瞬時(shí)下移，使瞬時(shí) 動(dòng)作觸點(diǎn)接通或斷開(kāi)。但是活塞桿和杠桿不能同時(shí)跟著銜鐵一起下落，因?yàn)榛钊?桿的上端連著氣室中的橡皮膜，當(dāng)活塞桿在釋放彈簧的作用下開(kāi)始向下

7、運(yùn)動(dòng)時(shí)， 橡皮膜隨之向下凹，上面空氣室的空氣變得稀薄而使活塞桿受到阻尼作用而緩慢 下降。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，活塞桿下降到一定位置，便通過(guò)杠桿推動(dòng)延時(shí)觸點(diǎn)動(dòng)作， 使動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合。從線(xiàn)圈通電到延時(shí)觸點(diǎn)完成動(dòng)作，這段時(shí)間就 是繼電器的延時(shí)時(shí)間。延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短可以用螺釘調(diào)節(jié)空氣室進(jìn)氣孔的大小來(lái)改 變。3、直流繼電器工作原理直流繼電器由線(xiàn)圈、鐵芯和幾組常開(kāi)、常閉觸電組成。當(dāng)繼電器線(xiàn)圈接通額 定電壓的直流電時(shí)，線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引鐵芯動(dòng)作，與鐵芯相連的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合， 同時(shí)常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。當(dāng)繼電器線(xiàn)圈斷電時(shí)，線(xiàn)圈失去磁場(chǎng)，被吸引的鐵芯在彈簧 的作用下回復(fù)原位，與鐵芯相連的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，同時(shí)常閉觸點(diǎn)閉合。

8、繼電器就 是通過(guò)控制線(xiàn)圈的通/斷電，實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)的接通與斷開(kāi)，從而達(dá)到對(duì)設(shè)備的邏輯控 制。直流繼電器的外形圖與線(xiàn)路圖分別如圖4和圖5所示。圖4直流繼電器外形圖圖5直流繼電器線(xiàn)路圖4、面包板工作原理面包板的結(jié)構(gòu)如圖4所示，它由上電源區(qū)、中元器件區(qū)、下電源區(qū)等三部分 組成，這三部分由一塊鋁板固定結(jié)合在一起。其中，元器件區(qū)由若干個(gè)5孔“孤 島”組成，“孤島”在內(nèi)部是一個(gè)銅條，保證5個(gè)孔之間是相通的。每個(gè)孔內(nèi)是 一個(gè)有彈性的銅片，當(dāng)元器件的管腳插入孔內(nèi)，就和孤島有了電連接。旌通X苴通旌通D 0 D g 噂7寸。O Q O Q Qi Q j 口 El 口礦q 0 C1 Q U QC Q Q O?QlD。 G

9、OD S 0 n Q EP /QDDa BCBDCIDI n_ 0 D D a s Qtl00al oESQac性 aE3Qo%o OBE1QOD Doo- QQaDo aaaaiclq 000005 QDQao coa-oo - D E3Q9OJ。 呂口 500 BDCDS- a aD&Dn a 0 Q D tt De BoafD -or flncea B e GC-fi-Q CDQOBD QolQailoc. -oBadeoaa-a 0 QQBD e a a-9 D -DcQ n 0a a 0 _9 n d s anaa口 e s gasSQD93a 9ODD- nQQaDD sedans

10、 Q Q a o D 0 0Q9GaD- an&QDa aagQ口加a O0D-&O2D p QeD SO0QD lDclDID p口013url e o口aeQlfl a a 0 0 0 a aQBa口 ooDsaa ODSQ-coe 9DB 0JB oDQoaB cc o-a a D as OD D aeDa 059 OQ-o-aQa DD-&_D_a 9 口QQOIQe BDDDc。o g百 qq a a Jg one ao doaa a QDDa BCBDCIDI n_ 0 D D a s Qtl00al oESQac性 aE3Qo%o OBE1QOD Doo- QQaDo aaaai

11、clq 000005 QDQao coa-oo - D E3Q9OJ。 呂口 500 BDCDS- a aD&Dn a 0 Q D tt De BoafD -or flncea B e GC-fi-Q CDQOBD QolQailoc. -oBadeoaa-a 0 QQBD e a a-9 D -DcQ n 0a a 0 _9 n d s anaa口 e s gasSQD93a 9ODD- nQQaDD sedans Q Q a o D 0 0Q9GaD- an&QDa aagQ口加a O0D-&O2D p QeD SO0QD lDclDID p口013url e o口aeQlfl a a 0

12、 0 0 a aQBa口 ooDsaa ODSQ-coe 9DB 0JB oDQoaB cc o-a a D as OD D aeDa 059 OQ-o-aQa DD-&_D_a 9 口QQOIQe BDDDcYiiifl-bJ迎諺一J-一連泡一-一/圖6面包板構(gòu)造圖圖6所示面包板中，將10個(gè)5孔“孤島”劃分成2部分，每部分內(nèi)部是連 接的，2部分之間不連接。這種布局相當(dāng)于上下電源區(qū)共由8個(gè)25孔“孤島” 組成。為了確定面包板的結(jié)構(gòu)，在電源區(qū)使用前，我們通常先用萬(wàn)用表對(duì)不同排 和列的孔進(jìn)行測(cè)量，如果所測(cè)的孔是連接的，萬(wàn)用表聚會(huì)出現(xiàn)短路情況而報(bào)警， 如果所測(cè)的孔是斷開(kāi)的，則萬(wàn)用表中不會(huì)有電流通過(guò)。

13、五、實(shí)驗(yàn)儀器與元件實(shí)驗(yàn)儀器與元件見(jiàn)表1所示：表1實(shí)驗(yàn)儀器及元件一覽表器件名稱(chēng)器件數(shù)量備注時(shí)間繼電器2個(gè)直流繼電器1個(gè)電容1個(gè)220 mF電阻若干10K發(fā)光二極管6個(gè)導(dǎo)線(xiàn)若干面包板1個(gè)直流穩(wěn)壓電源1個(gè)12V三用表1個(gè)六、實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)與仿真1、模擬仿真通過(guò)查閱相關(guān)資料4-6根據(jù)繼電器的工作原理設(shè)計(jì)了自動(dòng)定時(shí)汽車(chē)閃光燈 的電路圖，如圖7所示。VCC圖7自動(dòng)定時(shí)汽車(chē)閃光燈的電路圖在multisim軟件中將繪制模擬電路圖，如圖8所示，點(diǎn)擊run按鈕運(yùn)行后的 示波器顯示結(jié)果見(jiàn)圖9。日皓MCU glmiJjie Transfer look Bepora QpaonsHHp口修琢I尊0 X Rl.a|3 O

14、IMI3B1國(guó)I3勺 J省TUuLn | b - h肉？節(jié)*忡*括巴野的如回時(shí)F it w &旋。0 I JT險(xiǎn)如igi-、|圖8 multisim界面中的模擬電路圖Oscil oscope-XSC3圖9模擬過(guò)程中示波器顯示結(jié)果2、實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，連接好線(xiàn)路后的實(shí)物電路圖如圖10所示。圖10實(shí)驗(yàn)電路圖3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：用multisim軟件對(duì)自動(dòng)定時(shí)汽車(chē)閃光燈電路電路進(jìn)行模擬仿真，仿真電路和研究與實(shí)踐自動(dòng)定時(shí)汽車(chē)閃光燈電路設(shè)計(jì)與仿真試驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。開(kāi)始調(diào)試后，元件K1、K2、X1分別呈現(xiàn)周期性變化規(guī)律。K1和K2兩個(gè)時(shí)間繼電器一直為相反狀態(tài)，當(dāng)K1閉合時(shí)K2斷開(kāi)，當(dāng) K1斷開(kāi)時(shí)K2

15、閉合。并且當(dāng)K2閉合瞬間電容器放電，小燈泡X1閃爍一次。由連接電路的兩個(gè)示波器的波形驗(yàn)證了電路的周期性變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了 自動(dòng)定時(shí)閃光的功能。七、遭遇問(wèn)題及解決方法1、仿真部分遭遇問(wèn)題：初次接觸multisim軟件時(shí)，會(huì)感覺(jué)對(duì)其使用比較陌生，在仿真過(guò) 程中畫(huà)電路圖時(shí)，會(huì)出現(xiàn)難以迅速找見(jiàn)所需元件圖標(biāo)的情況。在模擬過(guò)程中發(fā)現(xiàn) 示波器顯示的增益很小，且信號(hào)出現(xiàn)周期長(zhǎng)，得不到預(yù)期的結(jié)果。解決方法：在老師及師兄的悉心指導(dǎo)下才獲知，通過(guò)multisim菜單欄里place component下面的方框可輸入查找所需要的元器件，這樣便可快速準(zhǔn)確的完成電 路圖的繪制。在仿真過(guò)程中，可通過(guò)改變示波器界面里Y pos

16、上面的Scale值來(lái) 調(diào)節(jié)示波器顯示圖的增益大小，通過(guò)改變直流計(jì)數(shù)器界面上的Frequency值大小 來(lái)調(diào)節(jié)示波器里面信號(hào)出現(xiàn)的周期。2、實(shí)驗(yàn)部分遭遇問(wèn)題：第一次連接線(xiàn)路時(shí)，時(shí)間繼電器和直流繼電器由于接線(xiàn)復(fù)雜而容 易弄混和接錯(cuò)，最終導(dǎo)致通電后二極管不工作。第二次重新連線(xiàn)后發(fā)現(xiàn)三個(gè)繼電 器是工作的，周期性的通電和閉合，而二極管始終不工作。解決方法：連接線(xiàn)路時(shí)首先在面包板上先定正負(fù)極，然后在草稿紙上標(biāo)記各 導(dǎo)線(xiàn)接頭對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)，最后按照設(shè)計(jì)的電路圖依次連接各回路。通電后發(fā)現(xiàn)二極 管不工作，我們采取的解決辦法是利用萬(wàn)用表依次測(cè)定各元器件以以及旁路接線(xiàn) 間的電流或電壓，最后發(fā)現(xiàn)是二極管處的面包板接觸不良

17、，通過(guò)重新將二極管插 緊后發(fā)現(xiàn)所有元件正常工作，從而成功將問(wèn)題解決。八、實(shí)驗(yàn)總結(jié)與體會(huì)本次試驗(yàn)通過(guò)時(shí)間繼電器、直流繼電器、電容以及電阻等元器件的組合設(shè)計(jì) 了自動(dòng)定時(shí)汽車(chē)閃光燈電路，利用multisim軟件模擬和仿真該電路的工作過(guò)程。最后，通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)來(lái)論證了模擬的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)理論模擬和實(shí)際操作結(jié)果一致， 實(shí)現(xiàn)了模擬仿真與具體實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)一。對(duì)于非電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)這樣的一個(gè)電路圖還是有一定難度的。雖 然本科時(shí)學(xué)過(guò)電工原理方面的相關(guān)課程，但對(duì)于繼電器和面包板等以前從未結(jié)束 過(guò)的元器件依然感覺(jué)陌生和茫然，對(duì)實(shí)驗(yàn)室擺放的各電路模塊感覺(jué)“似曾相識(shí)”。 所幸，通過(guò)老師和師兄們的悉心指導(dǎo)，以及自己孜孜不倦的查閱文獻(xiàn)和搜索相關(guān) 知識(shí)，最終在短時(shí)間內(nèi)順利完成了該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與操作。實(shí)驗(yàn)不是目的，本次課 程中我的真正收獲在于接觸了不同專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)，了解了 multisim軟件模擬與 仿真過(guò)程，拓寬了自己的視野和眼界。九、參考文獻(xiàn)1吳韓飛.汽車(chē)尾燈自動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)與仿真J.機(jī)械工程師,2014,08:153-155.黃錦安等.電工技術(shù)基礎(chǔ).北京：電子工業(yè)出版社，2011華成英等.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2015趙家松，嚴(yán)偉榆，張海濤.