雞舍燈光控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上雞舍燈光控制器 學(xué) 院：機(jī)電學(xué)院年級(jí)專業(yè)：2006級(jí)機(jī)械電子工程學(xué) 號(hào)：姓 名：指導(dǎo)教師：中國(guó) 陜西 楊凌專心-專注-專業(yè)目 錄中文摘要1英文摘要1引言21方案論證22系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)功能22.2總體設(shè)計(jì)32.2.1系統(tǒng)框圖32.2.2各模塊框圖32.3原理簡(jiǎn)述42.3.1補(bǔ)光原理42.3.2電路原理42.4器件選擇43電路設(shè)計(jì)3.1直流穩(wěn)壓電源53.1.1直流穩(wěn)壓電源電路圖63.1.2器件選擇和參數(shù)計(jì)算63.2光照控制電路3.2.1光照控制電路電路圖及原理63.2.2器件選擇和參數(shù)計(jì)算63.3時(shí)鐘控制電路3.3.1電子鐘電路73.3.2邏輯控制電路93.4主電路3

2、.4.1主電路圖133.4.2說明133.5整體電路圖133.6結(jié)果分析143.6.1直流穩(wěn)壓電源模塊143.6.2CP模塊153.6.3電子鐘模塊153.6.4控制模塊154結(jié)論16參考文獻(xiàn)·17致謝·18摘 要對(duì)雞舍燈光控制方式進(jìn)行分析，綜合其優(yōu)缺點(diǎn)提出一種合理的控制模式。運(yùn)用電子技術(shù)相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)了雞舍燈光自動(dòng)控制電路。采用光照控制電路和時(shí)鐘控制電路組合控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)雞舍進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)光。解決了不同天氣、不同季節(jié)雞舍燈光控制復(fù)雜的問題。核心部分是控制電路，其優(yōu)劣決定了補(bǔ)光的合理性與準(zhǔn)確性等整體性能。設(shè)計(jì)過程中采用了加拿大Interactive Image Technolog

3、ies Ltd.公司的設(shè)計(jì)軟件Multisim7.0，通過電腦仿真來設(shè)計(jì)電路圖，并測(cè)試其各個(gè)模塊的功能，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：雞舍補(bǔ)光；光照控制；時(shí)鐘控制AbstractSheds light on the analysis of control, its advantages and disadvantages of the integrated control of a reasonable model. Knowledge of the use of electronic technology designed sheds light automatic control circui

4、t. Illumination using the clock control circuit and control circuit combination of control, the realization of automatic sheds light up. Solution of different weather, different seasons sheds light control of complex issues. The core of the control circuits, their advantages and disadvantages determ

5、ine the reasonableness of premium light, such as overall performance and accuracy. The design process used in Canada, Interactive Image Technologies Ltd. The company's design software Multisim7.0, through computer simulation to design schematics, and test the functions of its various modules, an

6、d ultimately the design requirements.Keywords: sheds light up; light control; clock control引言雞舍的燈光控制是蛋雞飼養(yǎng)中的重要一環(huán)。根據(jù)雞舍結(jié)構(gòu)、飼養(yǎng)方式的不同，要確定相應(yīng)的控制方法。不同燈光控制器不僅控制原理不同，而且其適用范圍也不同。目前在實(shí)際生產(chǎn)采用的雞舍燈光控制器的類型主要有：DF-24型可編程序定時(shí)控制器、KG-316型微電腦時(shí)控開關(guān)、漸開漸滅型燈光控制器、速開速滅型燈光控制器等，這些燈光控制器采用電腦芯片進(jìn)行定時(shí)控制，價(jià)格比較昂貴。也有采用石英鐘或其它方式作定時(shí)控制的燈光控制器，有的就是簡(jiǎn)單

7、的定時(shí)控制，有的帶有光敏控制。但其控制方式基本相同。本設(shè)計(jì)采用常見的電子元器件實(shí)現(xiàn)光照控制和時(shí)鐘控制相結(jié)合的控制電路。與高端的雞舍燈光控制器相比，雖然功能較少，精度不高，但實(shí)現(xiàn)了基本的控制功能，滿足了實(shí)際需要，同時(shí)大大降低了成本，適合于中小規(guī)模的養(yǎng)雞場(chǎng)。與低端的雞舍燈光控制器相比，功能比較完備，控制效果要更好。1方案論證系統(tǒng)的方案有三種：恒光強(qiáng)電路設(shè)定雞舍內(nèi)的光照強(qiáng)度，對(duì)雞舍內(nèi)光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，與設(shè)定值比較后輸出控制信號(hào)，控制補(bǔ)光設(shè)備補(bǔ)光，使雞舍內(nèi)的光照強(qiáng)度恒定。光照延時(shí)電路白天利用自然光照，傍晚從某一設(shè)定時(shí)刻開始補(bǔ)光，用延時(shí)裝置控制補(bǔ)光設(shè)備補(bǔ)光一段時(shí)間。光照、時(shí)鐘雙控電路用時(shí)鐘電路設(shè)定需要補(bǔ)

8、光的時(shí)間段和不需要補(bǔ)光的時(shí)間段，在需要補(bǔ)光的時(shí)間段內(nèi)，光照控制電路控制補(bǔ)光設(shè)備補(bǔ)光，使雞舍內(nèi)的光照強(qiáng)度恒定。方案1比較容易實(shí)現(xiàn)，但不夠科學(xué)，沒有考慮雞的生活習(xí)性，另外耗能也比較大；方案2節(jié)約了電能，充分利用了自然光，但不易實(shí)現(xiàn)凌晨補(bǔ)光和陰雨天的補(bǔ)光，延遲補(bǔ)光的開始時(shí)間也需要隨著季節(jié)的改變而改變，不方便調(diào)節(jié)；方案3具有方案1、2的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)彌補(bǔ)了其缺陷：在夜晚設(shè)定了不補(bǔ)光的時(shí)間段，使雞能夠休息好，在補(bǔ)光的時(shí)間段保持雞舍內(nèi)的光照強(qiáng)度恒定，在晴天實(shí)現(xiàn)了傍晚、凌晨雙段補(bǔ)光，同時(shí)解決了陰雨天氣補(bǔ)光的問題，在季節(jié)變換時(shí)也不需要調(diào)節(jié)。因此采用方案3。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)功能該系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能： 在晴天實(shí)現(xiàn)

9、日出前、日落后雙段時(shí)間補(bǔ)光 在陰雨天可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)光 季節(jié)交替時(shí)能自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)光時(shí)間的長(zhǎng)短2.2總體設(shè)計(jì)2.2.1系統(tǒng)框圖雞舍燈光控制器的原理框圖如下，電路包括以下幾個(gè)部分：直流穩(wěn)壓電源、光照控制電路、時(shí)鐘控制電路以及主電路。圖1 雞舍燈光控制器原理框圖2.2.2各模塊框圖直流穩(wěn)壓電源如圖2：圖2 直流穩(wěn)壓電源原理框圖光照控制電路如圖3：圖3 光照控制電路原理框圖時(shí)鐘控制電路如圖4：圖4 時(shí)鐘控制電路原理框圖主電路如圖5：圖5 主電路原理框圖2.3原理簡(jiǎn)述2.3.1補(bǔ)光原理補(bǔ)光原理如圖6.圖6 補(bǔ)光原理圖如上圖6所示，光照控制和時(shí)鐘控制兩種控制方式疊加在一起就是補(bǔ)光的實(shí)際效果，夏季補(bǔ)光實(shí)現(xiàn)了凌晨提

10、前二個(gè)小時(shí)補(bǔ)燈光，天亮后接受自然光，天黑后延續(xù)二個(gè)小時(shí)補(bǔ)光。隨著晝夜時(shí)差；春、夏、秋、冬補(bǔ)光時(shí)間自行調(diào)節(jié)，冬季補(bǔ)光時(shí)間相對(duì)最長(zhǎng)，補(bǔ)光時(shí)間可提前及延長(zhǎng)4-5小時(shí)之久。通過對(duì)光敏電阻的調(diào)整，還可以設(shè)定陰雨天全天自動(dòng)補(bǔ)光的功能。2.3.2電路原理如系統(tǒng)框圖所示，對(duì)市電進(jìn)行變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后獲得直流穩(wěn)壓電源，為光照控制電路、時(shí)鐘控制電路提供低壓直流電源；光照控制電路、時(shí)鐘控制電路對(duì)控制量進(jìn)行處理后控制主電路中補(bǔ)光設(shè)備的運(yùn)行，進(jìn)行補(bǔ)光。直流穩(wěn)壓電源、光照控制電路、主電路為模擬電路；時(shí)鐘控制電路為數(shù)字電路。2.4器件選擇表1：元器件明細(xì)表序號(hào)名稱型號(hào)參數(shù)數(shù)量1TTL集成邏輯與非門740022TTL集

11、成邏輯與非門741013TTL集成邏輯非門740444TTL集成邏輯與門740815TTL集成邏輯或門743236TTL集成邏輯或非門741027十進(jìn)制BCD碼計(jì)數(shù)器74LS16068BCD七段譯碼顯示器DCD_HEX49定時(shí)器555110電阻150111電阻470112電阻6K113電阻47K214光敏電阻2K/2M115電位器2 K116電位器10 K117電容220F118電容10F119電容10nF120二極管IN4007521穩(wěn)壓二極管6V122發(fā)光二極管LED123三極管9013124電壓繼電器6V225刀開關(guān)單級(jí)一位226按鈕開關(guān)227白熾燈220V/100W228熔斷器1A12

12、9交流變壓器220V/15V130導(dǎo)線若干3電路設(shè)計(jì)3.1直流穩(wěn)壓電源3.1.1直流穩(wěn)壓電源電路圖考慮到直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓固定，輸出電流變化范圍較小，可采用二極管穩(wěn)壓電路。電路圖如右圖7：圖7 直流穩(wěn)壓電源電路圖3.1.2器件選擇和參數(shù)計(jì)算輸出電壓：負(fù)載電流：UI的選擇：UI（23）UZ=1218V變壓器的選擇：變比k=220/（1218）=12.218.3：1；可取k=15：1，此時(shí)UI=14.7V穩(wěn)壓管的選擇：，限流電阻的選擇：；取電容的選擇：取C=220f整流二極管的選擇：D1D4選用IN40073.2光照控制電路3.2.1光照控制電路電路圖及原理使用光敏電阻將光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，

13、通過晶體管放大后控制繼電器的吸合，設(shè)計(jì)電路如右圖8.圖8 光照控制電路電路圖根據(jù)光敏電阻的特點(diǎn)，在充足的自然光線下光敏電阻R3為低阻2K ，這時(shí)晶體管Q1截止，繼電器K釋放，當(dāng)夜暮來臨后光敏電阻呈高阻2M，Q1飽和導(dǎo)通，繼電器吸合，K的常開觸點(diǎn)接通補(bǔ)光燈泡供電回路。3.2.2器件選擇和參數(shù)計(jì)算V1即直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓，為6VLED1為電源指示燈，R1為保護(hù)電阻，取晶體管Q1選擇9013R3為光敏電阻，低阻2K，高阻2MR2取為6 K電位器R4的選擇：對(duì)于Q1，Q1導(dǎo)通時(shí)，故R3=2K時(shí)應(yīng)保證Q1可靠截止，R3=2M時(shí)應(yīng)保證Q1飽和導(dǎo)通，故電位器R4取為10 K繼電器K1選擇電壓繼電器，D1

14、反并聯(lián)在K1線圈兩端，其反壓保護(hù)作用，選用IN40073.3時(shí)鐘控制電路3.3.1電子鐘電路1.CP模塊CP信號(hào)發(fā)生器是秒表電路的核心，其作用是產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率的脈沖信號(hào)，振蕩頻率的精度和穩(wěn)定度決定了電子鐘的質(zhì)量。設(shè)計(jì)中采用555定時(shí)器與RC組成多諧振蕩器來實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)CP信號(hào)發(fā)生器如右圖9所示?？紤]到計(jì)時(shí)最小單位為1s，故設(shè)定輸出的脈沖頻率為1Hz，周期T=1s，占空比為2/3。多諧振蕩器振蕩周期的計(jì)算公式如下：圖9 CP信號(hào)發(fā)生器由于實(shí)際電路中要求R1、R21K，同時(shí)R1+R23.3M，故取C1=10F，代入上式計(jì)算得R1=R2=48 K?？扇蓚€(gè)47 K的電阻與一個(gè)2K的電位器串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，電

15、位器滑動(dòng)端調(diào)至50%位置處。為提高555定時(shí)器比較器參考電壓的穩(wěn)定性，在5腳與地之間接電容C2=0.01F。2.計(jì)時(shí)器模塊由電子表原理可知1s、1min、1h位為十進(jìn)制，10s、10min位為六進(jìn)制，10h位為二十四進(jìn)制。故1s、1min、1h位直接使用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160，10s、10min位用74160接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，10h位用74160接成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器?？衫弥梦环ń映闪M(jìn)制計(jì)數(shù)器，原理圖如圖10所示。圖10 六進(jìn)制計(jì)數(shù)器原理圖利用74160的同步置數(shù)端（LD）實(shí)現(xiàn)的六進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路如圖11所示。圖11 六進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖同樣，可用2片74160實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器采用異

16、步CP方式連接，低位的進(jìn)位信號(hào)是高位的時(shí)鐘信號(hào)。由于74160是CP作用的計(jì)數(shù)器，故片間通過非門連接。電路圖如圖12所示。圖12 二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖3.譯碼顯示模塊采用集成的譯碼顯示模塊，內(nèi)含電阻、譯碼器、顯示器4.調(diào)時(shí)模塊利用按鈕開關(guān)控制1min、1h位，利用CP信號(hào)發(fā)生器的脈沖作為調(diào)時(shí)的脈沖信號(hào)5.電子鐘電路總電路圖經(jīng)過以上設(shè)計(jì)可得到電子鐘電路總電路圖如圖13所示。圖13 電子鐘電路電路圖3.3.2邏輯控制電路利用小時(shí)位的兩個(gè)74160的輸出作為邏輯控制電路的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)一天之中03、2223時(shí)控制信號(hào)為0，其余時(shí)刻控制信號(hào)為1表2 真值表列出真值表如表2。編號(hào)輸入輸出ABCDEFY

17、QB2QA2QD1QC1QB1QA10000000010000010200001003000011040001001500010116000110170001111800100019001001110001010×11001011×12001100×13001101×14001110×15001111×16010000117010001118010010119010011120010100121010101122010110123010111124011000125011001126011010×27011011×

18、28011100×29011101×30011110×31011111×32100000133100001134100010035100011036100100×37100101×38100110×39100111×40101000×41101001×42101010×43101011×44101100×45101101×46101110×47101111×48110000×49110001×50110010

19、5;51110011×52110100×53110101×54110110×55110111×56111000×57111001×58111010×59111011×60111100×61111101×62111110×63111111×利用Multisim中的邏輯轉(zhuǎn)換器對(duì)真值表進(jìn)行化簡(jiǎn)得到邏輯表達(dá)式：Y=AE'+B +C+D 輸出變量Y的高電平控制繼電器的吸合，利用基本邏輯門組成邏輯電路即可實(shí)現(xiàn)此功能。由此可設(shè)計(jì)出時(shí)鐘控制電路如下圖14.圖14 時(shí)鐘控制電

20、路電路圖3.4主電路3.4.1主電路圖主電路采用白熾燈進(jìn)行補(bǔ)光，將白熾燈并聯(lián)后與開關(guān)、繼電器串聯(lián)組成電路。電路如下圖15.圖15 主電路電路圖3.4.2說明白熾燈額定電壓為220V，根據(jù)實(shí)際情況可并聯(lián)多個(gè)，但應(yīng)根據(jù)其功率選擇相應(yīng)的熔斷器F1。繼電器K1、K2分別受光照控制電路和時(shí)鐘控制電路的控制。J1為應(yīng)急開關(guān)，合上J1后，控制電路不再起作用。3.5整體電路圖將以上設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源、光照控制電路、時(shí)鐘控制電路、主電路組合起來，得到整體電路如下圖16.圖16 整體電路圖3.6結(jié)果分析利用仿真軟件Multisim7.0對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真測(cè)試并分析測(cè)試結(jié)果如下：由于整體電路的元件比較多，仿真起來

21、速度很慢，所以先對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行仿真調(diào)試：3.6.1直流穩(wěn)壓電源模塊在整體電路圖中的直流穩(wěn)壓電源（即在帶載情況下）輸出端加示波器，觀察輸出電壓的幅值及波形是否平穩(wěn)，結(jié)果如下圖17圖17 直流穩(wěn)壓電源測(cè)試波形圖t=10 ms/DivU=5V/Div3.6.2CP模塊在多諧振蕩器的輸出端接示波器后開始仿真，觀察輸出信號(hào)并測(cè)量其幅值、周期、占空比，結(jié)果見圖18，符合設(shè)計(jì)要求。t=1s/DivU=5V/Div圖18：CP模塊測(cè)試波形圖3.6.3電子鐘模塊電子鐘模塊的測(cè)試主要有三個(gè)方面：組成的六進(jìn)制、二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器的測(cè)試：將六進(jìn)制、二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器獨(dú)立出來，在CP端加上脈沖信號(hào)發(fā)生器，觀察其QAQD端和

22、進(jìn)位輸出端的信號(hào)波形。片間進(jìn)位是否正常的測(cè)試：將計(jì)數(shù)器模塊獨(dú)立出來，在CP端加上脈沖信號(hào)發(fā)生器，頻率適當(dāng)調(diào)大一些（如10KHz），觀察數(shù)碼管顯示以判斷進(jìn)位是否正常。調(diào)時(shí)電路的測(cè)試：按下調(diào)時(shí)按鈕開關(guān)，觀察數(shù)碼管顯示以判斷是否實(shí)現(xiàn)調(diào)時(shí)功能。經(jīng)過仿真，結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。3.6.4控制模塊控制模塊的測(cè)試主要有兩個(gè)方面：光照控制電路的測(cè)試：在光照控制電路兩端加上6V直流電源，改變光敏電阻的阻值（在亮阻2K暗阻2M之間），觀察繼電器在光敏電阻為亮阻時(shí)是否釋放及在暗阻時(shí)是否吸合。時(shí)鐘控制電路的測(cè)試：將邏輯控制電路獨(dú)立出來，在1h、10h位的計(jì)數(shù)器的CP端加上脈沖信號(hào)發(fā)生器，在邏輯電平輸出端加示波器，觀察數(shù)碼管顯示為0003、2223時(shí)輸出邏輯電平是否為低電平，數(shù)碼管顯示為0421時(shí)輸出邏輯電平是否為高電平。經(jīng)過仿真，結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。4結(jié)論經(jīng)過設(shè)計(jì)方案的比較、論證、確定，系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)、仿真測(cè)試，最終完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定功能。電路的主要優(yōu)點(diǎn)在于采用光照控制電路和時(shí)鐘控制電路相結(jié)合進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)雞舍進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)光。解決了不同天氣、不同季節(jié)雞舍燈光控制復(fù)雜的問題。另外，由于采用的是常見的電子元器件，電路簡(jiǎn)單、無需編程，造價(jià)也比較低廉，