毕业设计 推拉窗自动控制系统设计.doc

1、毕业设计I2008 届本科毕业设计推拉窗自动控制系统设计系 别： 物理与信息工程系 专 业： 电子信息工程 目 录摘要与关键词 II0 引言 11 工作原理 1 1.1 固体继电器的工作原理及应用11.2 正反转电机的工作原理及应用11.3 接近开关的应用22 推拉窗自动控制的总体结构设计22.1 制作原理22.2 系统框图42.3 接近开关电路的设计42.4 固体继电器电路的设计42.5 正反转电机控制电路的设计52.6 整体电路图63 实验结果64 结语6毕业设计II参考文献7致谢7毕业设计III摘要本设计是设计了一个自动控制推拉窗，为实现自动控制，它由继电器、接近开关、电动机、自动控制等

2、元器件组成。它操作简单，方便，并且利用接近开关显示自动窗完全关闭或完全打开。它的出现给人们带来了极大的方便。故而受到了广大人们的喜爱。随着社会经济的发展，它也得到了广泛的应用，它主要被应 用 于 办 公 楼 、 宾 馆 、 医 院 、 图 书 馆 、 体 育 馆 、 候 机 楼 、 展 览 馆 、 工 厂 厂 房 、民 用 别 墅 等 场 所 。关键词固态继电器；接近开关；电动机；自动控制；Tuila Chuang automatic control system designAbstractThis design is a design automation Tuila Chuang, Fo

3、r the realization of automatic control ,It consists of relays,switches,control components and other components.It is simple, convenient, and to close windows automatically switch display completely open or completely closed. It gave rise to the emergence of a great convenience. Therefore, by the maj

4、ority of peoples favorite. With the socio-economic development ,It also has been widely use, It is mainly being used in office buildings, hotels, hospitals, libraries, sports centres, airport, exhibition halls, factory premises, villas and other civilian sites.KeywordsRelay； Switch；electromotor；auto

5、mation毕业设计10 引言随 着 物 质 文 明 建 设 的 不 断 完 善 ， 良 好 的 居 住 环 境 及 安 全 已 成 为 购 房 首 要 考 虑 的 问 题 ，而 门 窗 则 是 安全 需 要 首 先 解 决 的 问 题 。 正 是 随 着 人 类 的 进 步 、 科 学 的 发 展 ， 门 窗 也 随 之 被 人 们 来 改 造 更 新 ， 它 也 越 来越 具 有 它 的 特 色 以 及 独 有 的 功 能 ， 它 的 出 现 给 人 们 带 来 了 极 大 的 方 便 ， 更 解 决 了 人 们 对 安 全 的 后 顾 之 忧 。现 在 大 多 数 的 门 窗 都 是 智

6、 能 化 的 ， 它 们 所 具 有 的 功 能 都 是 根 据 人 们 的 需 求 而 被 设 计 出 来 的 ， 人 们 需 要 什么 就 会 给 他 们 设 计 什 么 样 的 程 序 ， 他 们 是 随 着 人 们 的 意 愿 而 改 变 的 。 我 们 可 以 将 其 内 置 于 任 何 型 材 的 门窗 型 腔 内 ， 便 会 使 普 通 门 窗 实 现 “安 全 和 美 观 ”两 全 其 美 的 智 能 安 全 防 护 ， 抛 弃 笼 子 似 的 防 盗 网 ， 同 时其 他 功 能 完 美 的 智 能 发 挥 ， 也 将 使 生 活 轻 松 快 乐 ， 让 人 们 真 正 享

7、受 智 能 科 技 给 我 们 带 来 的 方 便 。 数字式控制器是指输入量和输出量以数字量的形式出现的控制器。自从单片计算机得到广泛应用之后，数字技术就已经在各个行业得到应用，在控制系统领域中，其应用更是越来越引起人们的注意 1。1 工作原理1.1 固体继电器的工作原理及应用交流固态继电器SSR(solid state releys)是一种无触点通断电子开关，它利用电子元件 (如开关三极管、双向可控硅等半导体器件)的开关特性，可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的，为四端有源器件，其中两个端子为输入控制端，另外两端为输出受控端。为实现输入与输出之间的电气隔离，器件中采用了高耐压的专业光电

8、耦合器。当施加输入信号后，其主回路呈导通状态，无信号时呈阻断状态。整个器件无可动部件及触点，可实现相当于常用电磁继电器一样的功能。其封装形式也与传统电磁继电器基本相同。它于1974年由美国OPTO22公司发明，由于它的无触点工作特性，使其在许多领域的电控及计算机控制方面得到日益广范的应用 2。固体继电器(Solid State Relay缩写 SSR)是利用现代微电子技术与电力电子技术相结合而发展起来的一种新型无触点电子开关器件。固态继电器（SSR）是利用丹立器件、集成模块和微电子技术制成的无触点开关器件。它可实现输入回路与负载之间的电隔离和信号耦合，该器件工作可靠、对外干扰小、抗干扰能力强、

9、寿命长、开关速度快、井能与集成电路兼容 3。它可实现用微弱的控制信号(几毫安到几十毫安)控制0 1A直至几百A电流负载,进行无触点接通或分断。固体继电器是一种四端器件，两个输入端,两个输出端。输入端接控制信号，输出端与负载、电源串联,SSR实际是一十受控的电力电子开关。其等效电路见图1。图1 固体继电器等效电路固体继电器与通常的电磁继电器不同：无触点、输入电路与输出电路之间光(电)隔离、由分立元件、半导体徽电子电路芯片和电力电子器件组装而成,以阻燃受环氧树脂为原料，采用灌封技术将其封闭在外壳中，使与外界隔离，具有良好的耐压、防腐、防潮抗震动功能 4。1.2 正反转电机的工作原理及应用在控制微型

10、电动机或洗衣机电动机正反转时，常用分相电容器将单相电流分成两相电流。采用单相电容控制电动机的正、反相运转一般有良种方法：一是在电机与电源短开时将主、副绕组中任何以一绕组的首尾两段互换；二是在电机停转时，串接于主绕组上的电容器改接到副绕组上。单相毕业设计2交流电动机正反转控制电路，采用了二块故态继电器SSR1、SSR2 ，作为一种新型无触点开关，它能取代电磁继电器，驱动电流阀、单相和三相交流感应电动机等。固态继电器（SSR）具有低噪音、无火花、高灵敏度、工作效率高、使用寿命长等优点。1.3 接近开关的应用全制式接近开关是一种最新型的开关量传感器，它同时具有三种逻辑制式的输出，即正逻辑、负逻辑和浮

11、空逻辑，可满足控制上的各种逻辑组合和“触点”组合，因而逻辑兼容性好 5。感式接近电开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由 LC 高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减,内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是金属导电体 610。接近开关是与运动部件无机械接触而能动作的位置开关，亦称无接触开关或无触点行开关。它可通过运动的金属或非金属物体接近开关感应面，无接触压力自动发出检测信号以驱动继电器或逻辑电路。因其具有体积小、

12、频率响应快、重复精度高、工作电压范围宽、抗干扰性能好、无机械磨损、无火花、无噪声、耐振动以及安装调试方便、使用寿命长等特点，广泛用于冶金、化工、烟草、矿山、纺织、机械、自动流水线、易燃易爆及多尘场合等诸多领域。亦适用于机床限位、计数、测速、液面控制并可与计数器相连接作计数传感器使用。2 推拉窗自动控制的总体结构设计2.1 制作原理推拉窗是有固态继电器、正反转控制电动机、滑轮、接近开关等元器件组成。它的操作简单方便，故而受到了广泛的应用。它的操作控制首先是由一个接近开关控制整个电路的流程。由于它的操作继而来控制继电器的运行，SSR 成功地实现了弱信号 (Vsr)对强电( 输出端负载电压)的控制。

13、由于光耦合器的应用，使控制信号所需的功率极低(约十余毫瓦就可正常工作) ，而且 Vsr 所需的工作电平与 TTL、HTL、CMOS 等常用集成电路兼容,可以实现直接联接。这使 SSR 在数控和自控设备等方面得到广泛应用。在相当程度上可取代传统的“线圈簧片触点式”继电器( 简称“MER”)。交流型 SSR 由于采用过零触发技术，因而可以使 SSR 安全地用在计算机输出接口上，不必为在接口上采用 MER 而产生的一系列对计算机的干扰而烦恼。此外，SSR 还有能承受在数值上可达额定电流十倍左右的浪涌电流的特点。如图 2a 所示为稳定的阻性负载，为了防止输入电压超过额定值，需设置一限流电阻 Rx；当负

14、载为非稳定性负载或感性负载时，在输出回路中还应附加一个瞬态抑制电路，如图 2c,目的是保护固态继电器。通常措施是在继电器输出端加装 RC 吸收回路(例如：R=150 ，C =0.5 F 或 R=39 ，C=0.1 F)，它可以有效的抑制加至继电器的瞬态电压和电压指数上升率 dv/dt。另一个常用的措施是在继电器输出端接入具有特定钳位电压的电压控制器件，如双向稳压二极管或压敏电阻(MOV)。压敏电阻电流值应按下式计算：Imov=(Vmax-Vmov)/ZS其中 ZS为负载阻抗、电源阻抗以及线路阻抗之和，Vmax、Vmov 分别为最高瞬态电压、压敏电阻的标称电压，对于常规的 220V 和 380V

15、 的交流电源，推荐的压敏电阻的标称电压值分别为440-470V 和 760-810V。在交流感性负载上并联 RC 电路或电容，也可抑制加至 SSR 输出端的瞬态电压和电压指数上升率。但实验表明，RC 吸收回路，特别是并联在 SSR 输出端的 RC 吸收回路，如果和感性负载组合不当，容易导致振荡，在负载电源上电或继电器切换时，加大继电器输出端的瞬变电压峰值，增大 SSR 误导通的可能性，所以，对具体应用电路应先进行试验，选用合适的 RC参数，甚至有时不用 RC 吸收电路更有利。对于容性负载引起的浪涌电流可用感性元件抑制，如在电路中引入磁干扰滤波器、扼流圈等，以限制快速上升的峰值电流。另外，如果输

16、出端电流上升变化率(di /dt)很大，可以在输出端串联一个具有高磁导率的软化磁芯的电感器加以限制。毕业设计3(b) (a)(c)图 2 继电器工作原理图通常 SSR 均设计为“常开”状态，即无控制信号输入时，输出端是开路的，但在自动化控制设备中经常需要“常闭”式的 SSR，这时可在输入端外接一组简单的电路，如图 2c，这时即为常闭 SSR。通过继电器的运作再来带动正反转电机的运动，从而使门窗左右运动方便实用 AE 系列3AE 系列固态继电器是在 E系列固态继电器的输入控制端增加了整流电路 11。所以该系列固态继电器是交流输入控制。交流过零导通。过零关断输出的无触点继电器。其控制端额定输入电压

17、AC50 220V。额定输入电流 AC110mA，可靠导通电压 AC50V，可靠关断电压 AC8V。当继电器工作时，如图 3 是其工作原理图，如图所示：V1 为单结晶体管 BT33C，它与 R1、R2、R3 和C1 组成一个张弛式震荡器， SCR 为单向可控硅，按下启动按钮 AN1 后，电路通电，因为 SCR 无触发电压，所不导通，继电器 J 不工作电源通过 R4 和 VD1 给电容 C2 迅速充电至接近电源电压。同时，电源经 R1 给电容 C1 充电。数秒后，C1 上电压充到 V1 的触发电压，C1 立即通过 V1 放电，在 R3 上形成一个正脉冲，该脉冲一路加到 V2 基极，使 V2 迅速

18、饱和导通，V2 集电极也即电容C2 正极近于接地。由于此时 C2 上充有上正下负的正极性电压，所以 C2 负极也即 J 线圈一端呈负电位。R 3 上的正脉冲另一路经 VD2、C 3 去触发可控硅导通，SCR 阴极也即 J 线圈另异端接近电源电压。这时，J 线圈实际上承受约两倍的电源电压，所以 J1-1 闭合，松开 AN1 后，J1-1 自保。J1-2将 V1、 V2 供电切断，继电器在接近电源电压下工作。图中，AN2 为停止按钮，按下 AN2，J 失电释放，J1-1 断开，整个控制电路失电 BGRxRRR_+Vcc入入入入SSR12LBGRxRR+Vcc入入12CRSSR+_MOVBGRxRR

19、+Vcc入入入入12SSR+_毕业设计4JR RRR1 234CC C12 3VV12BT33CJ1-1J1-2AND1 AND2SCRVD VD1 250K 200 3K1K20u47u 10u1N4007 1N4007+Vcc图 3 继电器在接近电源电压下的工作原理图推拉窗的控制操作简单、方便，其工作流程紧密相连，由接近开关控制正反转电动机的运转，既而来带动继电器的工作。2.2 系统框图图 4 推拉窗电路原理图如图 4是推拉窗的控制流程图。它的运作流程首先是有一个接近开关来控制门窗的，开关在此流程中是至关重要的。通过它的开启和闭合来控制继电器的工作，继而再由它来控制正反转电极的运动，来控制

20、门窗的左右运动。推拉窗自动控制系统是一个严密的控制操作系统，为使推拉窗运动，它所需要的元器件之间相互衔接，操作严谨，缺少其中任何一个元器件都会造成推拉窗的不工作。所以说推拉窗的控制流程是一步一步前进，在运作过程中由一个元器件来控制另外一个元器件，直至推拉窗运动。2.3 接近开关电路的设计图 5 触摸通断电子开关电路图 5所示电路中触摸印刷电路上的 2、3 铜覆盖层，则晶体管 VT2、VT3 和 VT4 导通指示灯LH 发亮触摸 1、2 两接触面，则晶体管 VT1 导通，指示灯不亮。2.4 固体继电器电路的设计10K10K100K4.7K4.7KVT1VT2VT3VT4123RR RRR12 3

21、45LH6V通断毕业设计5图 6 继电器工作原理图图 6为工作原理框图，图 6 的部件-构成交流 SSR 的主体，从整体上看，SSR 只有两个输入端(A 和 B)及两个输出端( C 和 D)，是一种四端器件。工作时只要在 A、B 上加上一定的控制信号，就可以控制 C、D 两端之间的“通”和“断” ，实现“开关”的功能，其中耦合电路的功能是为 A、B 端输入的控制信号提供一个输入/输出端之间的通道，但又在电气上断开 SSR 中输入端和输出端之间的(电)联系， 以防止输出端对输入端的影响，耦合电路用的元件是“光耦合器” ，它动作灵敏、响应速度高、输入/输出端间的绝缘(耐压)等级高；由于输入端的负载

22、是发光二极管，这使 SSR 的输入端很容易做到与输入信号电平相匹配，在使用可直接与计算机输出接口相接，即受“1”与“0”的逻辑电平控制。触发电路的功能是产生合乎要求的触发信号，驱动开关电路工作，但由于开关电路在不加特殊控制电路时，将产生射频干扰并以高次谐波或尖峰等污染电网，为此特设“过零控制电路” 。2.5 正反转电机控制电路的设计正反转换须由 20ms 以上间隙，限流电阻 ,ISSR 为所选 SSR 的电流等级。SR30图 7 正反转电机控制原理图毕业设计6固体继电器（亦称固态继电器）英文名称为 Solid State Relay，简称 SSR。它是用半导体器件代替传统电接点作为切换装置的具

23、有继电器特性的无触点开关器件，单相 SSR 为四端有源器件，其中两个输入控制端，两个输出端，输入输出间为光隔离，输入端加上直流或脉冲信号到一定电流值后，输出端就能从断态转变成通态 12。2.6 整体电路图图 8 推拉窗整体电路图推拉窗的操控通过触摸电子开关来控制整个电路，经过 VT1、VT2 、VT3、VT4 四个三极管，电源电压为 6V, V1 为单结晶体管 BT33C，它与 R1、R2、R3 和 C1 组成一个张弛式震荡器，SCR 为单向可控硅，按下启动按钮 AN1 后，电路通电，因为 SCR 无触发电压，所不导通，继电器 J 不工作电源通过 R4 和 VD1 给电容 C2 迅速充电至接近

24、电源电压。继而来带动电动机的运转，这样就可以带动推拉窗的左右运动了。3 实验结果推拉窗有固态继电器、正反转控制电动机、滑轮等元件组成，其操作性能良好，能够实现自动控制门窗的运动，简单，方便。可以通过遥控对推拉窗进行远程控制，也可以手动控制，其按纽分布在门窗的左右，当按门窗左边的按钮时向左运动，按右边的按钮是门窗向右运动。4 结语通过这次毕业设计使我对推拉窗有了更深的认识，自动推拉窗因其只需要固态继电器、接近开关，使用方便，控制简单，维护起来也容易，固对推拉窗的自动控制系统操作一定要严格。以上设计针对推拉窗的自动控制的操作。本电路具有具有结构简单，性能可靠，成本低廉的优点，能够有效实现对推拉窗的

25、自动控制。现 在 智 能 门 窗 的 应 用 越 来 越 广 泛 ， 它 们 操 作 简 单 、 快 捷 、 方 便 、 远 程 控制 以 至 于 它 们 被 运 用 到 各 行 各 业 真 正 体 现 到 了 它 们 的 价 值 ， 更 是 得 到 了 人 们 的 青 睐 。 该 产 品 可 广 泛 应 用于 办 公 楼 、 宾 馆 、 医 院 、 图 书 馆 、 体 育 馆 、 候 机 楼 、 展 览 馆 、 工 厂 厂 房 、 民 用 别 墅 等 场 所 ， 将 极 大 改毕业设计7善 室 内 空 气 质 量 ， 消 除 室 内 空 气 污 染 ， 创 造 健 康 的 生 活 环 境 。

26、 产 品 智 能 化 ， 远 距 离 遥 控 ， 操 作 简 单 方便 ，让 您 感 受 科 技 带 来 的 无 限 轻 松 。参考文献1 耿丽清,邵善锋,吴国祥.摊铺机数字控制系统设计J.机床与液压.2007 年第 7 期2 张志刚.固态继电器及其在应用中一些问题的探讨J.黑龙江科技信息.2007 年第 3 期3 郭庆华.固态继电器在交流电机起动中的应用J.中国传动网 .2008.44 梅赞利.固体继电器及其应用J.电气时代.2001 年第 4 期5 文元洪.全制式接近开关的原理及应用J.仪表技术与传感器.1994 年第 6期6 李中发,方厚辉,谢胜曙,梁先宇.电工技术M.中国水利水电出版社

27、 .2005.4:264266 7 林育兹,程翔,郭光真.电工技术M.科学出版社.2006.8:254-255,2592618 李雄杰,张宪，李良洪.电工技术M国防工业出版社 .2003.8:1691719 李源生,任中民,孔繁瑞. 电工电子技术M.清华大学出版社 ,北京交通大学出社.2004.3:80-8210 钱金川,朱守敏.接近开关原理及应用J .电子元器件应用 .2007 年第 6 期11 Fattaruso J.A fuzzy logic inferencc processorJ .IEEE Solid-state Circuits,1994,29(4)397-40212 Rajae

28、sh H, David J ,Terris .Fully balancedJ . CMOS Current-mode Circuits. IEEE Solid-state Circuit ,199328(5):569-575致 谢本设计是在徐老师的精心指导下完成的。从选题到完成的整个过程中，得到了徐老师的帮助和指导，通过本次设计让我们可以学习到更深入的知识；不但教会我们科学知识，还教育我们要学会热爱自己的专业，要用细致耐心的态度对待我们的论文。在这里向许老师表示深深的敬意和谢意，在今后的工作学习中，要更加努力，不辜负老师的期望。在大学生活即将结束的今天，我在这里向所有帮助过我，关心过我的人表示深深的感谢！