第一篇：教室日光燈控制系統(tǒng)設(shè)計

傳感器應(yīng)用課題

題 目

教室日光燈控制系統(tǒng)設(shè)計

專 業(yè) 電氣控制與自動化

班 級 電氣工程與自動化2010級2班

姓名/學(xué)號

2012年 11月 24日

教室日光燈控制系統(tǒng)

教室日光燈控制系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：常言道“眼睛是心靈的窗戶”,而燈則是指引心靈的方向標(biāo)。在生活中，我們無時無刻不在地使用著燈,當(dāng)我們在校園的時候我們需要來到教室里學(xué)習(xí),然而當(dāng)大家離開教室時有許多教室的燈依然亮著,這樣就會造成大量資源浪費,因此我們設(shè)計一種既不浪費國家電力又很方便實用的照明燈系統(tǒng)是很有實用價值意義的一件事。

關(guān)鍵詞：傳感器；PLC;延時電路

教室日光燈控制系統(tǒng)

1課題研究的目

（1）鍛煉學(xué)生自學(xué)能力和靈活運用所學(xué)知識的能力,寫作能力和口頭表達能力（2）鍛煉學(xué)生團隊協(xié)作精神

2課題設(shè)計的原理

當(dāng)教室里有人時，日光燈就亮，當(dāng)無人的時候，經(jīng)過幾分鐘，燈熄滅。在白天光線很亮的情況下，即使教室中有人，日光燈也不亮。

3設(shè)計思路

(1).該設(shè)計需要兩種傳感器，熱感應(yīng)傳感器與光線傳感器。(2).“當(dāng)無人的時候，經(jīng)過幾分鐘，燈熄滅?！庇纱丝芍陔娐分袩岣袘?yīng)傳感器應(yīng)該串聯(lián)一個時間繼電器。

(3).“在白天光線很亮的情況下，即使教室中有人，日光燈也不亮?！庇纱丝芍饩€傳感器應(yīng)該實現(xiàn)電路的關(guān)斷功能。

(4).要使該電路正常工作，那么光線傳感器不應(yīng)放置在教室內(nèi)部，因為該電路控制的日光燈本身便會影響光感應(yīng)傳感器，使電路失效。

(5).電路有多種控制方法，我們選擇PLC作為電路的控制部分，因為PLC.編程簡單而且可以用PLC內(nèi)部的定時器來代替時間繼電器，節(jié)省成本、簡化電路。

4資料查找（1）熱釋電傳感器

熱釋電傳感器又稱人體紅外傳感器，被廣泛應(yīng)用于防盜報警、來客告知及非接觸開關(guān)等紅外領(lǐng)域。

壓電陶瓷類電介質(zhì)在電極化后能保持極化狀態(tài)，稱為自發(fā)極化。自發(fā)極化隨溫度升高而減小，在居里點溫度降為零。因此，當(dāng)這種材料受到紅外輻射而溫度升高時，表面電荷將減少，相當(dāng)于釋放了一部分電荷，故稱為熱釋電。將釋放的電荷經(jīng)放大器可轉(zhuǎn)換為電壓輸出。這就是熱釋電傳感器的工作原理。

當(dāng)輻射繼續(xù)作用于熱釋電元件，使其表面電荷達到平衡時，便不再釋放電荷。因此，熱釋電傳感器不能探測恒定的紅外輻射。（2）光線傳感器

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2002年的 諾基亞7650(7650還帶有揚聲器感應(yīng))開始，便有了光線傳感器，它的好處就是可以根據(jù)手機所處環(huán)境的光線來調(diào)節(jié)手機屏幕的亮度和鍵盤燈。比

如在光線充足的地方，屏幕很亮，鍵盤燈就會關(guān)閉；相反，在暗處，鍵盤燈就會亮，屏幕較暗(與屏幕亮度的設(shè)置也有關(guān)系)，這樣既保護了眼睛又節(jié)省了能量，一舉兩得。而且光線傳感器在進入睡眠模式的時候，會發(fā)出藍色周期性閃動的光，甚是好看。

光線傳感器位于前攝像頭旁邊的一個小點，如果在光線充足的情況下（室外或者是燈光充足的室內(nèi)），大概在2-3秒之后，鍵盤燈會自動熄滅，即使你再操作機子，鍵盤燈也不會亮, 除非到了光線比較暗的地方，又一個鍵盤燈才會自動的亮起來； 如果在光線充足的情況下，你試著用手將光線感應(yīng)器遮上，2-3秒之后，鍵盤燈會自動亮起來，這個就是光線感應(yīng)器的作用，是起到一個節(jié)電的功能，畢竟這個機子很費電。

怎樣檢測光線感應(yīng)器是否有問題, 下面來看看你的光線傳感器是不是正常工作的：

在待機狀態(tài)下，將手機的副攝像頭左邊的光線傳感器置于臺燈或強光下，按“掛斷”鍵，手機鍵盤燈應(yīng)熄滅，LCD背景燈應(yīng)常亮。

在待機狀態(tài)下，將手機的副攝像頭左邊的光線傳感器用手指遮住，按“掛斷”鍵，手機鍵盤燈應(yīng)開啟，LCD背景燈應(yīng)稍暗。

如果你的鍵盤燈不能像上述一樣變化，而是在任何情況下都是常亮的話，那你的機器就是有問題的了。

（3）時間繼電器原理

在交流電路中常采用空氣阻尼型時間繼電器,它是利用空氣通過小孔節(jié)流的原理來獲得延時動作的。它由電磁系統(tǒng)、延時機構(gòu)和觸點三部分組成。

時間繼電器可分為通電延時型和斷電延時型兩種類型。

空氣阻尼型時間繼電器的延時范圍大(有0.4～60s和0.4～180s兩種)，它結(jié)構(gòu)簡單,但準(zhǔn)確度較低。

當(dāng)線圈通電（電壓規(guī)格有ac380v、ac220v或dc220v、dc24v等）時，銜鐵及托板被鐵心吸引而瞬時下移，使瞬時動作觸點接通或斷開。但是活塞桿和杠桿不能同時跟著銜鐵一起下落，因為活塞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始向下運動時，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)過一定時間，活塞桿下降到一定位置，便通過杠桿推動延時觸點動作，使動斷觸點斷開，動合觸點閉合。從線圈

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通電到延時觸點完成動作，這段時間就是繼電器的延時時間。延時時間的長短可以用螺釘調(diào)節(jié)空氣室進氣孔的大小來改變。吸引線圈斷電后，繼電器依靠恢復(fù)彈簧的作用而復(fù)原?？諝饨?jīng)出氣孔被迅速排出。[2]（4）接觸器

接觸器（Contactor）狹義上是指能頻繁關(guān)合、承載和開斷正常電流及規(guī)定的過載電流的開斷和關(guān)合裝置。它應(yīng)用于電力、配電與用電。接觸器廣義上是指工業(yè)電中利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場，使觸頭閉合，以達到控制負載的電器。接觸器由電磁系統(tǒng)（鐵心，靜鐵心，電磁線圈）觸頭系統(tǒng)（常開觸頭和常閉觸頭）和滅弧裝置組成。（5）PLC 可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，），它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。

PLC的優(yōu)點

1.使用方便，編程簡單

采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。

2.功能強，性能價格比高

一臺小型PLC內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。它與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價格比。PLC可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。3.硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強

PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和小型交流接觸器。

硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。

4.可靠性高，抗干擾能力強

傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中間繼電器、時間繼電器，由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。

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PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC已被廣大用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。5.系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少

PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。

PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計法來設(shè)計。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計梯形圖的時間比設(shè)計相同功能的繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。

PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試，輸入信號用小開關(guān)來模擬，通過PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。6.維修工作量小，維修方便

PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故

5所需元件

熱釋電傳感器(SEBBA SB0072)光線傳感器(SENBA D57系列)時間繼電器（SXJ48-V）接觸器(ZAJ9)PLC(西門子S7-200 CPU224)6項目電路設(shè)計

整個電路分兩部分：控制電路與工作電路

（1）控制電路：以PLC為控制中心，熱釋電傳感器、光線傳感器作為PLC的兩個輸入端，PLC的輸出端接控制日光燈開關(guān)的線圈。（2）工作電路：包括接觸器與日光燈（3）系統(tǒng)原理框圖

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（4）PLC程序設(shè)計 PLC梯形圖如下：

如圖所示，熱釋電傳感器與光線傳感器分別接PLC的X0、X1兩輸入端，線圈Y0接接觸器。① 當(dāng)光線傳感器得到感應(yīng)時，即白天光線充足時，X1的常閉觸點斷開，線圈不得電，電路無法工作。當(dāng)光線傳感器X1無信號或弱信號輸出時，即夜晚光線不足時，電路才能正常工作。② 當(dāng)有人進入教室，熱釋電傳感器得到感應(yīng)，此時X0的常開觸點閉合、常閉觸點斷開，線圈Y0得電并自鎖，此時日光燈亮。當(dāng)所有人離開教室，熱釋電傳感器停止感應(yīng)，電路啟動斷電延時程序，經(jīng)180秒（3分③ 鐘）后，線圈斷電，日光燈滅。

傳感器位置圖示

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光線傳感器位置a：此位置位于上方墻角，受到日光燈光照的干擾較小，適用于抗干擾力強，精度高，價格較昂貴的光線傳感器。

光線傳感器位置b：此位置位于窗臺，基本上完全不受室內(nèi)日光燈光線的干擾，但是傳感器本身卻易受到雨水等因素的影響，適用于抗干擾能力弱，精度較低，價格便宜的光線傳感器。

7總結(jié)

本次課程設(shè)計選題是由我們小組3人討論決定的，完成設(shè)計我們小組用時2個星期。在課題可行性的方面上我們覺得這個課題很適合我們現(xiàn)階段的能力，在我們確定課題后，隨即我們就分工任務(wù)。各自負責(zé)自己的部分，然后在一起討論確定最佳的設(shè)計。

在編寫課題設(shè)計時，我們一致認為最先確定設(shè)計的主要模塊。開始認為在這個主要模塊設(shè)計時不會花費很多的時間，之后才知道原來簡單的事情自己動手也是這么的復(fù)雜。在很多細節(jié)的地方我們沒有注意到。隨后我們參考了很多的文獻，也在網(wǎng)上收集了資料。不斷修改，不斷完善了我的課程設(shè)計。

在元器件的選擇上，雖然沒有要求做出實物，但是我們依然考慮到設(shè)計的經(jīng)濟適用，我們在網(wǎng)上收集了設(shè)計需要的元件。

這次課題設(shè)計培養(yǎng)了我們運用知識，分析問題，發(fā)現(xiàn)問題的能力。鍛煉我們團隊協(xié)作精神,通過這次課題設(shè)計我們也得到了深刻的感受。

參考文獻：

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[1] 郁有文 常建 程繼紅.傳感器原理及工程應(yīng)用 第三版;西安電子科技大學(xué)出版社,2008 [2] 宋伯生.PLC編程理論 第二版;機械工業(yè)出版社 ,2009 [3] 李建興.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)；機械工業(yè)出版社，2004

第二篇：日光燈實驗報告

1.4 單相電路參數(shù)測量及功率因數(shù)的提高 1.4.1 實驗?zāi)康?/p>

1． 掌握單相功率表的使用。2． 了解日光燈電路的組成、工作原理和線路的連接。3． 研究日光燈電路中電壓、電流相量之間的關(guān)系。4． 理解改善電路功率因數(shù)的意義并掌握其應(yīng)用方法。1.4.2實驗原理

1．日光燈電路的組成日光燈電路是一個rl串聯(lián)電路，由燈管、鎮(zhèn)流器、起輝器組成，如圖1.4.1所示。由于有感抗元件，功率因數(shù)較低，提高電路功率因數(shù)實驗可以用日光燈電路來驗證。

圖1.4.1日光燈的組成電路

燈管：內(nèi)壁涂上一層熒光粉，燈管兩端各有一個燈絲（由鎢絲組成），用以發(fā)射電子，管內(nèi)抽真空后充有一定的氬氣與少量水銀，當(dāng)管內(nèi)產(chǎn)生輝光放電時，發(fā)出可見光。

鎮(zhèn)流器：是繞在硅鋼片鐵心上的電感線圈。它有兩個作用，一是在起動過程中，起輝器突然斷開時，其兩端感應(yīng)出一個足以擊穿管中氣體的高電壓，使燈管中氣體電離而放電。二是正常工作時，它相當(dāng)于電感器，與日光燈管相串聯(lián)產(chǎn)生一定的電壓降，用以限制、穩(wěn)定燈管的電流，故稱為鎮(zhèn)流器。實驗時，可以認為鎮(zhèn)流器是由一個等效電阻rl和一個電感l(wèi)串聯(lián)組成。

起輝器：是一個充有氖氣的玻璃泡，內(nèi)有一對觸片，一個是固定的靜觸片，一個是用雙金屬片制成的u形動觸片。動觸片由兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬制成，受熱后，雙金屬片伸張與靜觸片接觸，冷卻時又分開。所以起輝器的作用是使電路接通和自動斷開，起一個自動開關(guān)作用。

2．日光燈點亮過程

電源剛接通時，燈管內(nèi)尚未產(chǎn)生輝光放電，起輝器的觸片處在斷開位置，此

時電源電壓通過鎮(zhèn)流器和燈管兩端的燈絲全部加在起輝器的二個觸片上，起輝器的兩觸片之間的氣隙被擊穿，發(fā)生輝光放電，使動觸片受熱伸張而與靜觸片構(gòu)成通路，于是電流流過鎮(zhèn)流器和燈管兩端的燈絲，使燈絲通電預(yù)熱而發(fā)射熱電子。與此同時，由于起輝器中動、靜觸片接觸后放電熄滅，雙金屬片因冷卻復(fù)原而與靜觸片分離。在斷開瞬間鎮(zhèn)流器感應(yīng)出很高的自感電動勢，它和電源電壓串聯(lián)加到燈管的兩端，使燈管內(nèi)水銀蒸氣電離產(chǎn)生弧光放電，并發(fā)射紫外線到燈管內(nèi)壁，激發(fā)熒光粉發(fā)光，日光燈就點亮了。燈管點亮后，電路中的電流在鎮(zhèn)流器上產(chǎn)生較大的電壓降（有一半以上電壓），燈管兩端（也就是起輝器兩端）的電壓銳減，這個電壓不足以引起起輝器氖管的輝光放電，因此它的兩個觸片保持斷開狀態(tài)。即日光燈點亮正常工作后，起輝器不起作用。3．日光燈的功率因數(shù)

日光燈點亮后的等效電路如圖1.4.2 所示。燈管相當(dāng)于電阻負載ra，鎮(zhèn)流器用內(nèi)阻rl和電感l(wèi) 等效代之。由于鎮(zhèn)流器本身電感較大，故整個電路功率因數(shù)很低，整個電路所消耗的功率p包括日光燈管消耗功率pa和鎮(zhèn)流器消耗的功率pl。只要測出電路的功率p、電流i、總電壓u以及燈管電壓ur，就能算出燈管消耗的功率pa=i3ur，鎮(zhèn)流器消耗的功率pl =p?pa，cos?? p ui ra 圖1.4.2日光燈工作時的等效電路 2．功率因數(shù)的提高

日光燈電路的功率因數(shù)較低，一般在0.5 以下，為了提高電路的功率因數(shù)，可以采用與電感性負載并聯(lián)電容器的方法。此時總電流i 是日光燈電流 il 和電容器電流 ic的相量和：i?il?ic，日光燈電路并聯(lián)電容器后的相量圖如圖1.4.3 所示。由于電容支路的電流ic 超前于電壓u 90°角。抵消了一部分日光燈支路電流中的無功分量，使電路的總電流i減小，從而提高了電路的功率因數(shù)。電壓與電流的相位差角由原來的 ??減小為?，故cos?＞cos??。

當(dāng)電容量增加到一定值時，電容電流ic等于日光燈電流中的無功分量，?= 0。cos?=1，此時總電流下降到最小值，整個電路呈電阻性。若繼續(xù)增加電容量，? ? ? 總電流i反而增大，整個電路變?yōu)槿菪载撦d，功率因數(shù)反而下降。?ic?ic?icl 圖1.4.3 日光燈并聯(lián)電容器后的相量圖 5．單相功率表及其用法 具體內(nèi)容見1.3.2節(jié)中的(3)。1.4.3實驗預(yù)習(xí)要求

1． 預(yù)習(xí)日光燈工作原理，并聯(lián)電容器對提高感性負載功率因數(shù)的原理、意

義及其計算公式。

2． 如圖1.4.1所示電路中，日光燈管（ra）與鎮(zhèn)流器（rl、l）串聯(lián)后，接

于220v、50hz的交流電源上，點亮后，測得其電流i=0.35a，功率p=40w，燈管兩端電壓ua=100v。要求寫出下列各待求量的計算式。①求cosφ1=？、φ1=？、ra =？、rl =？、l=？、燈管消耗的功率pa和鎮(zhèn)流器消耗的功率pl。②并聯(lián)c=3μf 后，求ic=？、i=？、cosφ=？。

③按比例畫出并聯(lián)電容器后的相量圖。（如圖1.4.3，計算出電壓與總電流的相位差角φ）3．熟悉交流電壓表、電流表和單相自耦調(diào)壓器的主要技術(shù)特性，并掌握其正確的使用方法。

1.4.4 實驗設(shè)備與器件

1． 交流電壓表 2． 交流電流表 3． 功率表 4． 自耦調(diào)壓器 5． 鎮(zhèn)流器 6． 電容器 7． 起輝器 8． 日光燈管 9． 電流表插座 1.4.5 實驗內(nèi)容與步驟

日光燈實驗線路如圖1.4.4所示。1．提高感性負載功率因數(shù)實驗

如圖1.4.4所示的實驗線路中，按2.2μf、4.7μf、6.9μf、依次并上電容器c1、c2、c3。當(dāng)電容變化時，分別記錄功率表及電壓表讀數(shù)，測得三條支路電流i、il、ic的值。測量數(shù)據(jù)記入表1.4.2。

表1.4.2日光燈功率因數(shù)提高實驗參數(shù)測量

注：表中i為i的計算值，i?il?ic，其中il和ic為上表中測量值。圖1.4.4日光燈交流電路 ? ? ? 1.4.6 實驗思考題

1．給出實驗內(nèi)容（1）中計算ra、rl、l的計算過程及公式，將結(jié)果填入表1.4.1中。2．計算出本實驗中燈管消耗的功率pa和鎮(zhèn)流器消耗的功率pl。3．畫出實驗內(nèi)容（2）當(dāng)電容為0、2.2μf、4.7μf、6.9μf時類似圖1.4.3的電壓電流相量圖，要求計算出各總電流i與總電壓u的相位差角，給出公式及計算過程。4．若要使本實驗中日光燈電路完全補償（也就是功率因數(shù)提高到1），需要并聯(lián)多大容值的電容？請給出計算式并計算出最后結(jié)果。5．是否并聯(lián)電容越大，功率因數(shù)越高？為什么？ 6．當(dāng)電容量改變時，功率表有功功率的讀數(shù)、日光燈的電流、功率因數(shù)是否改變？為什么？ ? ? 1.4.7 實驗注意事項 1．本實驗用交流市電220v，用單相自耦調(diào)壓器來實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)，當(dāng)供電電源電壓為220v時，調(diào)壓器的輸出可在0~250v之間連續(xù)調(diào)節(jié)，務(wù)必注意人身和設(shè)備的安全。注意電源的火線和地線，在實際安裝日光燈時，開關(guān)應(yīng)接在火線上。2．在使用自耦調(diào)壓器過程中，接通電源前，都必須將電壓調(diào)至零電壓處（即逆時針旋轉(zhuǎn)到頭，然后再合上電源，逐漸增大電壓至需要值。3．不能將220 v 的交流電源不經(jīng)過鎮(zhèn)流器而直接接在燈管兩端，否則將損壞燈管。4．功率表、電壓表、電流表要正確接入電路，電流表應(yīng)串入電路中測量電流。5．電路接線正確，日光燈不能起輝時，應(yīng)檢查起輝器及其接觸是否良好。6．每次改接線路，一定要在斷開電源的情況下進行，以免發(fā)生意外。1.4.8 實驗報告要求

1．結(jié)合實驗思考題，完成表1.4.1和表1.4.2的數(shù)據(jù)計算。2．根據(jù)實驗數(shù)據(jù)說明日光燈電路并聯(lián)電容器后總電流變化與電容量的關(guān)系，電容量過大對電路性質(zhì)有什么影響。

3．以電容c的值為自變量繪制cos?曲線。4．小結(jié)本實驗得到的結(jié)論和心得體會。*5.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，分別繪出電壓、電流相量圖，驗證相量形式的基爾霍夫定律。篇二：電路基礎(chǔ)實驗報告 日光燈功率因素改善實驗

實驗題目: 日光燈電路改善功率因數(shù)實驗

一、實驗?zāi)康?/p>

1、了解日光燈電路的工作原理及提高功率因數(shù)的方法；

2、通過測量日光燈電路所消耗的功率，學(xué)會電工電子電力拖動實驗裝置；

3、學(xué)會日光燈的接線方法。

二、實驗原理

用p、s、i、v分別表示電路的有功功率、視在功率、總電流和電源電壓。

按定義電路的功率因數(shù)cos?? pp?。由此可見，在電源電壓且電路的有功功siu 率一定時，電路的功率因數(shù)越高，它占用電源（或供電設(shè)備）的容量s就越少。

日光燈電路中，鎮(zhèn)流器是一個感性元件（相當(dāng)于電感與電阻的串聯(lián)），因此它是一個感性電路，且功率因數(shù)很低，約0.5—0.6。

提高日光燈電路（其它感性電路也是一樣）功率因數(shù)的方法是在電路的輸入端并聯(lián)一定容量的電容器。如圖7-1所示：

圖7-1 圖7-2 圖7-1 并聯(lián)電容提高功率因數(shù)電路 圖7-2 并聯(lián)電容后的相量圖

圖7-1中l(wèi)為鎮(zhèn)流器的電感，r為日光燈和鎮(zhèn)流器的等效電阻，c為并聯(lián)的 ?，電容支路電流i?（等?，燈管支路電流i電容器，設(shè)并聯(lián)電容后電路總電流irlc 于未并電容前電路中的總電流），則三者關(guān)系可用相量圖如圖7-2所示。由圖7-2 ?的相位差為?，功率因數(shù)為?，i?與總電壓u知，并聯(lián)電容c前總電流為ilrlrl?，i?與總電壓u?的相位差為?，功率因數(shù)為cos?l；并聯(lián)電容c后的總電流為i cos?；顯然cos?＞cos?l，功率被提高了。并聯(lián)電容c前后的有功功率 ?減小，p?irlucos?l?iucos?，即有功功率不變。并聯(lián)電容c后的總電流i 視在功率s?iu則減小了，從而減輕了電源的負擔(dān)，提高了電源的利用率。

三、實驗設(shè)備

電工電子電力拖動實驗裝置一臺，型號：th-dt、導(dǎo)線若干

四、實驗內(nèi)容

1、功率因數(shù)測試 按照圖7-3的電路

實驗電路如圖7-3所示，將三表測得的數(shù)據(jù)記錄于表7-1中。

圖7-3 日光燈實驗電路 w為功率表,c用可調(diào)電容箱。

五、實驗數(shù)據(jù)與分析

實驗分析： s=ui（保留三位有效數(shù)據(jù)）220*0.410=90.2 w cosф=0.420 220*0.365=80.3 w cosф=0.480 220*0.395=86.9 w cosф=0.500 220*0.280=61.6 w

cosф=0.610

220*0.230=50.6 w

cosф=0.730 220*0.265=58.3 w

cosф=0.720

220*0.200=44.0 w

cosф=0.860 220*0.210=46.2 w

cosф=0.900

220*0.230=50.6 w

cosф=0.770 220*0.270=59.4 w cosф=0.730 220*0.770=169w cosф=0.310 根據(jù)s=ui，由表7-1可知，在一定范圍內(nèi)，有功功率p一定時，功率因素cosф越大，視在功率s越少

表7-2

六、結(jié)論

在日光燈電路中，在一定范圍內(nèi)，電容值越大，視在功率越

少，有電源電壓且電路的有功功率一定時，隨電路的功率因素提高，它占用電源的容量s就降低，負載電流明顯降低。篇三：日光燈電路實驗 4.3 日光燈電路的聯(lián)接及功率因數(shù)的提高

一.實驗?zāi)康?/p>

1.學(xué)習(xí)功率表的使用；

2.學(xué)會通過u、i、p的測量計算交流電路的參數(shù)； 3.學(xué)會如何提高功率因數(shù)。

二.原理及說明

日光燈結(jié)構(gòu)圖如圖4.3-1所示，k閉合時，日光燈管不導(dǎo)電，全部電壓加在啟輝器兩觸片之間，使啟輝器中氖氣擊穿，產(chǎn)生氣體放電，此放電產(chǎn)生的一定熱量使雙金屬片受熱膨脹與固定片接通，于是有電流通過日光燈管兩端的燈絲和鎮(zhèn)流器。短時間后雙金屬片冷卻收縮與固定片斷開，電路中電流突然減?。桓鶕?jù)電磁感應(yīng)定律，這時鎮(zhèn)流器兩端產(chǎn)生一定的感應(yīng)電動勢，使日光燈管兩端電壓產(chǎn)生400至500v高壓，燈管氣體電離，產(chǎn)生放電，日光燈點燃發(fā)亮。日光燈點燃后，燈管兩端電壓降為100v左右，這時由于鎮(zhèn)流器的限流作用，燈管中電流不會過大。同時并聯(lián)在燈管兩端的啟輝器，也因電壓降低而不能放電，其觸片保持斷開狀態(tài)。

日光燈工作后，燈管相當(dāng)于一電阻r，鎮(zhèn)流器可等效為電阻rl和電感l(wèi)的串聯(lián)，啟輝器斷開，所以整個電路可等效為一r、l串聯(lián)電路，其電路模型如圖4.3-2所示。

三.儀器設(shè)備

電工實驗裝置 ：dg032、dy02t、dg054-1t 注意 ：1.測電壓、電流時，一定要注意表的檔位選擇，測量類型、量程都要對應(yīng)。2.功率表電流線圈的電流、電壓線圈的電壓都不可超過所選的額定值。3.自耦調(diào)壓器輸入輸出端不可接反。4.各支路電流要接入電流插座。5.注意安全,線路接好后，須經(jīng)指導(dǎo)教師檢查無誤后，再接通電源。

四.實驗步驟 1.測量交流參數(shù)

對照實驗板如圖4.3-3接線(不接電容c)。

調(diào)節(jié)自耦調(diào)壓器輸出，使u=220v，進行測試，填表4.3-1。

表4.3-1 測量交流參數(shù) 2.提高功率因數(shù)

按表4.3－2并聯(lián)電容c，令u=220v不變，將測試結(jié)果填入表4.3-2中。表4.3-2 并電容后測量

五.實驗報告 1.若直接測量鎮(zhèn)流器功率，功率表應(yīng)如何接線，作圖說明。2.說明功率因數(shù)提高的原因和意義。3.電容是否能提高功率因數(shù)。篇四：實驗3 日光燈電路及功率因數(shù)的提高

實驗三 交流電路的研究

一、實驗?zāi)康?/p>

1、學(xué)會使用交流數(shù)字儀表（電壓表、電流表、功率表）和自耦調(diào)壓器；

2、學(xué)習(xí)用交流數(shù)字儀表測量交流電路的電壓、電流和功率；

3、學(xué)會用交流數(shù)字儀表測定交流電路參數(shù)的方法；

4、加深對阻抗、阻抗角及相位差等概念的理解。

5、研究提高感性負載功率因數(shù)的方法和意義；

二、實驗原理

1、交流電路的電壓、電流和功率的測量

正弦交流電路中各個元件的參數(shù)值，可以用交流電壓表、交流電流表及功率表，分別測量出元件兩端的電壓u，流過該元件的電流i和它所消耗的功率p，然后通過計算得到所求的各值，這種方法稱為三表法，是用來測量50hz交流電路參數(shù)的基本方法。計算的基本公式為：

電阻元件的電阻：r? uriuliuci pi 2 或r? xl2?f 12?fx c 電感元件的感抗xl?，電感l(wèi)? 電容元件的容抗xc?，電容c? ui xr 串聯(lián)電路復(fù)阻抗的模z? pi 2，阻抗角 ? ?arctg

其中：等效電阻 r?，等效電抗x?z 2 ?r 2 在r、l、c串聯(lián)電路中，各元件電壓之間存在相位差，電源電壓應(yīng)等于各元件電壓的相量和，而不能用它們的有效值直接相加。

電路功率用功率表測量，功率表（又稱為瓦特表）是一種電動式儀表，其中電流線圈與負載串聯(lián)，（具有兩個電流線圈，可串聯(lián)或并聯(lián)，以便得到兩個電流量程），而電壓線圈與電源并聯(lián)，電流線圈和電壓線

方法與電動式功率表相同，電壓、電流量程分別選500v和3a。

2、提高感性負載功率因數(shù)的研究

供電系統(tǒng)由電源（發(fā)電機或變壓器）通過輸電線路向負載供電。負載通常有電阻負載，如白熾燈、電阻加熱器等，也有電感性負載，如電動機、變壓器、線圈等，一般情況下，這兩種負載會同時存在。由于電感性負載有較大的感抗，因而功率因數(shù)較低。

圈的同名端（標(biāo)有*號端）必須連在一起，如圖3-1所示。本實驗使用數(shù)字式功率表，連接

若電源向負載傳送的功率p?uicos?，當(dāng)功率p和供電電壓u一定時，功率因數(shù)cos?越低，線路電流i就越大，從而增加了線路電壓降和線路功率損耗,若線路總電阻為rl，則線路電壓降和線路功率損耗分別為?ul?irl和?pl?i2rl；另外，負載的功率因數(shù)越低，表明無功功率就越大，電源就必須用較大的容量和負載電感進行能量交換，電源向負載提供有功功率的能力就必然下降，從而降低了電源容量的利用率。因而，從提高供電系統(tǒng)的經(jīng)濟效益和供電質(zhì)量，必須采取措施提高電感性負載的功率因數(shù)。??cos?? pui 計算。

本實驗的電感性負載用鐵心線圈，（日光燈鎮(zhèn)流器）電源用220v交流電經(jīng)自耦調(diào)壓器調(diào)壓供電。

三．實驗設(shè)備 1．交流電壓表、電流表、功率表（在控制屏）2．自耦調(diào)壓器（輸出可調(diào)的交流電壓）3．neel—17（或eel—

52、eel—55或meel—001、meel—02）—30w鎮(zhèn)流器，630v/4.3μf電容器，電流插頭，40w/220v白熾燈，30w日光燈 四．實驗內(nèi)容

1．測量日光燈電路

日光燈電路如圖3-2所示，功率表的連接方法見圖3-1，交流電源經(jīng)自耦調(diào)壓器調(diào)壓后向負載日光燈供電。將電壓u調(diào)到220v，測量日光燈管兩端電壓ur、鎮(zhèn)流器電壓url和總電壓u以及電流和功率，并記入自擬的數(shù)據(jù)表格中。2．提高感性負載功率因數(shù)實驗 按圖3-2組成實驗電路經(jīng)指導(dǎo)老師檢查后，按下按鈕開關(guān)，調(diào)節(jié)自耦變壓器的輸出電壓為220v，記錄功率表、功率因數(shù)表、電壓表和電流表的讀數(shù)，接入電容，從小到大增加電容值，記錄不同電容值時的功率表、功率因數(shù)表、電壓表和電流表的讀數(shù)，并記入表3-1中。實210v，以便對實驗數(shù)據(jù)進行比較。

驗中用電流取樣插頭測量三個支路的電流。在實驗過程中，一直要保持負載電壓u2等于

注意：日光燈啟動時電流較大（約0.6a），工作時電流約為0.37a，注意儀表量程選擇。

五．實驗注意事項 1．通常，功率表不單獨使用，要有電壓表和電流表監(jiān)測，使電壓表和電流表的讀數(shù)不超過功率表電壓和電流的量程； 2．注意功率表的正確接線，上電前必須經(jīng)指導(dǎo)教師檢查； 3．自耦調(diào)壓器在接通電源前，應(yīng)將其手柄置在零位上，調(diào)節(jié)時，使其輸出電壓從零開始逐漸升高。每次改接實驗負載或?qū)嶒炌戤叄急仨毾葘⑵湫{(diào)回零位，再斷電源。必須嚴(yán)格遵守這一安全操作規(guī)程。

六．預(yù)習(xí)與思考題

1．自擬實驗所需的表格；

2．參閱課外資料，了解日光燈的電路連接和工作原理； 3．當(dāng)日光燈上缺少啟輝器時，人們常用一根導(dǎo)線將啟輝器插座的兩端短接一下，然后迅速斷開，使日光燈點亮；或用一只啟輝器去點亮多只同類型的日光燈，這是為什么？

4．了解功率表的連接方法； 5．了解自耦調(diào)壓器的操作方法。6．電感性的負載為什么功率因數(shù)較低？負載較低的功率因數(shù)對供電系統(tǒng)有何影響？為什么？

7．為了提高電路的功率因數(shù)，常在感性負載上并聯(lián)電容器，此時增加了一條電流支路，試問電路的總電流是增大還是減??？此時感性負載上的電流和功率是否改變？

8．提高線路功率因數(shù)為什么只采用并聯(lián)電容器法，而不用串聯(lián)法？

七．實驗報告要求 1．根據(jù)實驗1的數(shù)據(jù)，計算鎮(zhèn)流器的參數(shù)（電阻r和電感l(wèi)）；

2．根據(jù)實驗2的數(shù)據(jù)，畫出各個電壓和電流的相量圖，說明各個電壓之間的關(guān)系。3．根據(jù)實驗2數(shù)據(jù)，計算出日光燈和并聯(lián)不同電容器時的功率因數(shù)，并說明并聯(lián)電容器對功率因數(shù)的影響。繪制出功率因數(shù)與所并電容的曲線，所并電容是否越大越好? 4．根據(jù)表3-1中的電流數(shù)據(jù)，說明 i＝ic＋irl嗎？為什么？ 7．畫出所有電流和電源電壓的相量圖，說明改變并聯(lián)電容的大小時，相量圖有何變化？ 8．根據(jù)實驗2數(shù)據(jù)，從減小線路電壓降、線路功率損耗和充分利用電源容量兩個方面說明提高功率因數(shù)的經(jīng)濟意義。

9．回答思考題6、7、8。篇五：日光燈實驗

實驗報告

課程名稱：電網(wǎng)絡(luò)分析實驗 指導(dǎo)老師：姚纓纓 成績：__________________ 實驗名稱：耦合電感等效參數(shù)的電工測量法與傳遞誤差 實驗類型：研究探索型同組學(xué)生姓名：________

一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿?/p>

二、實驗內(nèi)容和原理（必填）

三、主要儀器設(shè)備（必填）

四、操作方法和實驗步驟

五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理

六、實驗結(jié)果與分析（必填）

七、討論、心得

一、實驗?zāi)康暮鸵? 1.學(xué)習(xí)電感線圈的直流電阻和自感的測量方法 2.學(xué)習(xí)交流電路中耦合電感線圈的互感系數(shù)的測量方法 3.了解間接測量中測量誤差的傳遞方式

4.對各種測量方案進行比較，學(xué)會選擇電路參數(shù)測定的最佳方案

二、實驗內(nèi)容和原理 ?

三、主要儀器設(shè)備

1.數(shù)字萬用表 2.電工綜合實驗臺 3.dg10互感線圈實驗組件 4.dg11單向變壓器實驗組件

四、操作方法和實驗步驟? 方案1：二次側(cè)開路伏安法,11’接交流電源,22’開路,測量i1,u1,u2,然后交換位置 方案2、3：正向串聯(lián)/反向串聯(lián)伏安法測量

方案4：

2三表法測量線路：

實驗名稱：耦合電感等效參數(shù)的電工測量法與傳遞誤差 姓名：劉震 注意

學(xué)號：3130104721 1.線圈用漆包銅線繞制而成，通過不同電流時所引起的發(fā)熱程度不同，這將影響線圈的直流電阻值。各實驗任務(wù)的實驗先后順序，會影響線圈的通電時間，并最終對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響。

方案上要預(yù)先考慮直流電阻在實驗過程中的變化對最終結(jié)果的影響，并考慮如何減小這種影響。

五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理? 1.直流法測r1、r2 u1=2.83v i1=155.3ma；r1=u1/i1=18.2ω u2=3.98v i2=151.5ma；r2=u2/r2=26.3ω l1=1/w*√(u1/i1(1))^2-r1^2)=1/314*√(5.13/0.163)^2-18.2^2)=0.08177h l2=1/w*√(u1/i1(2))^2-r2^2)=1/314*√(5.13/0.189)^2-26.3^2)=0.02137h m12=u2k/wi1=0.825/(314*0.163)=0.01612h m21=u1k/wi2=0.958/(314*0.189)=0.01614h m1=(m12+m21)/2=16.13mh 正向串聯(lián)測互感： m2=1/314*(√((15.42/0.251)^2-(18.2+26.3)^2))-(0.08177+0.02137)=0.03175h=31.75mh 正反向串聯(lián)法測互感： m4=1/628*[√((15.42/0.251)^2-(18.2+26.3)^2)-√((15.19/0.297)^2-(18.2+26.3)^2)=0.02730h=27.30mh 4.三表法測量l1、l2 測量l1：r0=p/i^2=16.17ω z=u/i=30.83ω x0=√(z^2-r^2)=26.24ω l=(1/w)*x0=83.60mh 測量l2：r0=p/i^2=25.78ω z=u/i=27.93ω x0=√(z^2-r^2)=26.24ω l=(1/w)*x0=34.28mh

六、實驗結(jié)果與分析? 1.查表知直流電壓表與直流電流表的測量精度均為0.5級 則du1=0.5%*2.83v=0.01415v di1=0.5%*0.1553a=0.0007765a du2=0.5%*3.98v=0.0199v di2=0.5%*0.1515a=0.0007575a 2.查表知交流電壓表與交流電流表的測量精度均為0.5級 則du=0.5%*5.13v=0.02565v di1(1)= 0.5%*0.163a=0.000815a

di1(2)= 0.5%*0.189a=0.000945a

du2(1)= 0.5%*0.825v=0.004125v du2(2)= 0.5%*0.958v=0.00479v 3.對開路電壓法的誤差分析

由 得dr1= 0.2ω dr2=0.3ω

由 得dl1=2.26mh dl2=7.21mh 由 得dm12=0.16mh dm21= 0.16mh 誤差分析：

由實驗結(jié)果可以看出本實驗存在一定誤差，開路電壓法測量l2時誤差較大。測量r1,r2,l1,m時，誤差較小。三表法測量得到的自感與開路電壓法較為接近，而正向串聯(lián)法和正反向串聯(lián)法測得的互感與開路電壓法測得的互感差距較大。

由計算公式及誤差傳遞公式可以看出，正反串聯(lián)法測互感由于減去了中間變量 l1、l2，使系統(tǒng)誤差大大減小。如果測量時能夠保持電壓（電流）的大小不變，并使用同一電壓（電流）表在同一量程下測量，則可保證電壓（電流）的基本誤差性質(zhì)相同，這時上式中某些小括號內(nèi)的后兩項與第一項之間就可以相互抵償，從而使總誤差減小。實驗的主要誤差分析如下所述： 1.電流表、電壓表存在有儀表誤差，交流電源的不穩(wěn)定造成的誤差； 2.線圈用漆包銅線繞制而成，通過不同電流時所引起的發(fā)熱程度不同，這將影響線圈的直流電阻值 3.各實驗任務(wù)的實驗先后順序，會影響線圈的通電時間，進而導(dǎo)致線圈發(fā)熱程度不同，等效電阻r的不同，并最終對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響； 最終結(jié)果（取開路電壓法的值）： r1=(18.2±0.2)ω r2=(26.3±0.3)ω l1=(81.77±2.26)mh l2=(21.37±7.21)mh m1=(16.13±0.16)mh

七、討論與心得

1.討論 互感實驗用的電感能不能作為下一次日光燈實驗備用方案的負載？ 我的想法：將電感正向串接，用16v變壓器輸入，需要同時串接電阻。經(jīng)多次仿真結(jié)果顯示能將最佳補償點控制在7μf左右，同時功率表讀數(shù)在1.2w左右，電阻的功率也沒有超過1w。

另外，使用此方案，初始的功率因數(shù)高達0.9，雖然能看出補償效果，但是效果實在不明顯。如果要減小電阻，增大補償效果，最佳補償點需大于8μf。

與同學(xué)們討論的結(jié)果是，使用小電感小電阻串聯(lián)，并使用變壓器提供電源的方式具備可行性，但存在不足，有同學(xué)計算出如果要將初始功率因數(shù)控制在0.8以下，而且最佳補償點在8μf的話，需要460mh的電感。

第三篇：日光燈原理教案

日光燈原理

教學(xué)目標(biāo) 知識目標(biāo)

1、知道普通日光燈的組成和電路圖，知道日光燈管在電亮和正常發(fā)光時對電壓和電流的不同要求．

2、知道起動器和鎮(zhèn)流器的構(gòu)造和工作原理．

能力目標(biāo)

通過學(xué)生動手安裝日光燈，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力． 情感目標(biāo)

通過分析事例，培養(yǎng)學(xué)生全面認識和對待事物的科學(xué)態(tài)度．

教學(xué)建議 教材分析

本兩節(jié)的內(nèi)容可以安排學(xué)生自學(xué)為主完成．由于日光燈是學(xué)生們經(jīng)常接觸的簡單電器，容易引起學(xué)生的興趣．鎮(zhèn)流器的作用是本節(jié)課的重點內(nèi)容． 教法建議

本節(jié)課后的思考和討論，對深入理解所學(xué)的知識是十分有益的，建議教師引導(dǎo)學(xué)生思考和討論，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生對實際問題的理解能力．有條件的學(xué)校，建議教師可以在課外知道學(xué)生自己動手安裝日光燈，但是必須要在教師的指導(dǎo)下進行，注意安全用電．

教學(xué)設(shè)計方案 教學(xué)過程：

一、引入部分：上節(jié)課我們已經(jīng)學(xué)過自感現(xiàn)象，自感現(xiàn)象是廣泛存在的，利用自感現(xiàn)象的一個常見的例子——日光燈

二、新課教學(xué)：

①結(jié)合日光燈工作原理的示教板，說明日光燈電路結(jié)構(gòu)．接通電路讓學(xué)生觀察日光燈的啟輝過程．

②提出問題，安排學(xué)生閱讀課本共整理筆記，進行自學(xué)． 回答以下問題：

A、燈管、起動器、鎮(zhèn)流器的構(gòu)造及它們的連接特點．

B、起動器中雙金屬片的工作原理．

C、激發(fā)燈管中的水銀蒸汽導(dǎo)電的高電壓是怎么獲得的？

D、目光燈的“白光”是哪里發(fā)出的？

E、日光燈正常發(fā)光時，鎮(zhèn)流器起什么作用．

教師歸納總結(jié)：

日光燈的鎮(zhèn)流器就是利用自感現(xiàn)象的一個例子．如下所示的電路圖，日光燈主要由燈管 起動器、鎮(zhèn)流器、組成．燈管工作原理：燈管內(nèi)水銀蒸汽導(dǎo)電，發(fā)出紫外線，使管壁上熒光粉發(fā)出白光，要激發(fā)水銀蒸汽導(dǎo)電需要很高的電壓，日光燈正常工作時又需要比220V低很多的電壓．

為滿足這些要求設(shè)置了鎮(zhèn)流器和起動器，起動器的作用是開關(guān)閉合后把連接燈管兩端燈絲的電路接通，電路接通后經(jīng)過一小段時間又使電路自動斷開．

鎮(zhèn)流器在起動器把電路突然中斷的瞬間，由于自感現(xiàn)象而產(chǎn)生一個瞬時高壓加在燈管上，滿足激發(fā)水銀蒸汽導(dǎo)電需要高壓的要求，使日光燈管成為通路開始發(fā)光．日光燈正常工作時，從圖中可以看出交流電不斷通過鎮(zhèn)流器和燈管（不經(jīng)過起動器），由于自感現(xiàn)象鎮(zhèn)流器的線圈中產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流變化，起到降壓作用，燈管兩端電壓比220V低很多，滿足正常工作要求．

（講解過程中可以配合日光燈電路原理模擬演示）

討論：課后思考題討論

日光燈的啟動器是裝在專用插座上的，當(dāng)日光燈正常發(fā)光后，取下啟動器，會影響燈管發(fā)光嗎？為什么？如果啟動器丟失，作為應(yīng)急措施，可以用一小段帶絕緣外皮的導(dǎo)線啟動日光燈嗎？怎樣做？請簡述道理．

如果電容器兩端電壓過高．電容器的絕緣層就會變成導(dǎo)體將兩極連在一起，這種情況叫做電容器的擊穿，日光燈啟動器的電容擊穿是常出現(xiàn)的故障，為什么常出現(xiàn)這種故障呢？啟動器擊穿后，就不能使日光燈管發(fā)光了，為什么？

作業(yè)：組織學(xué)生利用課外時間動手安裝日光燈．

第四篇：單片機：交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要：本系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)、鍵盤、LED 顯示、交通燈演示系統(tǒng)組成。系統(tǒng)包括人行道、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、以及基本的交通燈的功能。系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有倒計時、時間設(shè)置、緊急情況處理、分時段調(diào)整信號燈的點亮?xí)r間以及根據(jù)具體情況手動控制等功能。關(guān)鍵詞：AT89S51，交通規(guī)則

一、方案比較、設(shè)計與論證 1 電源提供方案

為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。我們考慮了兩種電源方案

方案一：采用獨立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點是各模塊都采用獨立電源，會使系統(tǒng)復(fù)雜，且可能影響電路電平。方案二：采用單片機控制模塊提供電源。改方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本；缺點是輸出功率不高。綜上所述，我們選擇第二種方案。2 顯示界面方案

該系統(tǒng)要求完成倒計時、狀態(tài)燈等功能?；谏鲜鲈?，我們考慮了三種方案： 方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號和數(shù)碼字苻，無法勝任題目要求。

方案二：完全采用點陣式LED 顯示。這種方案實現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。

方案三：采用數(shù)碼管與點陣LED 相結(jié)合的方法因為設(shè)計既要求倒計時數(shù)字輸出，又要求有狀態(tài)燈輸出等，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實情況，用數(shù)碼管與LED燈分別顯示時間與提示信息。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實現(xiàn)的復(fù)雜度。權(quán)衡利弊，第三種方案可互補一二方案的優(yōu)缺，我們決定采用方案三以實現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。3 輸入方案：

題目要求系統(tǒng)能手動設(shè)燈亮?xí)r間、緊急情況處理，我們討論了兩種方案： 方案一：采用8155擴展I/O 口及鍵盤，顯示等。該方案的優(yōu)點是：

使用靈活可編程，并且有RAM,及計數(shù)器。若用該方案，可提供較多I/O 口,但操作起來稍顯復(fù)雜。

方案二： 直接在IO口線上接上按鍵開關(guān)。因為設(shè)計時精簡和優(yōu)化了電路，所以剩余的口資源還比較多，我們使用四個按鍵，分別是K1、K2、K3、K4。由于該系統(tǒng)對于交通燈及數(shù)碼管的控制，只用單片機本身的I/O 口就可實現(xiàn)，且本身的計數(shù)器及RAM已經(jīng)夠用，故選擇方案二。

二、理論分析與計算

1．交通燈顯示時序的理論分析與計算

對于一個交通路口來說，能在最短的時間內(nèi)達到最大的車流量，就算是達到了最佳的性能，我們稱在單位時間內(nèi)多能達到的最大車流為車流量，用公式：車流量= 車流 / 時間 來表示。

先設(shè)定一些標(biāo)號如圖2－1 所示。

說明：此圖為直方圖，上邊為北路口燈，右邊為東路口燈，下邊為南路口燈，左邊為西 路口燈。

圖2－2 所示為一種紅綠燈規(guī)則的狀態(tài)圖，分別設(shè)定為S1、S2、S3、S4，交通燈以這四 的狀態(tài)為一個周期，循環(huán)執(zhí)行（見圖2－3）。

請注意圖2－1b和圖2－1d，它們在一個時間段中四個方向都可以通車，這種狀態(tài)能在

一定的時間內(nèi)達到較大的車流量，效率特別高。

依據(jù)上述的車輛行駛的狀態(tài)圖，可以列出各個路口燈的邏輯表，由于相向的燈的狀態(tài)圖

是一樣的，所以只需寫出相鄰路口的燈的邏輯表；根據(jù)圖2－3 可以看出，相鄰路口的燈它

們的狀態(tài)在相位上相差180°。因此最終只需寫出一組S1、S2、S3、S4的邏輯狀態(tài)表。

如表2－1 所示。

表中的“×”代表是紅燈亮（也代表邏輯上的0），“√”是代表綠燈亮（也代表邏輯上 的1），依上表，就可以向相應(yīng)的端口送邏輯值。2．交通燈顯示時間的理論分析與計算

東西和南北方向的放行時間的長短是依據(jù)路口的各個方向平時的車流量來設(shè)定，并且

S1、S2、S3、S4各個狀態(tài)保持的時間之有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，其公式如下所示。T-S1+T-S2=T-S3 T-S2=T-S4 T-S1=T-S3 我們可以依據(jù)上述的標(biāo)準(zhǔn)來改變車輛的放行時間。按照一般的規(guī)則，一個十字路口可分

為主干道和次干道，主干道的放行時間大于次干道的放行時間，我們設(shè)定值時也應(yīng)以此為參 考。

三、電路圖及設(shè)計文件 1．燈控制電路設(shè)計

由于32個LED 來實現(xiàn)紅綠燈狀態(tài)，若直接接在單片機的口線，路口倒計時的顯示就不

能實現(xiàn)，所以本次設(shè)計中采用一種新型的電路如圖3－1 所示。

圖中74LS04的作用是倒相和驅(qū)動，它輸出的電流大約48mA，實際測試發(fā)現(xiàn)足以滿足要

求，而且發(fā)光管也能達到足夠的亮度。

觀察圖可以看出：兩組發(fā)光管（一組紅、一組綠）由于反相器的作用，其邏輯狀態(tài)恰恰 相反。

圖中和電阻串聯(lián)的二極管的作用是為了分壓，防止因上下兩組發(fā)光管分壓不同導(dǎo)致邏輯 的錯誤。

共四組和上述相同的電路分別代表東西南北四個方向的紅綠燈，使用兩片74LS04 作為 驅(qū)動。

2．倒計時顯示電路設(shè)計

前面已經(jīng)分析過相向的燈的狀態(tài)和倒計時都是相同的，所以為了節(jié)省，采用兩組四個數(shù)碼管

作為倒計時的顯示；同時為了節(jié)省口資源，采用串口顯示的方式驅(qū)動數(shù)碼管。見圖3－2 所 示。

四、程序設(shè)計思路與流程圖 1．主程序流程圖

主程序中主要是一個死循環(huán)，不停的循環(huán)四個狀態(tài)，如圖4－1 所示。

2．按鍵子程序流程圖

它包含倒計時調(diào)整和緊急狀態(tài)兩個狀態(tài)。

主程序中放了一個按鍵的判斷指令，當(dāng)有按鍵按下的時候，程序就自動的跳轉(zhuǎn)到按鍵子

程序處理。當(dāng)檢測到K2鍵按下的時候就自動返回到主程序。當(dāng)出現(xiàn)緊急的情況的時候，按下K3或者K4 就切換到緊急狀態(tài)，當(dāng)緊急事件處理完畢 的時候，按下K2，就可以返回正常狀態(tài)。

五、測試、數(shù)據(jù)及結(jié)果分析 1．狀態(tài)燈顯示測試

當(dāng)電路連接完畢后，將寫好的測試程序刷寫到芯片內(nèi)，K1 和K2分別給端口送高電平和

低電平，通電即可檢測。2．?dāng)?shù)碼管的測試

將串口的和電路板上的接口連接，將寫好的測試程序刷寫到芯片內(nèi)，開電源即可測試。

3．整體電路測試

系統(tǒng)上電，刷寫好程序即可開始測試，觀測一個周期（共計S1～S4四個狀態(tài)，默認140 秒）燈的顯示狀態(tài)是否正常，同時觀察倒計的計數(shù)是否正常。

六、總結(jié)

由于使用的是單片機作為核心的控制元件，使得電路的可靠性比較高，功能也比較強大，而且可以隨時的更新系統(tǒng)，進行不同狀態(tài)的組合。

但是在我們設(shè)計和調(diào)試的過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問題，譬如紅燈和綠燈的切換還不夠迅

速，紅綠燈規(guī)則不效率還不是很高等等，這需要在實踐中進一步完善。附錄 系統(tǒng)總體電路圖

1.滿足南北向紅綠燈亮，東西向紅燈亮，占25秒——南北向黃燈亮，東西向紅燈亮，占5秒——南北向紅燈亮，東西向綠燈亮，占25秒——南北向紅燈亮，東西向黃燈亮，占5秒。如此循環(huán)，周而復(fù)始。2.十字路口要有數(shù)字顯示，提示行人把握時間：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為24，然后以每秒減1計數(shù)方式工作，直到減為0，綠燈滅，黃燈亮。黃燈滅，紅燈亮?xí)r，再次置顯示器為29，并開始減計數(shù)，直到為0，十字路口紅綠燈交換，完成一次工作循環(huán)。

3.可手動調(diào)整和自動調(diào)整，夜間為黃燈閃耀。下面是一個單片機交通燈程序 /*

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* Keil C 89S51 交通信號控制程序 * *(C)版權(quán)所有 Dai_Weis@hotmail.com * * *

****************************************************************************************** */

#include “reg51.h” #define UINT unsigned int #define ULONG unsigned long #define UCHAR unsigned char /*

信號燈變量

南北方向綠燈

sbit n_bike_g = P1^0;//自行車

sbit n_right_g = P1^1;//右轉(zhuǎn)

sbit n_up_g = P1^2;//直行

sbit n_left_g = P1^3;//左轉(zhuǎn) 調(diào)頭

南北方向紅燈

sbit n_bike_r = P1^4;//自行車

sbit n_right_r = P1^5;//右轉(zhuǎn)

sbit n_up_r = P1^6;//直行

sbit n_left_r = P1^7;//左轉(zhuǎn) 調(diào)頭 南北方向黃燈

sbit n_bike_y = P3^0;//自行車

sbit n_right_y = P3^1;//右轉(zhuǎn)

sbit n_up_y = P3^2;//直行

sbit n_left_y = P3^3;//左轉(zhuǎn) 調(diào)頭

東西方向綠燈

sbit e_bike_g = P2^0;//自行車

sbit e_right_g = P2^1;//右轉(zhuǎn)

sbit e_up_g = P2^2;//直行

東西方向紅燈

sbit e_bike_r = P2^4;//自行車

sbit e_right_r = P2^5;//右轉(zhuǎn)

sbit e_up_r = P2^6;//直行

東西方向黃燈

sbit e_bike_y = P3^4;//自行車

sbit e_right_y = P3^5;//右轉(zhuǎn)

sbit e_up_y = P3^6;//直行

*/ //延時

void delay(UINT t, UINT s){ while(t){ UINT i;

for(i = 0;i < s;i++){ } t--;} }

//信號燈狀態(tài)

void time_x(UCHAR P_P1, UCHAR P_P2, UCHAR P_P3){

P1 = P_P1;P2 = P_P2;P3 = P_P3;delay(150, 65535);}

void time_s(UCHAR P_P1, UCHAR P_P2, UCHAR P_P3, UCHAR P_P11, UCHAR P_P22){ UINT i;

for(i = 0;i < 3;i ++){

P1 = P_P1;P2 = P_P2;delay(5, 65535);P1 = P_P11;P2 = P_P22;delay(5, 65535);}

P1 = P_P1;P2 = P_P2;P3 = P_P3;delay(10, 65535);} //主程序

void main(){

P1 = P2 = P3 = 0x0;while(1){

time_x(0xA5, 0x38, 0x0);

time_s(0xA4, 0x38, 0x1, 0xA5, 0x38);time_x(0x96, 0x52, 0x0);

time_s(0x92, 0x52, 0x4, 0x96, 0x52);time_x(0x5A, 0x52, 0x0);

time_s(0x50, 0x50, 0x2A, 0x5A, 0x52);time_x(0xF0, 0x25, 0x0);

time_s(0xF0, 0x24, 0x20, 0xF0, 0x25);time_x(0xD2, 0x16, 0x0);

time_s(0xD0, 0x10, 0x62, 0xD2, 0x16);} }

給你一個定時控制的信號系統(tǒng)，我只做的簡單的測試，至于延時我用的軟件，你自己想辦法。^_^

Dai_Weis 于 2005-5-4 13:43:23 重新給你說明

/*

*********************************************************************************** * *

* Keil C AT89S51 交通信號控制程序 * *(C)版權(quán)所有 Dai_Weis@hotmail.com * * *

*********************************************************************************** 開發(fā)說明：

固定時間信號變換，南北設(shè)置調(diào)頭、左傳、直行、右轉(zhuǎn)、自行車。

東西設(shè)置左傳、直行、右轉(zhuǎn)、自行車。

時序狀態(tài)：

紅 綠 紅 綠

序號 左 前 右 自 左 前 右 自 前 右 自 前 右 自1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 2 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 3 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 4 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 5 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 */

另外修正個錯誤

while(1){

time_x(0xA5, 0x70, 0x0);time_s(0xA4, 0x70, 0x1, 0xA5, 0x70);

材料： 1、89S51 11.0592M 晶振

1K電阻、10UF電容

12個燈，紅、黃、綠各四個，12個1K電阻

，十字路口嘛。蜂鳴器一個。

按鍵一個，按鍵復(fù)位

采用AT89s51型號的單片機，由于交通十字路口的對稱性，所以一個引腳可以同時控制兩個燈，將發(fā)光二極管分別接到P1各個引腳，在其中加入一個時振蕩當(dāng)電路，來控制時間，在P3.0引腳接入蜂鳴器只黃燈亮的時候發(fā)出聲響，這里我們讓每次黃燈亮的時候發(fā)出六聲響，通過C程序的控制就可以實現(xiàn)，每次循環(huán)是10秒。2、9cm*15cm萬用板 1片 單片機及IC座 1套 12M晶振 1只 22P電容 2只 10uF電容 1只 10K電阻 1只 1K排阻 1只 兩位一體數(shù)碼管 2只 DC座 1只 自鎖開關(guān) 1只

發(fā)光二極管紅綠黃

各4只 按鍵 7只 USB電源線 1條 導(dǎo)線

若干

1、基于51系列單片機（型號：STC89C52、AT89C51/C52、AT89S51/S52,隨機選擇，如有特

殊要求請與店主討論）設(shè)計實現(xiàn)。（以上幾種單片機全部為51系列單片機，除了名字不一樣外，功能及應(yīng)用完全一樣，互相

兼容）

2、兩個兩位一體數(shù)碼管顯示東西、南北方向時間。

3、四方向各有紅綠黃三顆燈。

4、七個按鍵操作，分別是：禁止通行、東西通行、南北通行、時間加、時間減、切換方向、確認。

第五篇：機械手運行控制系統(tǒng)設(shè)計

機電系畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書

（二）指導(dǎo)教師：張國同

一、設(shè)計題目機械手運行控制系統(tǒng)設(shè)計

（二）二、設(shè)計目標(biāo)

1）掌握機械手動作流程。

2）以PLC為系統(tǒng)控制核心

3）掌握正確選擇PLC的方法

4）掌握電氣控制元件的選擇與計算方法。

3）掌握液壓元件選擇與應(yīng)用。

三、設(shè)計內(nèi)容

機械手由液壓元件驅(qū)動，左，右運行采用雙伸出桿液壓缸。機械手的基本動作： 機械手原位→下降→抓物→上升→右行→下降→放物→上升→左行→到原位結(jié)束。

1）選擇正確的電氣控制器件

2）選擇正確的液壓元件（包括液壓泵和電機型號）。

3）有各步的工作狀態(tài)指示。

4）有必要的電、液保護和聯(lián)鎖。

5）繪制電氣控制原理圖和液壓原理圖。

6）繪制元件安裝布置圖。

7）繪制接線圖、控制方框圖、控制流程圖。

四、畢業(yè)設(shè)計說明書格式要求（15000字以上）。以機電系畢業(yè)設(shè)計要求為準(zhǔn)。

1）設(shè)計題目

2）控制原理說明設(shè)計方案論證

3）主要器件選擇依據(jù)與計算

4）元件明細表

5）設(shè)計總結(jié)及改進意見

6）主要參考資料

五、參考文獻

工廠電氣控制技術(shù)機械工業(yè)出版社 主編方承遠

工廠電氣控制設(shè)備機械工業(yè)出版社 主編許廖

機床電氣控制技術(shù)機械工業(yè)出版社 主編王炳實

可編程序控制器的應(yīng)用技術(shù)機械工業(yè)出版社 主編 王兆義

可編程序控制器的原理及程序設(shè)計電子工業(yè)出版社 主編崔亞軍