西南科技大学
班 级：
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指导教师：
建筑电气课程设计报告 电气0903 20xx5690
一、 前言：
本工程题目是某住宅电气照明系统设计。通过对负荷计算、 高低压电器的选择、电缆选择与敷设方式、照度计算、布灯方案 等的设计，熟悉民用建筑电气设计的相关规范和标准，熟悉建筑 电气照明系统设计的方法、步骤和内容熟练使用天正电气软件绘图， 学会整理和总结设计文档报告，学习如何查找设备手册及相关参数并进行系统设计。
二 、设计题目及工程概况
设计题目及工程概况设计题目：某住宅电气照明系统设计
2 .1设计内容为电气照明系统。
单元照明平面图
2）给定资料：各层建筑平面图
2 .2 设计目的及要求
1)． 阅读相关科技文献
2)． 熟悉民用电气照明系统设计的相关规范和标准。
3)． 熟悉电气照明系统设计的方法、步骤和内容。
4)． 熟练使用CAD软件。
5)． 学会整理和总结设计文档报告。
6)． 学习如何查找设备手册及相关参数并进行系统设计。
2 .3 设计依据
1、GB50054—20xx 《低压配电设计规范》 国标 20xx年
2、GB50034—20xx 《建筑照明设计标准》 国标 20xx年
3、JGJ16—20xx 《民用建筑电气设计规范》 行业标准 20xx年
4、吕光大主编 《建筑电气安装工程图集》（第2版）1、2、3集 中国电力出版社
5、照明设计手册(第二版) 北京照明学会 中国电力出版社
6、《工厂常用电气设备手册》（第2版）上、下册 中国电力出版社
7、《民用建筑电气设备手册》上、下册 中国建筑工业出版社
8、《国家标准电气制图应用示例图册》（建筑电气分册） 中国标准出版社
9、电气设备生产厂家产品样本及其它资料等
三 、负荷计算
负荷计算的依据和目的负荷计算是供配电工程设计的基础，必须正确计算负荷，才能设计出合理的供配电系统。负荷计算的内容包括：计算负荷、 尖峰电流、平均负荷。计算负荷又称半小时最大负荷，是供配电设计时选择变压器容量、无功补偿容量、季节性负荷容量，选择电器、电线电缆。计算电压偏差、功率损耗和电能损耗的依据。尖峰电流一般取启动电流的周期分量作为计算电压下降、电压波动以及选择保护电器和保护原件等的依据。平均负荷用来计算电能消耗量和最大负荷。
负荷计算方法负荷计算分为需要系数法，利用系数法和单位指标法。本工程
采用需要系数法，其特点是：计算简便，计算精度一般，用电 设备台数少时，误差较大。适用于各类项目，尤其是变电所负荷计算。
本户需要的计算负荷的用户只有照明和插座
插座的负荷计算：
用户有一个客厅空调插座，三个卧室插座，厨房插座和普通插座
客厅空调插座功率选用5KW，查表知 Kx=0.8 cosφ=0.9 tanφ=0.48 有功功率 Pc= KxPe=0.8×5kw=4.0kw
无功功率 Qc=Pc×tanφ=4×0.48=1.92Kvar
视在功率 Sc=4.3KVA
计算电流 Ic=11.28A
卧室插座共选3KW，查表知 Kx=0.8 cosφ=0.9 tanφ=0.48
有功功率 Pc= KxPe=0.8×3kw=2.4kw
无功功率 Qc=Pc×tanφ=2.4×0.48=1.152Kvar
视在功率 Sc=2.64KVA
计算电流 Ic=6.9A
厨房插座也选用3KW，查表知 Kx=0.5 cosφ=0.9 tanφ=0.48
有功功率 Pc= KxPe=0.5×3kw=1.5kw
无功功率 Qc=Pc×tanφ=1.5×0.48=0.72Kvar
视在功率 Sc=1.66KVA
计算电流 Ic=4.36A
普通插座统计插座数目，按每座0.5KW计算，0.5×20=10KW 查表知 Kx=0.4 cosφ=0.9 tanφ=0.48
有功功率 Pc= KxPe=0.4×10kw=4kw
无功功率 Qc=Pc×tanφ=4×0.48=1.92Kvar
视在功率 Sc=4.23KVA
计算电流 Ic=11.1A
照明的负荷计算
照明按照每个灯0.05计算，14×0.1=1.4KW, 查表知 Kx=0.7 cosφ=0.9 tanφ=0.48
有功功率 Pc= KxPe=0.7×1.4kw=0.98kw
无功功率 Qc=Pc×tanφ=0.98×0.48=0.4704Kvar
视在功率 Sc=1.1KVA
计算电流 Ic=2.9A
四 、 照明线路的选择和低压断路器的选择
应采用TN—C—S接地方式.电气线路应采用符合安全和防火要求的敷设方式配线,导线应采用铜线, 用户进户线截面不应小于 10 mm2 插座配电线截面不应小于 4mm2.照明截面不应小于 2.5 mm2.
每个照明开关所控光源数不宜太多.每个房间灯的开关数不宜少于2 个(只
设置 1 只光源的除外) .
根据In>Ic=36.54A,查表，选择CM2-125L/3型配电用低压过电流脱扣器的额定电流In=40A，满足Iu≥In≥Ic条件。
五 、总结
课程设计总结通过本次设计，我掌握了照明设计的基本思路，了解了相应规范条文，懂得了如何把所学的理论知识和实际问题相互融会贯通, 不但巩固了我们本学期所学的 《电气照明技术》这一课程的理论知识，还能提高我们提出问题、思考问题、解决问题的能力，从中获得了不少的收获和心得。也使我对课程设计有了更深的了解。
经过这次的课程设计，我发现还有很多不足，还有很多欠缺的地方，考虑的不是很周详。不过在这次的课程设计中我懂得了知识是要进一步掌握和学习，才能融会贯通。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对所学的《电气照明技术》知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。
通过这次课程设 计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还很多。现在，我清醒的知道原来我们理论课上学习的知识只是一些基础，到了真正应用的时候还有很多知识需要我们充分利用图书馆的相关书籍和网络资源。我们要学的是知识，是解决问题的方法和思路，要端正学习态度。就在这样的过程中我们才能不断提高。
在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。这次课 程设计，既丰富了我的专业知识，又锻炼了我的 CAD 制图水平，我想这对于我以后的毕业设计会有很大的帮助，而且对于我今后走上工作岗位会有很好的帮助
即将步入社会，没有老师的指导和帮助，很多东西都要靠自己摸索。但是困难都可以通过自己的努力克服掉，而在这个过程中，知识和能力都在增长！
大学四年，已经从懵懂少年走向成熟，慢慢体会到生活的艰辛，懂得了责任和义务，道路仍旧很长，学海依旧无涯，没有放松和偷懒的权利，只有不断学习，充实自己！
参考文献
1、GB50054—20xx 《低压配电设计规范》 国标 20xx年
2、GB50034—20xx 《建筑照明设计标准》 国标 20xx年
3、JGJ16—20xx 《民用建筑电气设计规范》 行业标准 20xx年
4、吕光大主编 《建筑电气安装工程图集》（第2版）1、2、3集 中国电力出版社
5、照明设计手册(第二版) 北京照明学会 中国电力出版社
6、《工厂常用电气设备手册》（第2版）上、下册 中国电力出版社
7、《民用建筑电气设备手册》上、下册 中国建筑工业出版社
8、《国家标准电气制图应用示例图册》（建筑电气分册） 中国标准出版社
9、电气设备生产厂家产品样本及其它资料等
第二篇：直流电机课程设计报告
目 录
一. 任务解析…………………………………………………………………1
二. 系统方案论证……………………………………………………………1
2.1 系统模块划分………………………………………………………1
2.2 系统原理图…………………………………………………………2
三. PWM模块设计……………………………………………………………3
3.1设计方案论证…………………………………………………………3
3.2方案的选择 …………………………………………………………3
3.3方案的实现 ……………………………………………………….3
3.4 PWM基本原理…………………………………………………………4
四. 电机档位控制模块设计…………………………………………..………4
4.1方案的论证与选择……………………………………………………4
4.2 模块原理图与解析……………………………………………………4
五. 正反转控制模块………………………………………………………… 4
5.1 方案的实现…………………………………………………………...4
5.2 系统电路………………………………………………………………5
六. 去抖动电路模块…………………………………………………………..5
6.1原理介绍……………………………………………………………5
6.2电路设计……………………………………………………………5
七. 总结……………………………………………………..……………….5
八．心得体会…………………………………………………………5
九．参考文献…………………………………………………………6
二、总体方案与比较论证
方案一:利用单片机产生PWM信号波形，通过D/A转换器产生锯齿波电压和设置参考电压，通过外接模拟比较器输出PWM波形
此方案外围电路比较复杂，难于调试，且要保证技术要求的指标困难，故方案不理想。
方案二：利用FPGA产生PWM波形。用数字比较器来实现，数字比较器的一端接设定值计数器，另一端接线性递增计数器。
此方案与模拟控制相比，省去了外接的D/A转换器和模拟比较器，FPGA外部的连线很少、电路更加简单、便于控制，并且能够完成设计需要的指标，所以采用方案二。
2.1 系统模块划分
整个设计方案可以分为PWM模块、电机档位控制模块、正反转控制模块、去抖动电路模块。
2.2 系统原理
首先由设定值计数器设置PWM信号的占空比，当U/D=1，输入CLK2,使设定值计数器的输出值增加，PWM的占空比增加，电机转速加快：当U/D=0，输入CLK2使设定值计数器输出值减小，PWM占空比减小，电机转速变慢。在CLK0的作用下，锯齿波计数器输出周期线性增加的锯齿波。当计数值小于设定值时，数字比较器输出低电平，反之输出高电平，由此产生周期性的PWM波形。旋转方向控制电路控制直流电动机转向和启停。START键
通过与门控制PWM输出，实现对电机的工作停止控制。
2.3 系统
START是电机的开启端，，EN1用于设定电机转速的初值，Z_F是电机的方向端口，选择电机运行的方向。CLK2和CLK0是外部时钟端，其主要作用是向FPGA控制系统提供时钟脉冲，控制电机进行运转。
实验箱上对应的Z_F键是电机运转的方向按键，当把Z_F键按下时，Z_F=1，电机正转；反之Z/F =0时，电机反转。
START是电机的开启键，当START=1，允许电机工作；当START=0时，电机停止转动
三、PWM模块设计
3.1设计方案论证
方案一：利用单片机产生PWM波形。方案二：用FPGA产生PWM波形
3.2方案的选择：方案二仅需FPGA的内部资源即可实现，电路简单便于控制。所以采用方案二。
3.3方案的实现：PWM脉宽调制信号产生电路由可控的加减计数器、8位二进制计数器CNTB、数字比较器三部分组成。可控的加减计数器做细分计数器，确定脉冲宽度。当U/D=1时，输入CLK2,使设定值计数器的输出值增加，PWM的占空比增加,电机转速加快；当U/D =0，输入CLK2,使设定值计数器的输出值减小,PWM的占空比减小，电机转速变慢。8位二进制计数器在CLK0的作用下,锯齿波计数器输出周期性线性增加的锯齿波。当计数值小于设定值时，数字比较器输出高电平；当计数值大于设定值时,数字比较器输出低电平，由此产生周期性的PWM波形。
可控的加减计数器的端口UENSET是计数器的使能端，控制计数器初值的变化。该系统为一个闭环控制。Din[7,0]为闭环输入端口，en set 为闭环使能端口。其原理是将当前显示的信号与预设的信号加以比较，根据din tst与din set的比值来确定哪一端导通。当din[7,0]处于关闭情况下时，set in与set out导通，起作用为当没有在数码管上输入设定值时，电机按
照档位设定的速度运转，当有预设值时，电机按照预设的速度运转。当改变预设值时，通过闭环控制系统将2个输入信号相比较从而达到调速的功能。
数字比较器是产生PWM波形的核心组成部件，可控的加减计数器和8位二进制计数器同时加数字比较器两端作为两路输入信号，当计数器输出值小于细分计数器输出的规定值时, 比较器输出高电平; 当输出值大于细分计数器输出的规定值时, 比较器输出低电平。改变细分计数器的设定值, 就可以改变PWM输出信号的占空比。
3.4 PWM基本原理
脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。简而言之，就是用改变电机电枢(定子)电压的接通和断开的时间比(占空比)来控制马达的速度，在脉宽调速系统中，当电机通电时，其速度增加；电机断电时，其速度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可使电机的速度达到并保持一稳定值.直流电机PWM调速基本原理：PWM方式是在大功率开关晶体管的基极上，加上脉冲宽度可调的方波电压，控制开关管的导通时间t，改变占空比，达到控制目的。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速。也正因为如此，PWM又被称为“开关驱动装置”。
如下图所示：
设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，设占空比为D= t1 / T，则电机的平均速度为Va = Vmax * D，其中Va指的是电机的平均速度；Vmax 是指电机在全通电时的最大速度；D = t1 / T是指占空比。
由上面的公式可见，当我们改变占空比 D = t1 / T时，就可以得到不同的电机平均速度Vd，从而达到调速的目的。严格来说，平均速度Vd 与占空比D并非严格的线性关系，但是在一般的应用中，我们可以将其近似地看成是线性关系。
四、电机档位控制模块
4.1方案的论证与选择。由于此次设计需要有4个档位。而4当对应的编码为100。采用[1.0]2位2进制已经达不到要求，故采用[2.0]的3位2进制来显示档位。
4.2 模块原理图与解析
其中en为时钟信号输出端，grade[2,0]为4个档位。Set_out[7.0]为对应的每一档位的转速编码。
五、正反转控制模块
5.1 方案的实现：该模块主要有两个2选一多路选择器组成。Z/F键控制选择PWM波形从正端Z进入H桥还是从负端F进入H桥，以控制电机的旋转方向。
5.2系统电路
MUX21为2选1选择器。当s=1时，y=a，输出高电平，实现正转，当s=0时，输入低电平，实现反转。其中的zf_con器件相当于一个D触发器，相关的VHDL语言描述（部分）如下begin
process(z_f)
begin
if rising_edge(z_f) then
tmp<=not tmp;
作用就是取其上升沿，消除抖动，使电路更加稳定。
六、去抖动电路模块
6.1去抖动原理介绍：按键的抖动往往是不可避免的,按键信号稳定前后往往出现不该有的噪声,如果按键信号不加任何处理直接输入计数器,计数器将会在一次按键情况下发生多次计数的误动作.因此,有必要在按键信号接入计数器之前进行去抖动处理. 去抖动电路的基本原理是引入采样时钟,在对输入信号采样时,当相邻两次采样数据相同,则认为信号稳定有效,输出该值;否则当成非稳定信号,去抖动输出保持原值不变. 人的按键速度一般无法超过10次/秒,即一次按键最短有效时间往往不低于50ms.若取采样时钟Clk周期T=8ms,则一次按键可采样6次(8ms×6次≈50ms).不稳定噪声脉冲的脉宽一般在4ms以下,在8ms采样周期条件下,噪声最多被采样到1次,因此,去抖电路将会忽略掉噪声脉冲.采样时钟Clk频率可选择为f =1/T =1/8ms =125Hz. 去抖动电路的采样时钟可由FPGA开发板上晶振所提供的时钟信号分频得到.FPGA开发板上晶振为33MHz.在该实验成功下载后,请用导线将clk分配 的管脚与晶振旁的GCK7脚连接起来,只有这样,clk才有效.
6.2 去抖动电路设计
其中CLK为时钟输入信号，in1接直流电机脉冲信号，经过消抖动处理后接入频率计的一端。设计去抖动电路的目的是实现直流电机转速的精确测量，提高计数器的抗噪能力,增强稳定性。
七、总结
直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工等工业部门中得到广泛应用。本文所介绍的直流电机 PWM控制器本文给出的控制方案，计算机仿真的结果表明，该电路能有效地产生 PWM控制信号控制电机的转速，正反转，控制精度由FPGA中的数字比较器决定，硬件电路搭建简单，程序代码书写容易。
八、心得体会
这次设计让我学到了很多东西。首先是掌握了电路仿真软件，还有就是学会了初步的设计方法。刚开始接触到直流电机题目的时候，可以说是毫无头绪。只能去网络上搜索，看看课本和实验指导书。但是由于我平时学习基础不扎实，仍然不是很懂。最后借用了同学的源程序并细致的问了许多问题后，这才慢慢的对这个设计题目有了初步认识。但真正要去仿真的时候，却发现了许多细节性的问题。有时候设计思路是对的，但是在仿真时候却老出现不了想要的结果。经过细心观察和尝试，往往是对理论知识的匮乏和基础的薄弱造成的。虽然最终设计的结果并不完美，但是我也得到了很好的锻炼。
九、参考文献
何小艇 《电子系统设计》 浙江大学出版社 20xx.1
潘松 黄继业 《EDA技术实用教程》 科学出版社 20xx.10
齐晶晶 《现代电子系统设计》实验指导书 电工电子实验教学中心 20xx.8
王彦．基于 FPGA的工程设计与应用[M]．西安电子科技大学出版社，20xx．
郭树涛．基于 FPGA的串口通讯设计[J]．北京电子科技学院学报，20xx，14(4)：74-78．