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光控灯的设计
课程设计(论文)说明书
题目:
光控灯的设计
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职称:
在学校、机关、厂矿企业的单位的公共场所以及居民区的公共楼道,长明灯现象非常普遍,这就造成了能源的大量浪费。
另外,由于频繁开关或者人为因素,墙壁开关的损坏率很高,增大了维修量、浪费了资金。
在这里我设讣了光控灯,光控灯会随着环境光线的变化自动的控制灯的亮灭,适合于控制路灯、走廊灯等,同时也达到了省电节能和延长灯泡使用寿命的效果。
当傍晚光强减弱到一定程度的时候,电路就会自动接通点亮路灯;当早上光强增大到一定强度的时候,电路就会自动切断,从而实现灯自动熄灭的功能。
关键词:
光敬电阻;555芯片;光控灯
Abstract
Inschools,offices,residentialares,factoriesjninesandenterprisesandotherunitsofpublicplacesandstreetsinpublicgardens,aswellasresidentialcorridorjonglightthatiswidespread,whichcausedagreatwasteofenergyjnadditionjuetofrequentswitchingorman-madefactorsjvallswitches’thehighfailurerate,increasingtheamountofmaintenance,wasteofmoney.HereIdesignedalight-controllights.Asthecircumstanceschangeinthelight,thelight-controllightwillautomaticallycontrolturnthelightonoroffjorcontrolofthestreetlamps,thecorridorlights^alsotosaveenergyandelectriclightbulboflifeeffect,whenthelightdowntoacertainextent,thecircuitisautomaticallyconnectedtolightlamps;asearlyandincreasedtoacertainpolishstrength,thecircuitisautomaticallycutout,theautomaticfunction.
Keywords:
lightdependentresistor;555chips;opticalcontrollamp
引言1
1光控灯原理1
1.1光控灯的意义与背景1
1.2设计思路与原理1
2光控灯电路的设计方案1
2.1方案特点1
2.2元器件的选择2
2.3主要原器件的介绍2
2.3.1光敏电阻的介绍2
2.3.2555芯片的介绍3
2.3.3发光二极管的介绍4
3电路4
3.1原理图的设计及说明4
3.2电路仿真5
4电路板的制作及调试7
4.1PCB电路图的制作7
4.2电路板的制作7
4.3电路板的调试7
4.4测试结果8
5结束语8
谢辞9
参考文献
10
引言
路灯在我们日益更新的生活中越来越普遍,一般路灯是白天关闭,夜晚开启。
如果人工控制路灯的开关,不但费时费力,而且在天气变化时,不容易掌握开关路灯的时间,给群众带来很大的不便。
在本设计中介绍一种自动光控灯,这样不但省时省力,节约资源,而且可以提高灯的寿命。
采用555时基电路施密特触发器,及电阻、二极管或门组成自动光控灯智能电路,会给我们带来新颖智能的便利;当光线好时,灯不会发光,到光线很差时,灯会自动开启照明。
虽然本文介绍的光控灯只有1个简单的芯片和电阻电容构成,却可以模拟光控灯,也达到了节电节能的目的,同时它的原理也有广泛的应用。
1光控灯原理
1.1光控灯的意义与背景
站在新世纪的门槛上,我们感受到的是高速发展的现代科技。
降低能耗,节约能源、注重环保,简洁方便是当今家居生活的主题。
也因如此,照明灯的需求也在不断的发展,人类有意识的采用各种方法改进它,以适应我们日常生活的各种需要。
用光控开关来代替路灯开关、住宅小区的楼道上的开关,只有在光线不足时灯会自动点亮,口天光线充足时不会亮,可以达到节能的LI的。
同时光控电路具有电路简单,制作容易,工作可靠的特点,可广泛应用于各种楼房走廊的照明设备。
1.2设计思路与原理
电路采用光敬电阻来感受外界光的强弱,然后采用555多谢振荡器改变输出电压,从而改变发光二极管两端的电压,进而控制了灯的亮灭。
在发射结接上一个继电器,可以控制外接电路的开路或短路。
此设计也可以看做是一个用发光二极管指示的光控开关。
要求电路在曰光照射下,接通+5V电源后,发光二极管四熄灭的,没有光照的时候,发光二极管是亮的。
接通+5V电压,在光线充足的情况下光敬电阻的阻值很小,分压很小,则输入555芯片的TH和TR端为高电平,此时555芯片的输出端为低电平,不能提供足够的电压给发光二极管,则灯不亮;在光线不足时,光敏电阻的阻值很大,分压很大,输入555芯片的TH和TR端为低电平,贝I」555芯片的输出为高电平,此时可以提供足够的电压给发光二极管,灯就发光。
2光控灯电路的设计方案
2.1方案特点
产生光控电路的方案有很多,本方案的选择主要从以下儿个方面考虑:
(1)设计难度;
(2)实现难度;
(3)成本;
(4)调试难度;
(5)电路原理。
山于我在大二时期已经学了数字电路和模拟电子电路,而且这个方法比较简单,乂实用,能充分体现出我对所学知识的掌握程度。
所以我利用所学的数字电路方法,力求从简单的基础知识中学到更多的东西,为今后的学习做好准备,采取一种最简单的方式实现光控电路的设计。
2.2元器件的选择
(1)
发光二极管1只;
(2)
555芯片1只;
(3)
继电器1只;
(4)
电容1只;
(5)
三极管1只;
(6)
光敬电阻1只;
(7)
可调电阻100K1
只;
(8)
电阻5601只,
1K一只;
(9)
排针二孔1只,
三孔1只。
2.3主要原器件的介绍
2.3.1光敏电阻的介绍
图光敏电阻
光敬电阻乂称光导管,常用的制作材料为硫化鳗,另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化钮等材料。
这些制作材料具有在特定蛀的光照射下,其阻值迅速减小的特性。
这是山于光照产生的载流子都参与导电,在外加电场的作用下作漂移运动,电子奔向电源的正极,空穴奔向电源的负极,从而使光敬电阻器的阻值迅速下降。
光敏电阻器是利用丫导体的光电效应制成的
一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器;入射光强,电阻减小,入射光弱,电阻增大。
光敬电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换(将光的变化转换为电的变化)。
常用的光敬电阻器硫化镉光敬电阻器,它是山半导体材料制成的。
光敬电阻器的阻值随入射光线(可见光)的強弱变化而变化,在黑暗条件下,它的阻值(暗阻)可达广10M欧,在强光条件(100LX)下,它阻值(亮阻)仅有儿白至数千欧姆。
光敬电阻器对光的敬感性(即光谱特性)与人眼对可见光
(0.To.76)um的响应很接近,只要人眼可感受的光,都会引起它的阻值变化。
设讣光控电路时,都用口炽灯泡(小电珠)光线或自然光线作控制光源,使设计
光敏电阻电压內
图2-2光敏电阻的伏安特性曲线
2.3.2555芯片的介绍
□55时基电路是一种双极型的时基集成电路,工作电源为4.5V-18V,输出电流为200mA,工作可靠。
它含有两个电压比较器,一个基本RS触发器,一个放电开关T,比较器的参考电压由三只5KQ的电阻器构成分压,它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为2/3Vcc和1/3VccoCl和C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。
当输入信号输入并超过了2/3Vcc时,触发器复位,555的输出端3脚输出低电平,同时放电,开关管导通;当输入信号自2脚输入并低于1/3Vcc时,触发器置位,555的3脚输出高电平,同时放电,开关管截止。
尺。
是复位端,当其为0时,555输出低电平。
平时该端开路或接Vcc。
Vc。
是控制电压端(5脚),平时输出2/3Vcc作为比较器A1的参考电平,当5脚接一个输入电压,即改变了比较器的参考电平,从而实现对输出的另一种控制,在不接外加电压时,通常接一个0.01MF的电容器到地,起滤波作用,以消除外来的干扰,确保参考电平的稳定。
T为放电管,当T导通时,将给于脚7的电容器提供低阻放电电路。
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555电路的引脚功能如下图:
表2-1555芯片引脚功能
TH
輕发
Til
阀值
R
复位
IMS
放电端
OLT输出
>丄Ver
3
2
>—Vcc
3
H
导通
L
>丄Vcc
3
2
<—Vcc
11
原状态
<丄Vcc
3
X
截止
11
X
X
J.
导通
2.3.3发光二极管的介绍
图2-4发光二极管
发光二极管简称为LEDo由稼(G&)与神(AS)、磷(P)的化合物制成的二极管,当电子与空穴复合时能辐射出可见光,因而可以用来制成发光二极管。
它是半导体二极管的一种,可以把电能转化成光能;发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,也具有单向导电性。
当给发光二极管加上正向电压后,从P区注入到N区的空穴和山N区注入到P区的电子,在陀结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。
不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。
当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同,释放出的能量越多,则发出的光的波长越短。
常用的是发红光、绿光或黃光的二极管。
3电路
3.1原理图的设计及说明
图3-1用Protel绘制的原理图
原理图说明:
接通5V的电压,通过光敬电阻可以调节电阻的分压作用,改变6脚和2
脚的输入电压,从而达到改变555的输出电压,从而达到控制发光二极管的亮灭的作用,同时经过三极管的放大作用,控制继电器(继电器是具有隔离功能的自动开关元件)。
当光照到光敬电阻时,其电阻变小,是的6脚和2脚的电圧变大,经过555芯片,山555的原理可知,从输出管脚3输出低电平,此时发光二极管不能导通,是灭的;当没有光照时,其电阻变大,使得6脚和2脚的电压变小,经过555芯片,由555的原理可知,从输出管脚3输出高电平,此时发光一•极管导通,灯亮。
因为继电器具有能反映一定输入变量(如电流、电压等)的感应机构(输入部分);有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构(输出部分);在继电器的输入部分和输出部分之间,还有对输入量进行耦合隔离,功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构(驱动部分)。
所以,此电路还能作为一个光控开关,控制外部电路。
3.2电路仿真
仿真电路如下:
图3-2有光照时,用小电阻代替光敏电阻的仿真图
VCC
DIS
7HR
rpi
CON
560Ohm
LkOhir.
lOOnF
2STCUT
Key=ASMOhir.
图3-3没有光照时,用大电阻代替光敬电阻的仿真图
山于在仿真时,没有找到光敏电阻,因此我根据光敬电阻的原理特点,用电阻来代替。
因为在光照时,光敬电阻的阻值很小,我用小电阻代替;在没有光照时,光敏电阻的阻值很大,用大电阻代替。
经过仿真,得到两个图,对比可知此电路实现了光控的原理。
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4电路板的制作及调试
4.1PCB电路图的制作
PCB是英文印制线路板的简称。
通常把在绝缘材上,按预定设计,支撑印制线路、尹志远见或两者组合而成的导电图形成为印制电路。
而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形,称为印制线路。
这样就把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板,亦称为印制板或印制电路板。
仿真成功后画出正确的PCB图。
图4-1PCB图
4.2电路板的制作
制作电路板时,先用砂纸打磨铜板,把铜板打磨光亮,然后用熨斗将打印的PCB图印制在铜板上;然后用盐酸和双氧水以一定的比例混合将铜板腐蚀,腐蚀后再用砂纸将打印上去的黑线磨掉,然后就可以看到留下的铜线电路图:
接着就按照电路图上的孔印打孔;打完孔就可以进行焊接元器件了;在装元器件时一定要注意元器件的正负极,不能装反了。
在焊接完毕后,必须检查是否存在虚焊、漏焊以及山于焊锡流淌造成的元件短路情况。
4.3电路板的调试
电路板制作完成后要进行测试,使其满足要求。
测试需要仪器:
直流稳压电源1台。
调试过程:
第8页共10®
(1)调节直流稳压电源,使其输出为+5V的电压,先不要打开电源开关,将输出端接到电路板上;
(2)连接好后检查线路的正负端有没有接错,然后打开电源开关;观察二极管的发光情况,看其是否在有光的情况下不发光,在没有光照的情况下发光
(可以用障碍物遮住光敬电阻)。
若其在有光照的悄况之下发光,可以调
节可调电阻,改变555芯片的2脚和6脚的电压,是发光二极管熄灭。
4.4测试结果
表4-1测试结果
电源电压为4.8V
有光照
无光照
555芯片输出端
0V
3.4V
光敏电阻电压
0.2V
3.64V
三极管UB端
0V
3.4V
三极管Uc端
4.8V
4.8V
三极管Ue端
0V
2.7V
灯
灭
亮
5结束语
这是进入大学以来的第一次课程设讣,我的课题是光控灯。
光控灯电路虽然简单,但其原理在我们的生活中用处很大,并且其电路的设计很贴切我们所学的数电与模电内容。
本电路中用到的555芯片应用广泛。
在完成课程设计过程中,我通过查阅许多资料,对555定时器的内部结构、功能及一般使用方法有了更深的了解。
通过这次课程设计,无论是思维方式还是动手能力,我都有了很大程度的提高;对掌握画图软件Protel有了很大的帮助,懂得了电路板的制作过程。
®
谢辞
这是大学期间的第一次课程设汁,感谢学院给我们提供这样的实践动手机会,让我从中学到了很多的知识,也增强了我的动手能力。
在此特别感谢老师给予的耐心指导,老师认真严谨的态度让我在在这次课程设计中学会了许多东西,同时也培养了我认真的学习态度;同时要感谢在这次课程设讣过程中给予我帮助的各位同学,是他们的帮助让我这次课程设计能顺利完成。