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2010年1月14日

课程题目：

台灯自动开关盒

一、设计目的

·

掌握台灯自动开关盒的工作原理。

掌握多种台灯自动开关盒的电路组成及设计方法。

二、设计任务和要求。

1．设计并制作一个台灯自动开关盒，以实现“人来灯亮，人走灯灭、光照灯灭”等节电功能；

2．台灯盒有交流电源输入线和交流电源输出插座，输出可接额定电压220V，输出功率适当的台灯；

3．具有两个传感器，即：

（1）光敏传感器。

将其安装在开关盒适当的地方，作为检测光照；

（2）对人体敏感的传感器，通过人体发出的红外线感应人体接近；

4．自动开关盒做好后，将台灯的电源插头插入开关盒的电源输出插座，便可实现如下功能：

（1）在晚上，当没有足够的光源照到光敏元件上时，若有人靠近台灯，它便自动接通电源发光，人离开台灯后，能自动断开电源；

（2）在白天有足够强的光线（以适合阅读为标准）照射到光敏元件上时，无论是否有人靠近台灯，它都不会亮；

6．设计并制作电路图

三、方案选择与论证。

3．1方案1：

红外感应

1、结构图见图1：

人体红外信号

红外探测模SZHHHHHNN块

控制单元

台灯

光信号

光敏感应器

图1

图1中有三个主要部分：

（1）光敏传感器，其作用就是将感觉到的光信号的强弱转化为电阻的大小，并实时告知控制元件；

（2）红外感应器，其作用是感觉近距离内有没有人靠近，并实时的告知控制元件；

（3）控制单元，其作用是根据台灯周围的光线和是否有人靠近来控制灯的亮与灭。

直流输出

U4

U2

220V

50Hz

交流输入

U1

U0

U3

图2

图2主要由三大部分组成：

（1）电源部分。

在图2中虚线的左边为电源部分，直流稳压电源的基本功能是为电子电路提供稳定且合适的电能，它以公共供电网为能量来源（即供电网是220V，50Hz的交流市电），输出电压等级较低，功率较小的直流电压，一般在3V-24V,200W以下。

下图给出了直流稳压的基本结构。

由图可见，直流稳压电源包含如下几个部分：

电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路。

输入100V，60Hz的电压信号，进过变压器后输出约为13.5V的交流信号，在经过，桥式整流滤波之后输出大约为17.587V的直流信号。

设U2为变压器二次测电压有效值，那么经过桥式整流滤波之后输出的电压Uo大约满足公式：

Uo=1.2U2

测得的电压基本上满足此公式。

在工程实际中，一般取：

（2）红外感应部分。

工作原理：

红外感应部分的功能由红外探测模块HN911T完成，但由于在multisim软件上无法模拟出该模块，故采用外加一个信号的模式来实现该功能，当人体进入该红外探测区是，会有一个5V的电压信号输入，当人体不在该探测范围内时，该信号变为0V，等于没有信号输入。

（3）光敏传感器。

光敏传感器的功能由光敏电阻来完成，由于在软件上无法模拟，所以决定由一个阻值适当的滑动变阻器来替代，通过光照的强度来改变输入电阻阻值的大小，当白天时，由于光照比较强，所以光敏电阻的阻值较小（即滑动变阻器的阻值较小）所以滑动变阻器上分得较大的电压，从而没有输入信号。

到了晚上情况则相反。

在光敏电阻控制输入输出信号时，需要用到一个电压比较器，电压比较器的原理如下：

比较器的一端加的是光敏电阻（即滑动变阻器）两端的电压信号，另一端加的则是一个10V的电压信号。

当滑动变阻器的电压大于10V，

则输出一个大小恒定的电压信号，如果滑动变阻器两端的电压小于10V时则输入一个负的电压信号。

电压比较器原理图如下：

当VCC>

VDD时输出的信号为15.041V；

当VCC<

VDD时输出的信号为-15.041V；

当VCC=VDD时输出的信号为0V。

然后找到一个临界电阻值，据此判断白天和晚上的阻值大小。

四：

控制器

次电路中控制器的功能有两个晶体双闸管来实现，其中一个用于控制光敏电阻的输出信号，另外一个则用来控制红外装置的输出信号。

当有两个信号同时输入（既是天黑，又有人进入）时，两个双闸管同时导通，但是，只要有一个信号没有输入，那么总电路就不会导通。

晶体双闸管的原理图如下：

晶体双闸管由NPNPN五层硅组成，其正向和反向都具有触发导通对的特性。

晶体双闸管：

导通原理图：

当开关闭合时，即A和G之间有信号输入时，双闸管导通。

所以用此装置可起到控制的目的。

以上就是实验每个部分的组成原理图。

下图是本实验的总的原理图：

本实验的实验装置如下：

100V，50Hz的电源；

NLT_PQ_4_16变压器；

由四个二极管组成的桥式电路；

一个3.6uF的电容；

两个型号为2N6157的双闸晶体管；

等其他基本元器件。

中间计算步骤及所用到的公式：

首先：

经过桥式整流滤波之后输出一个15.031V的电压信号，用到课本上的公式为Uo=1.2U2；

U2为变压器二次测电压有效值。

其次：

替代光敏电阻的滑动变阻器的最大阻值为10k欧姆。

电压比较器的电压比较信号为10V。

当滑动变阻器的电阻大约为8K欧姆时，是它的临界电阻值（当电阻大于8k欧姆时，变压器两端分得的电压大于比较电压10V,输出正信号，即进入天黑状态，当小于8K欧姆时，情况则相反，即进入白天时的状态。

）

如果进过电压比较器后输出的是一个负信号，那么经过二极管后则反向截止，不导通，那么双闸管也不导通，即灯不亮。

如果输出的是正信号的话，那么情况则相反。

本实验中的红外信号，也是通过外加一个电压信号来实现的，也通过

一个晶体双闸管来控制最后的输出结果。

如果有人体进入红外探测范围，那么就会有一个5V的电压信号输入，从而导致晶闸管最后导通。

如果没有红外信号的话，那么情况就相反。

实验总结：

通过本次课程设计，将课本所学知识联系到日常生活中，加深了我们对课本内容的认识和应用，也更让我们了解到了生活中即使是随便看得到一个光控路灯，也有着不简单的内容，让我们重新感悟，从生活中学习，着心于观察生活，才能做到不空读书，从而将生活中的所观所感融入到学习中，进而学会更多。

此外，通过团队的合作，更让我们发现了各自所学的不足，大家取长补短，互相为师，加深了对彼此的了解，增进了友谊。