环境光线报警电路.docx

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环境光线报警电路

第一章概述

在生产生活中，人们除了对温度和湿度进行监控外，有时还需对其他一些环境因素进行监控，以确保生产能正常进行，环境光线报警器应运而生。

而随着科技的发展，利用电子技术实现的自动控制，在各个领域种的作用越来越突出。

环境光线报警电路在环境光线太强或者太弱时，会自动的发出声光报警，以提醒人们注意。

例如，在光线太强或太弱的环境下看书、写字，时间长了会造成视力减退。

这里介绍的环境光线报警电路，能够很方便地监测阅读书写环境的光照度，指导人们在合适的光线下学习、工作，对视力保健起到积极有效的作。

本设计基于节能性要求，利用所学电子技术基础的相关知识，为照明灯设计了一款自动控制电路。

1.1环境光线报警电路的研究意义及价值

环境光线报警电路在安全光控制、光控制等领域有着重要的作用，能够很方便地监测阅读、书写环境的光照度,指导人们在合适的光线下学习、工作,对视力保健起到积极有效的作用。

该光线强弱报警器体积小巧、携带方便,在学校和家里都很实用。

因此，环境光线报警电路在我们实际生活工作中有着不可替代的作用，研究和开发环境光线报警电路也就显得非常之重要了。

1.2环境光线报警电路的发展前景

伴随这经济的发展，各种报警电路已经为人们所认识。

从居民区里的防火防盗系统到建设工地上的各种告警指示，它具有光控自动功能，白天灯灭，当夜幕来临的时候，它能驱动红色警示灯闪闪发光，以起到告警作用，从而节省了大量的人力资源，在不安全的地方可以避免危险事故的发生。

对我们的安全生产的人们的财产安全有着非常重要的地位。

人们日常生活中的应用和建设应用的广泛使得人们再不能离开报警电路的作用，所以报警电路的用量也越来越大，市场的需求很大，蕴藏着巨大的商机和市场潜力。

研究它的生产和工作原理对以后的工作和生产很重要。

由于人们越来越重视报警电路的作用，对它工作原理的掌握也变的越来越迫切，所以本文主要介绍环境光线报警电路的主要组成部件和原理。

第二章环境光线报警电路原理及设计思路

2.1电路元器件的工作原理

电路主要由专用测光集成电路ZH-3和光敏三极管组成：

2.1.1光敏三极管

光敏三极管（Phototransistor）和普通三极管相似，也有电流（Current）放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。

通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿（Temperaturecompensation）和附加控制等作用。

光敏三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。

三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。

图2.1.1光敏三极管

2.1.2专用测光集成电路ZH-3

ZH-3是一块主要用于照相机、曝光表及光度计等作电测光用的集成电路.它包含了输入偏置恒流源、电平跟随器及三状态LED显示驱动电路等功能.具有工作电压低,功耗小,输出电流大,能与CMOS,TTL电路直接接口,灵敏度可调及外围电路简单等特点.电路图如图2.1.2所示。

图2.1.2ZH-3电路图

2.2环境光线报警电路整体框图及局部设计

报警电路整体框图如图2.2.1所示，主要由交直流转换电路、光检测电路、信号转换及控制电路、终端电路组成。

图2.2.1整体框图

图2.2.2电源电路图

电源电路的原理：

直接从电网供电，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电转化为+12V的直流电压。

电路中变压器的常规铁心变压器，整流电路采用二极管桥式整流电路，C7、C8、C9和C10完成滤波功能，稳压电路采用三端稳压集成电路来实现。

图2.2.3光检测电路

光线强时，光敏电阻RL的阻值变小，R9、RL导通，555定时器的复位端4至于低电平；光线弱时，光敏电阻RL的阻值变大，R10导通，555定时器的复位端4至于高电平。

光控控制电路对电路起总控制作用。

图2.2.4信号转换及控制电路

MIC接收到足够的声强时，电路产生谐振并输出一个微弱脉冲，从而将声音信号转换为电信信号。

MIC输出信号是一个非常微弱的信号，为了后续电路能够对声强信号进行处理，必须加入信号放大电路。

图中所示信号放大电路是由电阻R1—R4、T1、T2和C1—C3构成，电路中采用了双三极管构成的放大电路，这样可以使电路的放大的倍数比单管当打电路的倍数增加b倍，从而得到适合的信号。

R2和R3为放大电路的集电极偏置电阻，C1和C2为放大电路的滤波电容。

R1和R4为放大电路的反馈电阻，它们的功能是保证放大电路有一个稳定的静态工作点和稳定的输出电压，C3的作用是减小电路中加入反馈电阻对放大倍数的影响。

电路中的延时控制电路一般采用电平信号触发，因此有必要对放大的交流信号进行整流。

上图中采用了由C4、D1和D2构成的倍压整流电路，倍压整流电路不但能够完成整流的任务，同时还可以将输出电压增大一倍，这样当MIC接受到了足够大的胜强后，声强信号处理电路通过放大和整流就输出了一个高电平信号V。

图2.2.5终端电路

第三章电路设计及工作原理

3.1环境光线报警电路的电路设计

环境光线报警电路的电路图如图2.5所示，电路主要由测光集成电路ZH-3

和光敏三极管等元件组成。

图3.1环境光线报警电

3.2报警电路的工作原理

IC1是一种专用相机测光。

集成电路ZH-3，其11、12脚均为输出端，2脚为信号输入端，各输出端的工作状态取决于2脚的电位。

当ICI的2脚为高电位时，11脚输出低电平，10脚和12脚输出高电平，2脚为低平时，10脚输出低电平，11脚和12脚输出高电平；2脚电位处于高。

低电位之间时，12脚输出低电平，10脚和ll脚输出高电平。

IC2是一种音响集成电路l（Ix）3I附，能产生优美动听的音乐声。

从图2.5中不难看出，IC2的触发端2脚直接接在正电源端，因此，只要电源一接通，即可使扬声器Y长时间的发出音乐声。

VTI是一种光敏三极管，主要为IC1提供检测输入信号。

当环境光线弱时，光敏管VT内部导电率很低而呈高阻抗，使得IC1的信号输入端2脚电位变高，相应11脚输出低电平，发光二极管LED2点亮而且发出黄色光。

同时，隔离二极管VDI导通，V12亦导通，则IC2通电工作，故使扬声器Y发出音乐声。

倘若环境光线强时，光敏二极管VT1受到强光的照射，其内部电阻阻值变得很小，使得IC1的2脚电位降低，10脚输出低电平，LED3导通且发出红色光。

与此同时，隔离二极管；VIY2导通，VI2导通，则IC2通电工作，故扬声器Y发出声音。

如果环境光线处在强、弱之间时，使得1121的2脚电位不高也不低，则IC1的输出端12脚为低电平，故使LEDI点亮而发出绿色光，此时环境光线为最佳学习照度。

第四章电路安装与调试

4.1元器件的选择

IC1选用专用相机测光集成电路2H-3，该集成块功耗低，光控灵敏度高，调整范围宽，其工作电压范围在2.4V～3.2V，最大可达6V，最大电流可达20mA，ZI-I-3采用14脚双列扁平陶瓷无线红外探测器封装结构，各引出脚功能：

l脚为输入偏置端；2脚为信号输入端；4脚、5脚为输入电平设置端；7脚为接地端；10、11、12脚均为输出端，14脚为电源端；其余3、6、8、9、13脚均为空脚。

IC2使用音响集成电路KD9300，亦可用其它型号的音乐集成电路，如CW8403、2W3830等型号。

KD9300系列音响集成电路是采用软包封形式的一种大规模CMOS电路，它具有质优价廉、用途广泛、外围元件少、安装使用方便等优点。

VT1选用3DU3l型光敏三极管。

VT2选用放大系数80以上的硅PNP型晶体管，如3CGl4A、3CG2l等型号。

vr3选用放大系数100以上的硅NPN型晶体管，如3DG6、3DGl2等型号。

LED1、LED2、LED3分别为绿色、黄色、红色圆形发光二极管。

VD1、VD2均为lN4001整流二极管。

Y采用小型电磁音响器CB-l型，以缩小其体积。

电源使用3节5号干电池串联后电压为4.5V。

其它元件参数如图3.1所示，无其它特殊要求。

4.2电路焊接的注意事项

在连接电路的过程中要注意各个点的相互关系，各个引脚的位置，以免连错。

在焊接的过程中还要注意焊点的质量，避免过焊和稀焊的现象出现。

另外，在连接光电跟踪传感接收头电路时应注意电阻间的关系以及两个晶体管之间的关系，要尽量选的对称，否则将会对实验结果造成影响。

在连接好电路后，要先进行检查，确认无误后再接通电源，以免烧坏元件。

在进行试验的过程中要防止外界光源的干扰影响试验效果。

4.3安装调试

按图2.5把这些元件焊装在印制电路板上，然后装在一塑料盒中。

光敏管VTI的安装位置直接影响着本电路的使用效果，因此最好使光敏管VT1的受光面露出机壳外，以便能受到环境光线的作用。

发光二极管和电源开关均安装在机壳的适当位置处，然后在LED1～IED3附近相应标注“合适”、“太弱”、“太强”的照度标记，以便判断环境光线的强弱。

调试时，可选用1只标准测光表和1个可调亮度的光源。

然后，依次按标准环境光线为100Lx和150Lx及200Lx时，能使本照度测试器处在某一照度下而发出相应的报警信号。

即：

环境光线在100Lx以下时，LED1导通而发出黄色光；环境光线在20Lx时，LED3导通而发出红色光。

调整电位器FUP的阻值大小，可调节本电路在不同的光照度下的工作。

R1／R2主要用于调节光度范围，R1／R2的比值越大，则可调光度越宽，反之亦然。

如果没有标准测光表，也可根据以下实验数据作为测试参考照度：

用一个15W的白炽灯作为光源，在其灯泡正下方30cm

处的照度为100Lx左右。

第五章结论

本次实验主要是完成ZH-3集成电路实例—环境光线报警电路的制作和调试，从实践的角度充分的了解电子世界的神奇，更好的了解光电检测这门课程，复习学习过的基本知识。

对生活中的警示灯原理有了进一步的了解，丰富了日常生活和生产实践的知识。

本次实验基本达到目的，对光敏三极管的特性有了一定的了解，对ZH-3型集成电路从原理上有了更个充分的认识，焊接电路和组装更加的熟练。

在实验中我发现了很多的问题，通过对问题的分析和解决，使我进一步巩固了课堂上学习的知识，并锻炼了自己的动手能力。