视力保健测光器.docx

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视力保健测光器

郑州科技学院课程设计报告

视力保健测光器

专业：

自动化

院系：

电气工程学院

班级：

3班

学生姓名：

学号：

完成时间：

2012/11/4

目录

1课程设计的目的3

2课程设计的任务与要求4

3设计方案与论证5

4设计原理及功能说明6

5单元电路的设计（计算与说明）10

6硬件的制作与调试12

7总结13

参考文献14

附录1：

总体电路原理图14

附录2：

元器件清单15

1课程设计的目的

1．学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。

2.学会视力保健电路和直流稳压电源的设计方法。

3．学会利用仿真软件对电路原理图进行仿真，并查找各个元件的工作参数，也要学会用其他型号的元件去替代没有买到的元件。

4.学会电路性能指标测试方法。

5.通过此次课程了解并掌握常用电子器件的使用方法。

6．培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

7.进一步复习和巩固所学的模电知识，掌握模拟电子技术的精髓并提高自己的模电知识水平，在今后的工作和学习中发挥其重要的作用。

8.培养创新能力以及学生在设计中的沟通交流能力，达到互相学习，共同进步的目的。

9.提高学生的综合动手能力，尤其是电子焊接技能。

2课程设计的任务与要求

1.设计一视力保健测光器电路，根据外界光线的光照强度来自动调节二极管的亮暗，达到给我们找到一个最适合读写的环境的目的。

2.该视力保健测光器所用到的是3v的直流，我们要自己设计一个LM317可调式集成稳压电源，要求其输出电压是2.5—20v连续可调的直流电。

3.对所选择的电路设计方案进行仿真，查找并测量各个元件的工作参数，然后对其进行焊接和调试。

4.巩固和加深我们对电子电路基本知识的理解，提高我们综合运用本专业所学知识的能力，提高我们的自学能力，独立分析，解决问题的能力和解决动手进行电路实验的能力。

5.培养我们根据课程需要选学参考书籍，查阅手册、图标和文献资料的自学能力。

通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。

6.通过电路方案的分析，论证和比较设计和计算选取元件，初步掌握简单实用电路的分析方法和设计方法。

7.了解与课题有关的电子电路以及元器件的规范，按设计任务书的要求，完成设计任务，编写设计报告，正确的反映设计与实验的成果，正确的绘制电路图等。

8.培养严肃与认真的工作作风和科研态度。

3设计方案与论证

3.1视力保健测光器

视力保健测光器电路主要由电源电路、放大电路，测光电路和LED发光二级管组成的电路构成，电路比较简单，工作原理更是浅显易懂，根据现在所学的模拟电子技术知识其设计方案简单可行的就有一种，这将会在下面介绍。

3.2直流可调稳压电源

3.2.1方案一

晶体管串联式直流稳压电路。

电路框图如图1所示，该电路中，输出电压U2经取样电路取样后得到取样电压，取样电压与基准电压进行比较得到误差电压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整，从而使输出电压发生变化，该变化与由于供电电压U1发生变化引起的输出电压的变化正好相反从而保证输出电压U2为恒定值（稳压值）。

因输出电压要求从2.5v起实现连续可调，因此要在基准电压处设计辅助电源，用于控制输出电压能够从2.5v开始调节。

方案一简易图

3.2.2方案二

采用三端集成稳压器来构成最终的稳压电路，如框图2所示，前面的整流，滤波和最后的稳压电路部分都相同，只是整流部分采用集成三端稳压器和一个电压补偿电路，该方案选择输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器LM317，输出电压调整范围较宽，设计一电压补偿电路可实现输出电压从2.5v—20v连续可调，要求电路有很强的带负载能力。

可调式直流稳压器

输出端

U1U2

电压补偿电路

图2.方案二方框图

3.2.3方案论证与选择

对于方案一，单纯的串联式直流稳压电源电路很简单，但增加辅助电源后，电路比较复杂，由于都采用分立元件，电路的可靠性难以保证。

所用元器件较多，组装不方便，成本相对于方案二的较高。

对于方案二，该电路所用元器件少，成本低廉，且电路简单，组装方便，可靠性高。

综上所述，我们选择采用第二种方案作为这次设计电路。

它既能更好的达到设计要求，又能起到耗时较少，可靠性高的作用。

4设计原理及功能说明

4.1.1视力保健测光器的工作原理

该视力保健测光器电路由电源电路、测光电路和LED措示电路组成，如图所示。

．电路中，电源电路由电源开关S、电池GB、电阻器R1和电源指示发光二极管VL1组成；测光电路由光敏电阻器RG、电位器RP、电阻器R2和晶体管V1组成；LED指示电路由电阻器R2一R4、晶体管V2、V3和发光二极管VL2,VL3组成。

接通电源开关S，VL1点亮。

在环境光照度适合读写时，RG的阻值较小，V1导通，V2截止，VL2不发光，V2导通，VL2点亮；当环境光线较暗、低于读写要求时，RG的阻值增大使一V1截止，V3导通，VL3点亮；同时V2截止，VL2熄灭。

调节RP的阻值，可改变光控的灵敏度。

4.1.2视力保健测光器的功能

目前青少年视力下降现象比较严重，其主要原因之一是青少

年在阅读写字时环境光线照度太弱。

根据国家教委和卫生部的有关规定，阅读书写时，环境光线不低于100Lx。

这里就介绍一下该视力保健测光器的功能：

开关闭合后，发光二级管VL1常亮，当光线照度符合要求时，光敏电阻的阻值比较小，这时发光二级管VL2发光；当光线低于标准照度时，光敏电阻的阻值比较大，这时，发光二极管VL2熄灭，VL3亮，以示警告。

可以很方便地用来进行测光,保护视力。

4.2.1集成直流可调稳压电源的工作原理

LM317是固定集成稳压器芯片,经过对外围电路的改进设计,可以达到大范围的输出电压调整,不仅能满足一般小功率设备对直流电源的要求,已能满足教学上各种综合实验的需要,是各类高校理工类电子技术及相关专业开展综合整机线路设计的理想器件之一，电路的组成与结构原理稳压电源一般分为5部分,即交流降压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路、保护电路。

其原理结构框图如下，由LM317组成的可调直流稳压电源,将交流220V电压经电源变压器降压整流得到直流电压Vi,此电压通过滤波电路输入到集成稳压器输入端,在集成稳压器输出端可到2.5—20V直流电压。

该稳压电源的主要部件也正是LM317。

LM317输出电流为1.5A，输出电压可在2.5－20V之间连续调节，其输出电压由两只外接电阻R、RP决定，输出端和调整端之间的电压差为2.5V，这个电压将产生几毫安的电流，经R、RP到地，在RP上分得的电压加到调整端，通过改变RP就能改变输出电压。

注意，为了得到稳定的输出电压，流经　R1的电流小于3.5mA。

LM317在不加散热器时最大功耗为2W，加上200×200×4mm3散热板时其最大功耗可达15W。

VD1为保护二极管，防止稳压器输出端短路而损坏IC，VD2用于防止输入短路而损坏集成电路，即该稳压电源的工作原理图为：

4.2.2集成LM317可调直流稳压电源的功能说明

输入220v，50HZ的交流电，再通过整流电路，滤波电路，稳压电路，LM317可调直流稳压电源最终获得所需的2.5v—20v连续可调的直流电，调到3v即可对视力保健测光器进行供电。

5单元电路的设计（计算与说明）

5.1.1视力保健测光器的电路设计

我们设计的视力保健测光器电路比较简单，主要有电源电路，测光电路，放大电路，放光二极管LED的切换电路组成。

利用仿真软件对其进行仿真时，没有光敏电阻，我们就用500k的滑动变阻器进行替代。

仿真过程中，我发现，三极管V1旁的那个500k的控制光敏电阻灵敏度的滑动变阻器完全可以用一根导线替代，这样就大大地减少了电路设计的难度。

当放光二极管VL2亮时，滑动变阻器的抽头占整个滑动变阻器的25%，当低于25%时VL亮，高于25%时，VL3亮，也就是说滑动变阻器抽头所占整个滑动变阻器的25%是VL2和VL3的切换点。

仿真时，首先查了下发光二极管的工作参数，然后我把其工作参数调到3v,0.8mA,这样整个电路能正常工作。

通过计算，滑动变阻器在VL2和VL3切换时的有效电阻是375kΩ,也就是说，当有效电阻高于375kΩ时，VL2亮，低于375kΩ时，VL3亮。

用万用表测得，在光照下，光敏电阻的阻值是265kΩ,黑暗条件下，光敏电阻的阻值是1MΩ，满足以上条件，所以该视力保健测光器能正常工作。

5.1.2LM317集成可调直流稳压电源的电路设计

我们所选择的该稳压电源的制作方案所用到的器件是在网上买的套件，主要有LM317集成芯片，稳压二极管，整流二极管，电容，电阻，滑动变阻器，线路板，电路原理图。

该电路不需要过多地进行设计，主要是要看懂电路原理图，理解其工作原理，明白器其功能。

该电路所用到的电容有C1是2200µF,C2是470µF,C3是104µF。

二极管都是1N4007型号，电阻R是220Ω，滑动变阻器的总阻值是2kΩ，一个从220v到18v的小型变压器。

用万用表测得：

电阻R是225Ω，滑动变阻器的总阻值是2.1kΩ，和元件上面所标的参数接近，所以能使用。

对这两个电路设计完后，接下来就是对其进行焊接和调试。

6硬件的制作与调试

6.1.1LM317可调式集成稳压电源的制作和调试

该稳压电源的制作比较简单，我们用的是线路板，只要按照板上所标的各个元件位置依次对其进行焊接就行。

在焊接过程中，需要判断二极管的阴极和阳极，可根据二极管的单向导电性，用万用表对其进行判断。

判断电容的正负极时，利用电容的交流隔直流的特性，将万用表调到交流电压档，对其进行测量，很容易判断出电容的正负极。

只要这两个问题解决了，接下来就顺理成章了。

把所有元件都焊接到线路板上后，接下来也要把变压器的输出端的两个接线柱焊到线路板上。

要判断出变压器的输入和输出端，用万用表测得红线两端的电阻是220kΩ，蓝线两端的电阻是100Ω。

这说明红线所在的线圈匝数比较多，由于是降压变压器，所以红线是输入端，蓝线是输出端。

这样把蓝线的接线柱焊接到线路板上后，进行组装，然后输入220v，50HZ的交流电进行调试。

当调到3v后，用万用表测得电压是2.8v,当调到3.3v时，万用表显示的是3v。

实际相差不大，通过和指导老师交流，调试成功。

6.1.2视力保健测光器的制作和调试

焊接视力保健测光器我们用的是电路板，这需要我们布置整体元件在电路板上的位置，看起来要美观大方，然后用笔标上各个元件的位置，接下来对各个元件进行焊接。

在焊接过程中，我们发现没有470Ω的电阻，但我们有1.8kΩ和20Ω的电阻，所以我就用四个1.8k的电阻并联，和一个20Ω的串联，这样刚好达到470Ω的目的。

在焊接三极管时，需要判断三极管的三个电极，即基极b,集电极c,发射极e。

我的判断方法如下：

对于NPN型三极管，先用万用表的黑表笔定在其中任意一极，红表笔依次放在另外两极，如果两次测得的电阻都很大，且相差不大，则，黑表笔指的是基极b，另外两极是e极和c极，这样依次类推测下去。

PNP型三极管则相反。

接下来，该判断e极和c极，用手指在b极和其中任意一极之间形成一个偏执电阻，把红表笔放在这个极上，黑表笔放在另一极上。

如果电阻很小，则红表笔指的是c极，黑表笔指的是e极，顶多测两次就行。

对于PNP型三极管，刚好相反。

判断出三极管的三个电极后，就按原理图进行焊接。

当全部零件焊接完后，在电路板背面用导线相连。

焊接完成后，用稳压电源对其供电，进行调试。

稳压电源调到3.3v，也就是实际中的3v。

打开视力保健测光器的开关，用手对光敏电阻进行挡