红外自动节能灯 电子技术课程设计.docx
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红外自动节能灯电子技术课程设计
电子技术课程设计报告
（设计题目自动节能灯的设计）
姓名：
学号：
专业年级：
指导教师：
设计时间：
2013年7月5日
西北农林科技大学机电学院
目录
第一章设计任务与要求1
第二章设计方案1
第三章设计原理与电路2
第四章电路的组装与调试8
第五章设计总结13
附录14
参考文献14
第一章设计任务与要求
1、采用红外传感器接收人体位置信号；
2、由控制电路实现夜间人到灯亮功能；
3、同时人走后延迟1分钟自动熄灭。
第二章设计方案
•红外传感器模块——检测是否有人经过，如果条件满足则输出高电平
•光电传感器模块——利用光敏电阻检测是环境是白天还是晚上，如果是晚上则输出高电平
•延时模块——利用555定时器构成单稳态触发器实现延时功能
•单稳态触发器，实现电灯延时1分钟后关闭的功能
•电磁继电器模块——实现用弱电控制220V电灯的开启与关闭
•
与门模块——实现必须满足“晚上”和“有人经过”两个条件才能点亮电灯。
第三章设计原理与电路
芯片引脚图和功能介绍
1、555定时器
555定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反相输入端的电压为2VCC/3，A2的同相输入端的电压为VCC/3。
若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。
如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。
图3-1555引脚图
555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为555.
555属于cmos工艺制造.
555引脚图介绍如下:
1地GND
2触发
3输出
4复位
5控制电压
6门限（阈值）
7放电
8电源Vcc
2、光敏电阻
产品名称：
CdS（硫化镉）光敏电阻；
产品型号：
LXD4526
产品规格（mm）：
4mm
详细参数：
LXD4526
最大电压（VDC）：
150
最大功耗（MW）：
50
环境温度：
-30～+70
光谱峰值（nm）：
540
亮电阻（10LUX光源下）：
8-20KΩ
暗电阻（MIN）/MΩ：
0.5
性能特点：
环氧树脂封装
体积小
反应速度快
可靠性好
灵敏度高
光谱特性好
应用范围：
照相机自动测光
室内光线控制
工业控制
光控灯
光控音乐I.C
光电控制
报警器
3、热释红外传感器
特点：
1.低噪声，高响应度
2.
优异的共模平衡-双单元类型 l TO-39，TO-5封装
3.各种滤波器窗口供宽带或者窄带应用
4.单通道或者双通道器件
5.双元或者四元器件
6.应用于防盗产品
7.单元器件带热补偿
典型应用：
1.被动红外防盗报警
2.人体移动探测
3.天花板安装人体探测
4.气体分析
5.非接触红外测量
4、74LS08芯片
四2输入与门
简要说明08为四组2输入端与门（正逻辑）
图3-574LS08功能表
74LS08功能表
图2-1
图3-5LM324引脚图
通用型低功耗集成四运放LM324。
LM324内含4个独立的高增益、频率补偿的运算放大器，既可接单电源使用（3～30V），也可接双电源使用（±1.5～±15V），驱动功耗低，可与TTL逻辑电路相容。
在本设计中，LM324被用于构成电压比较器，检测光敏电阻上的电压是否超过临界值，进而决定是否能够点亮电灯。
分立电路的设计
1、光电传感器模块
图3-6光电传感器模块仿真图
关于该模块电阻阻值的选择
由于查阅资料后发现平常大家走路需要的光照强度大约是20勒克斯，所以本实验就以20勒克斯作为触发光电传感器模块的阈值，由于该模块中的光敏电阻LDR在20勒克斯的光照下的阻值大概是10KΩ（资料显示变化范围是8~20KΩ，所以就为它搭配了1个10K的分压电阻和2个10K的电阻构造出用于进行比较的标准电压，右侧运算放大器与R4组成了一个电压比较器，运放2端电压低于3端电压时，1端输出高电平，至于R4的阻值则是根据仿真模拟的结果选择的，当R4阻值是10K的时候，由于与R5和R6的阻值没有差别导致运放3端的电压严重偏离预定值，估计是反馈过大，改成1M后则不存在这个问题。
2、延时模块——单稳态触发器
图3-7延时模块仿真图
该模块完全按照单稳态触发器的构成方法构成，其中延迟时间T=1.1RC，R即为图中的R1，C即为图中的C2，本次仿真由于为了方便仿真模拟演示，取T≈6s，而1.1*10K*545≈6，做电路板时应将R1阻值改为100K。
另外，由于proteus中没有红外传感器元件，所以用开关按钮暂时代替。
3、与门模块
图3-7与门模块仿真图
用于对“晚上”和“有人经过”两项条件的判定，都满足时才输出高电平。
4、电磁继电器与外电路模块
图3-8电磁继电器与外电路模块仿真图
与门输出的高电平驱动电磁继电器，电磁继电器接通，220V的灯亮起，为了便于观察仿真结果，故将220V交流电源的频率降为1Hz。
第四章电路的组装与调试
仿真软件：
Proteus8.0
Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
分立电路的仿真
1、红外传感器和延时控制模块
（1）仿真图
图4-1红外传感器和延时控制模块
（2）操作的步骤与方法：
按下按钮（此处用于代替红外传感器），相当于红外传感器检测到有人经过，555定时器的2端由高电平变为低电平，如果555定时器的3端能够在2端恢复高电平后延时6s才恢复低电平则说明用555定时器构成的单稳态触发器达到要求。
（3）仿真结果：
成功达到了预定要求，即按钮按下并松开后，单稳态触发器的输出端保持了高电平大约6s。
下面是截图，图中输出端（3端）由前面的V=SLO（强电低态）变为了V=SHI（强电高态），持续了6s左右。
图4-2红外传感器和延时控制模块仿真结果
2、光电传感器模块
（1）仿真图
图4-3光电传感器模块仿真图
（2）操作的步骤与方法：
该模块设定的光照强度临界值是20勒克斯，当光照强度低于20勒克斯时输出端（1端）输出高电平，光照强度高于20勒克斯时输出端（1端）输出低电平。
（3）仿真结果：
当光照强度由19.1勒克斯上升至20.1勒克斯后，输出端立刻由高电平变为低电平。
成功达到了预期目标。
当光照强度为19.1勒克斯时，输出端输出高电平。
图4-4光电传感器模块仿真结果图1
当光照强度为20.1勒克斯时，输出端输出高电平。
图4-5光电传感器模块仿真结果图2
3、总电路仿真
（1）仿真图
图4-6总电路仿真图
（2）操作步骤与方法：
当光照强度低于20勒克斯时，按下按钮（相当于红外传感器接通），如果灯泡开始持续发光6s，并且当光照强度高于20勒克斯时，按下按钮（相当于红外传感器接通），灯泡不发光，则证明该电路达到了预期功能。
（3）仿真结果：
当光照强度低于20勒克斯（图中为19.1勒克斯）时，按下按钮后灯泡持续发光6s左右；
当光照强度高于20勒克斯（图中为20.1勒克斯）时，按下按钮后灯泡不发光。
这样就证明了该电路有效。
图4-7总电路仿真结果图1（晚上触发开关灯亮）
图4-8总电路仿真结果图2（白天触发开关灯不亮）
第五章设计总结
本次设计的经验
本次设计让学生充分实践了Proteus8.0的使用，对电路仿真设计有了一个直观深刻的认识，对如何用AltiumDesigner6.9制作PCB也有了一定的经验。
另外，对于电子元器件的选用，反馈回路的参数的调整以及它对电路的影响也有了更清醒深刻的认识，了解到不合理的参数选择常常是导致模块失效的重要原因。
本次设计的不足
由于对红外传感器特性了解比较少，Proteus8.0中也没有相应的仿真器件，于是用一个简单的按钮开关将它代替，这个不足有待于在实践中进行相应的补充与改进。
本次设计的感想
这次实习让我们从课本上单纯的纸上谈兵踏上了走向实践的第一步，很荣幸有尊敬的老师们将我们领进电子设计的大门，我们在这里做出了自己人生中第一份仿真电路设计和第一份PCB设计。
有了这个好的开始做基础，相信同学们一定能在电子设计的道路上越走越远。
附录
表6-1元器件型号与数量清单
名称
型号或参数
数量
555定时器
7555
1
电阻
10K
4
电阻
1M
2
电容
0.01uF
1
电容
50uF
1
继电器
5V继电器250V10A
1
光敏电阻
LXD4526
1
四2输入与门
74LS08
1
5V电源适配器
5V直流
1
参考文献
[1]清华大学电子学教研组编，阎石主编．数字电子技术基础（第五版）．北京：
高等教育出版社，2006．
[2]清华大学电子学教研组编，童诗白、华成英主编．模拟电子技术基础（第四版）．北京：
高等教育出版社，2006．
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