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毕业论文光控照明控制电路设计

毕业设计论文

光控照明控制电路设计

系部：

信息科学与工程系

专业：

应用电子技术

姓名：

学号：

指导老师：

提交日期：

2013年4月15日

XX毕业论文（设计）开题报告

题目名称：

光控照明控制电路设计

毕业论文起止时间：

2013年3月5日～2013年5月5日（共8周）

一、本课题的研究现状与意义

1）选题背景和研究现状

随着电子技术的发展，尤其是数字技术的发展，用数字电路技术实现灯的自动发光、节能节电、延迟灯的寿命变得越来越重要，而且贴近我们的实际生活。

光控电路已成为人们日常生活中的必需品，它不需要开关，当光线强度降到一定程度时，光控开关控制路灯工作，路灯工作一段时间后，开关自动断开，路灯停止工作。

由于本电路广泛应用于人们的日常生活中，所以具有很大的作用和研究价值。

本次研究的课题主要是阵对采用光敏电阻和照明控制继电器为基本元件组成的照明光控制电路。

这种照明光控制电路的特点是可以根据光线的亮度自动控制照明,与人工操作比较,开关及时,具有好的节能效果。

光控照明电路的制作主要是利用半导体光电器件———光敏电阻的特性制作而成的。

它利用光线的强弱来控制照明开关的动作,动作点可根据实际光线的强弱调节。

运行时无须人员操作,避免了人工操作开关不及时等不利因素,因而有效地节约了电能。

同时比声控日光灯更优越，不会产生噪音影响。

2）研究目的和意义

主要目的：

通过本次课题研究我们希望在理清它的发展脉络上进一步了解它的发明原理，将平日所学知识运用于试验探索中。

通过对光控日光灯工作基本原理的了解，结合所学电路知识,设计出合理的电路图，然后通过试验验证并调试所设计的电路。

全面掌握电子线路设计、制造及使用方面的知识，资料查阅方法，总结报告、论文的写作方法，科研过程与思路，科研中发现问题和解决问题的方法与创新。

本次研究对于提高我们的动手能力，增强创新意识，锻炼思维的活跃，以及加强团队合作精神都有很大的帮助。

同时，我也能通过这次的研究设计让自己进一步了解光控照明灯，而不是局限于课本知识。

从小的突破点入手，掌握一项科技知识，从而实现课堂外的又一次提高。

研究意义：

用光控开关代替路灯内的手动开关，只有在天黑之后，路灯会自动点亮，提供照明，路灯持续工作几个小时后会自动熄灭。

在白天，路灯不会点亮，可以达到节能的目的。

光控开关不仅可以用于路灯，也可以用于住宅去的楼道，办公楼等公共场所。

它具有体积小、外形美观、制作容易、安全可靠的优点。

二、主要内容和预期目标

1）主要内容

该课题的主要内容是：

设计一个光控路灯延时开关，该电路能由光信号控制灯的亮与灭，起到节约用电的作用。

它主要由以下部分组成：

电源电路、感光电路、控制电路等。

能够通过改变电阻大小来改变灯亮的时间。

2）预期目标

1．在光较强时，灯泡不能亮。

在晚上或光线微弱到设定值后，灯泡就会点亮。

2、购置性价比优质的零配件，选择实验用的仪器设备精心安装，选择好调试测量用的仪器设备，细心调试，完成设计要求。

3、整理好设计文档资料，撰写较高质量的毕业论文（设计）。

三、研究思路与拟采用的研究方法

1）研究思路

选择合适的元器件各种功能模块以达到设计的实际要求。

进行实物的操作与验证。

本设计主要采用文献查询和实验验证相结合的方法。

主要包括系统方案设计，原理框图设计，硬件原理电路设计，然后通过计算机仿真和实物调试验证设计方案是否达到目的。

2）拟采用的研究手段（途径）

文献查询、实验验证、计算机仿真、实物的调试验证等。

四、主要参考文献

[1]康华光.《数字电子技术基础》[M]，北京：

高等教育出版社，2005

[2]康华光.《模拟电子技术基础》[M]，北京：

高等教育出版社，2005

[3]趙福按.电子电路设计与实践[M].山东:

山东科学出版社,2001.

[4]吕思忠.数字电路实验与课程设计[M].哈尔滨:

哈尔滨工程大学出版社,2001.

[5]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计[M].北京:

电子工业出版社,2002

[6]范爱平.电子电路实验与虚拟技术[M].济南:

山东科学技术出版社,2002.

[7]谢自美.电子线路设计.实验.测试[M].武汉:

华中科技大学出版社,2001.

[8]路勇.电子电路实验与仿真[M].北京:

清华大学出版社,2003.

[9]李大友.数字逻辑电路设计[M].北京:

清华大学出版社,1997.

五、工作进度安排

2012年11月份～12月份：

选题；收集、查阅与光控照明电路设计相关的资料，对课题进行可行性分析。

2013年1月份～2月份：

复习数字电子技术，模拟电子技术，单片机，传感器,自动控制等技术等相关知识．详细阅读相关资料。

2013年3月份：

提交论文开题报告

对已查资料进行归纳、整理，定出论文框架，设计好电路图，按电路图准备好元器件，进行制作和调试。

2013年4月份：

根据设计和制作过程，写出论文初稿，反复修改。

2013年5月份：

论文定稿，答辩。

六、论文提纲

（一）题目

（二）目录

（三）中、外文摘要及关键词

（四）正文

（五）参考文献

（六）附录

指导教师审阅意见：

年月日

教研室审核意见：

年月日

系（部）审批意见：

年月日

评阅教师评定成绩

评审基元

评审要素

评审内涵

满分

评阅教师

实评分

选题质量25%

目的明确

符合要求

选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。

10

理论意义或

实际价值

符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。

10

选题恰当

题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。

5

能力水平40%

查阅文献

资料能力

能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。

10

综合运用

知识能力

能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。

10

研究方案的

设计能力

整体思路清晰；研究方案合理可行。

5

研究方法和手段的运用能力

能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。

10

外文应用

能力

能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。

5

论文质量35%

文题相符

较好地完成论文选题的目的要求。

5

写作水平

论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。

15

写作规范

符合学术论文的基本要求。

用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。

10

论文篇幅

10000字左右。

5

实评总分成绩等级

评阅教师评审意见：

评阅教师签名：

摘要Ⅱ

第一章总体方案设计2

1.2设计要求2

1.3设计方案2

第二章电路设计3

2.3.1电源电路5

2.3.5显示电路8

第三章软件设计9

3.1KeiluVision4简介9

3.2KeiluVision4使用方法9

3.3程序流程图10

结结语16

致谢17

参考文献18

[摘要]:

本设计所讲述的是一种光控照明电路的设计与制作。

主要由电源电路、光控电路、555振荡电路、照明电路、单片机控制的液晶显示电路组成。

采用89C52作为主控制器来控制液晶的点亮与显示,555构成的多谐振荡器来控制LED,电源电路供电，光控电路利用光敏三极管3DU5C对光敏感的特性和开关管的开关特性来实现，即白天或光线较亮的时候，控制灯及液晶不亮，而在晚上或光线较暗时控制灯及液晶点亮。

本设计完成了硬件电路和软件的设计,对提高我们的动手能力，增强创新意识，锻炼思维的活跃，以及加强团队合作精神都有很大的帮助。

同时，我也能通过这次的研究设计让自己进一步了解光控照明灯，而不是局限于课本知识，从小的突破点入手，掌握一项科技知识，从而实现课堂外的又一次提高。

[关键词]:

单片机、LCD、555振荡器、光敏三极管

[Abstract]:

Thedesignofasolarwarningaboutthecircuitdesignandproduction.Mainlybythesolarcircuit,thelightcontrolcircuit,555oscillationcircuit,flashingcircuit,microcontroller-controlledliquidcrystaldisplaycircuit.UsingSTC12C5A60S2asthemaincontrollertocontrolthelightandtheLCDdisplay,consistingofmulti-vibrator555tocontroltheled'sflashing,thebatterychargingsolarpanelstopowertheentirecircuit,thelightcontrolcircuitforusephototransistor3DU5Clight-sensitivepropertiesandtheswitchingcharacteristicsoftheswitchtoachieve,thatis,thebrighterthelightduringthedayortime,controllightsandtheLCDdoesnotlight,darkorlightintheeveningtocontrollightsandliquidcrystallight.

Thedesigniscompletedthehardwarecircuitandsoftwaredesign,implementationoftheflashingwarningfunction.Expansionofthesystemconvenient,practicalandsafe,andachievedgoodsocialbenefits.Useofsolarenergy,light-sensitiveresistorsassensor,easytoadjustthetimeandfrequencyflicker,effectivelyplayedawarning.

[Keywords]:

microcontroller,LCD,oscillator555,phototransistor

绪论

引言：

随着电子技术的发展，尤其是数字技术的发展，用数字电路技术实现灯的自动发光、节能节电、延迟灯的寿命变得越来越重要，而且贴近我们的实际生活。

光控电路已成为人们日常生活中的必需品，它不需要开关，当光线强度降到一定程度时，光控开关控制路灯工作，路灯工作一段时间后，开关自动断开，路灯停止工作。

由于本电路广泛应用于人们的日常生活中，所以具有很大的作用和研究价值。

研究目的和意义：

主要目的：

通过本次课题研究我们希望在理清它的发展脉络上进一步了解它的发明原理，将平日所学知识运用于试验探索中。

通过对光控日光灯工作基本原理的了解，结合所学电路知识,设计出合理的电路图，然后通过试验验证并调试所设计的电路。

全面掌握电子线路设计、制造及使用方面的知识，资料查阅方法，总结报告、论文的写作方法，科研过程与思路，科研中发现问题和解决问题的方法与创新。

本次研究对于提高我们的动手能力，增强创新意识，锻炼思维的活跃，以及加强团队合作精神都有很大的帮助。

同时，我也能通过这次的研究设计让自己进一步了解光控照明灯，而不是局限于课本知识。

从小的突破点入手，掌握一项科技知识，从而实现课堂外的又一次提高。

研究意义：

用光控开关代替路灯内的手动开关，只有在天黑之后，路灯会自动点亮，提供照明，路灯持续工作几个小时后会自动熄灭。

在白天，路灯不会点亮，可以达到节能的目的。

光控开关不仅可以用于路灯，也可以用于住宅去的楼道，办公楼等公共场所。

它具有体积小、外形美观、制作容易、安全可靠的优点。

第一章总体方案设计

1.1设计内容

该课题的主要内容是：

设计一个光控路灯延时开关，该电路能由光信号控制灯的亮与灭，起到节约用电的作用。

要求在光较强时，灯泡不能亮。

在晚上或光线微弱到设定值后，灯泡就会点亮。

1.2设计要求

1.能控制功率≤100W的装置；

2.提供完整的电路设计框图和原理图；

3.有电路原理概述与分析；

4.对相关设计参数进行计算与分析；

5.设计一个光控照明电路，此电路对周围光线的强弱做出反应（以人眼感官为准）时，能自动打开照明装置，并根据周围光线强弱自动分级调节周围亮度；

1.3设计方案

该电路主要由电源电路、光控电路、晶闸管开关电路、照明电路等几部分组成。

电源电路主要为控制电路提供工作电压，本次设计采用传统的电源电路设计方法。

即降压、整流、滤波、稳压，是电路输出12V直流电压供给控制电路。

光控电路利用光敏电阻的特性，根据光线的强弱来决定电灯的亮灭。

白天光敏三极管因光照呈低阻状态，通过控制电路使电灯不亮。

夜晚光敏三极管呈高阻，控制电路控制电灯发亮。

晶闸管电路受光控电路输出端控制，为照明电路提供信号。

当其输出低电平时，晶闸管截止，由于照明灯与晶闸管串联，所以灯熄灭；当其输出高电平时，晶闸管导通，照明灯点亮。

第二章电路设计

2.1电路框图

图2.1电路框图

2.2电路原理图及解析

图1.3电路原理图

解析：

白天：

白天光敏三极管因光照呈低阻状态，VT1截止，VT2导通，晶闸管BT169D因G端为低电平而截止，电压无法通过555振荡器、单片机及液晶，导致发光二极管不亮，液晶无显示。

夜晚：

夜晚光敏三极管呈高阻，VT1导通，VT2截止，晶闸管BT169D导通，电压通过晶闸管BT169D的阴极为555振荡器供电，这时发光二极管即可点亮。

再经过场效应管7805给单片机及液晶供电。

在单片机中加载程序，即可点亮液晶。

2.3电路分析及计算

2.3.1电源电路

一般地，电源变换采用整流滤波后稳压的方法。

具体电路如下：

图2.3.1电源电路

首先，电压经过变压器耦合进行降压，然后通过一个由二极管组成的整流桥进行整流。

二极管整流的原理是（如上图）：

当变压器副边输出在正半周时，电流分别经过D1，R1，D4回到变压器；当变压器副边输出在负半周时，电流分别经过D3，R1，D2回到变压器。

这样，不管是在正半周还是负半周，始终有电流流过R2，而且方向不变。

即全波整流。

2.3.2光控电路

光控电路由光敏三极管3DU5C，三极管9011、9014，单向晶闸管BT169D及几个电阻组成。

如图：

为了达到设计的要求，我们选用了阻值范围为5K-50M的光敏三极管。

白天：

RVTS=5K

UVT1b=9*（5/（300+5））≈0VVT1不导通

IVT2=U/R2=9/5.1≈2mA>>IQVT2导通Uce=0.2V

IR4=Uce/R4=0.2/300=0.67A

夜晚：

RVTS=50M

IVT1b=9/300=0.03mA>IQVT1导通

UVT2b≈0VVT2不导通

IVSG=U/（R3+R4）=9/（3.3+0.3）=2.5mA>Ivs触=2mAVS导通

根据以上计算可得：

白天光敏三极管因光照呈低阻状态，VT1截止，VT2导通，晶闸管BT169D因G端触发电流不够而截止。

夜晚光敏三极管呈高阻，VT1导通，VT2截止，晶闸管BT169D导通。

2.3.3555振荡电路

如图就是555组成的多谐振荡器，电路很简单只要给它输入一定的电压就可以工作了。

本设计中输入的电压为8V。

555可输入的电压范围为4.5V至12V。

RP1、R5、R6、C1为定时元件，和555时基电路共同组成了振荡电路的振荡频率。

D1为回流二极管

C2为滤波电容

各引脚功能：

引脚

功能

脚

接地

脚

输出端

脚

控制信号输入

、

脚

接电源

、

、

脚

信号输入端

Vi=8V

图2.3.3555振荡电路

Uoutmax=8-0.3=7.7VUoutmin=0.3V

T=0.7（Rrp1+R5+R6）C1

Tmax=0.7（100+100+470）*10*0.001=5s

Tmin=0.7（100+100）*10*0.001=0.7s

调节RP1可以改变电路的振荡周期。

在1至5秒范围内，调节RP1至醒目的闪光间隔，引人注意。

2.3.4照明电路

图2.3.4照明电路

照明电路由发光二极管、限流电阻、驱动电路组成。

R7为限流电阻

驱动电路由555振荡电路组成

Vi=8V

Vomax=8-0.3=7.7VVomin=0.3V

LED正向饱和电压为3V

UR7=5VPR7=（UR7*UR7）/R7=25/300=0.08W因此电路设计没有问题

输出端会产生一定频率的输出信号来使LED闪烁，可以改变输出频率来改变LED的闪烁间隔。

2.3.5显示电路

显示电路由单片机、液晶及其外围电路组成。

电路的电源部分是通过场效应管7805给单片机及液晶提供+5V的电压。

YT1为晶振

C3、C4为起振电容

YT1、C3、C4、C5、R8组成了单片机的晶振复位电路

R9为限流电阻

调节RP2的阻值可以改变液晶的亮度

本设计中12864液晶的使用很方便，

、

脚接地，

、

脚接电源，

-

及

-

脚接单片机的数据端,

脚与电源之间接一个调节亮度的电位器RP2，

-

脚悬空即可。

显示电路分析：

将程序加载到单片机中来驱动液晶显示。

电路连接好之后通电，液晶上会显示”毕业设计”，调节RP2的阻值可以改变液晶的亮度。

第三章软件设计

3.1KeiluVision4简介

使用汇编语言或C语言要使用编译器，以便把写好的程序编译为机器码，才能把HEX可执行文件写入单片机内。

KeiluVision4是众多单片机应用开发软件中最优秀的软件之一，它支持众多不同公司的MCS51架构的芯片，甚至ARM，它集编辑，编译，仿真等于一体，它的界面和常用的微软VC++的界面相似，界面友好，易学易用，在调试程序，软件仿真方面也有很强大的功能。

因此很多开发51应用的工程师或普通的单片机爱好者，都对它十分喜欢。

3.2KeiluVision4使用方法

（1）先建一个空文件夹，把工程文件放在里面；

（2）点击桌面上的KeiluVision4图标，出现启动画面；

（3）点击“project---NewuVisionProject”新建一个工程；

（4）在弹出的对话框中，选择放在刚才建立的文件夹下；

（5）在CPU类型下找到并选中“Atmel”下的STC1205A60S2；

（6）以上工程创建完毕，接下来开始建立一个源程序文本；

（7）在空白处写入一个完整的C程序后存为.c文件；

（8）将源程序文件加入到工程项目文件中；

（9）设置晶振；

（10）在Output栏选中CreateHEXFile；

（11）编译无错误后下载到单片机；

3.3程序流程图

第四章调试与仿真

4.1PCB板制作

4.1.1布线注意事项

1.地线、电源线最好要比其它的走线粗很多，因为导线粗会使得导线上的电阻变小，这样电源的功率在导线上的消耗就会变小，减少了功率的浪费；

2.当走线在转弯处应该有一个过渡，最好是45或者135度角过渡，而不应该采用直角转弯，因为这样会减少信号受到干扰；

3.电源电路部分最好放在板子的边缘部分，因为电源会产生热量，这样可以避免电源部分对其它各部分电路造成干扰；

4.数字电路与模拟电路部分要分开，这样可以避免相互之间的干扰；

5.高频部分要与低频部分严格分开，这样可以避免低频信号对高频部分产生干扰；

6.有高频的地方，对这部分要单独敷铜，其它部分可以一起敷铜，这样可以避免其它部分对高频部分产生影响，进而减少干扰；

7.有对称的电路，尽量布置在一起，这样既方便了走线，也会给人以美观的感觉；

8.尽量使走线能够平行，这样会减少信号间的相互干扰，也会使布线变的容易，还会使效果更加美观；

9.走线的时候，尽量先别连地线，因为地线的网络线一般情况下很多，先连起来以后可能会使其它走线变得不容易；

10.尽量在布线的时候，在板子上面多加一些地的过孔，这样会使得地的网络能够自动的连接在一起；

11.每一块电路部分要使得元器件放置在一起，这样的话，走线也会很容易；

12.元件的封装大小一定要按照合理的参数进行设置。

4.1.2布线思路

在PCB设计中不限时完成产品设计是重要步骤，在整个PCB中，布线的设计过程限定最高，技巧最细，工作量最大，本设计中采用PCB布线中的单面布线，单面板布线在布线规则中可以设置采用底层布线地线的宽度为50mil，电源线的宽度为40mil，信号线的宽度为30mil。

在布线规则中还必须要设置的是线与线之和元器件与元器件之间的安全间距，这里我设置的安全间距为10mil。

PCB中元器件的封装在Protel99SE原件中部分的元器件是需要自己画的，如光敏三极管、单向晶闸管等。

因为元器件购买时间的问题，我们在元器件没到之前已经开始画PCB了，而一些元器件的封装我们只能预留一些位置给这些元器件，元器件一到我们就画出了封装，但是由于我们预留的位置不够导致液晶的空间略小了些。

导致后面单面板的制作出现了一些问题。

元器件导入PCB之后首先要做的是元器件的排布，这是布线的开始也是最重要的一个环节，元器件的排布的好坏直接影响了PCB的效果和质量，所以我们采用按照原理图的摆放排布元器件，元器件摆放的过程中遇到了一些问题，因为原理图的画法是左右结构，而导入到PCB之后左右结构明显太窄上下太宽，所以我们把部分元器件稍微旋转了一下，这样一来就解决了元器件摆放的结构问题。

另外个别元器件的摆放也是有讲究的，我们按照的原则就是元器件的摆放让飞线的交叉数目最小的原则。

元器件排布完了之后就是布线了，布线的方法有两种一种是自动布线，一种是手动布线，自动布线有很多缺点，比如它不是走的最简的路线而且需要手动调整，本设计采用了手动布线，手动布线过程中遇到一些问题，比如需要跳线，所谓跳线就是打两个过孔在顶层上步一条线，然后用线连在顶层。

4.1.3制作PCB板

曝光时把用硫酸纸打印好的PCB图放到PCB单面板上，应该注意的是打印的图要放在PCB板的中间，曝光的时间为420秒。

显影过程中注意的是显影剂的投放量，不能太多，太多了容易把曝光