光控课程设计光控系统的设计.docx

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光控课程设计光控系统的设计

光控系统的设计

[摘要]本设计是基于光敏电阻及继电器实现的光控系统，光敏电阻在外界光的变化下阻值改变通过三极管控制继电器可以实现发光二极管的亮与灭。

其中的继电器我们采用的是HK4100F系列的信号继电器，其工作电压为5V，这是我们很容易实现的。

而在系统的电路设计方面我们使用9012和9013两种类型的三极管来组成我们的放大电路，其工作电路的设计比较简单，同时也节省了时间和成本。

根据系统的要求以及实际情况在此次设计中我们使用的是可见光光敏电阻，它具有体积小、灵敏度高以及可靠性高等一系列的特点。

此外，我们对系统进行了整体的分析和设计，使各个元器件能够布局合理的连接起来从而达到我们要实现的目的。

[关键词]光控继电器光敏电阻放大电路

LIGHTCONTROLSYSTEMDESIGN

[Abstract]Thisarticleisbasedonarelayandaresistancetoachieveopticalsystemdesign,photosensitiveresistanceintheoutsidelightchangesthroughtherelaycancontroltheonandoffofthelightemittingdiode.TherelaywhichweareusingtheHK4100Fseriessignalrelay,theworkingvoltageof5V,itiseasyforustoachieve.Inthecircuitdesignofsystemweuse9012and9013typetwothreetriodestoformouramplificationcircuit,thecircuitdesignisrelativelysimple,butalsosavetimeandcost.Accordingtotherequirementofthesystemandtheactualsituationinthisdesignweareusingvisiblelightphotosensitiveresistor,ithastheadvantagesofsmallvolume,highsensitivityandhighreliability,somecharacteristics.Inaddition,wehascarriedonthesystemoverallanalysisanddesign,sothatallcomponentscanberationallyconnectedtoachieveourobjectivestoachieve.

[KeyWords]LightcontrolRelayPhotosensitiveresistanceAmplificationcircuit

目录

引言1

第1章光控系统的设计目的和要求2

1.1设计目的2

1.2设计要求2

第2章光控系统的总体方案论证3

2.1方案论证3

2.1.1方案一3

2.1.2方案二4

2.1.3方案三6

2.2方案的比较6

第3章系统硬件设计与实现8

3.1光敏电阻8

3.2继电器9

3.3三极管10

3.4二极管11

总结13

致谢14

参考文献15

附录电路原理图16

引言

目前，随着生活科技的飞速发展，人们生活节奏越来越快，生活上人们也开始追求智能化。

其中，电灯作为人们生活作息不可或缺的必需品，人们有意识地采用各种方法改进它，主要发展趋势是节能与便利，从而使得照明灯不停地发展前进。

其中课题所研究的光控日光灯就广泛地运用于城市街道，走廊楼道等公共场所，给人们的生活带来极大地方便。

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。

自从我国加入WTO后，国际上一些知名品牌大企业相继进入国内产销领域，使得国内竞争国际化。

努力增加节能光源和不同档次、花样、不同用途的照明器具的开发，加快绿色、节能光源产品的开发推广和应用是我国目前照明器材行业结构调整的重点。

我国照明器材行业将面临着前所未有的机遇和挑战，而由此带来的巨大商业利益也成为一些企业瞩目的焦点。

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亮、节能节电、延长灯的寿命变得越来越重要，而且贴近我们的实际生活。

在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道，长明灯现象十分普遍，这造成了能源的极大浪费。

另外，由于频繁开关或者人为因素，墙壁开关的损坏率很高，增大了维修量、浪费了资金。

光控灯电路是通过外界环境中光线的强弱来控制电路工作的，当光线较强时，电路停止工作，灯泡不发光；当光线较弱时，电路开始工作，灯泡发光。

综上所述，本设计以光敏电阻为传感器，9012和9013组成的放大电路，由继电器来最终控制发光二级光的亮与灭的，同时此系统在人们的日常生活中得到了广泛的应用。

第1章光控系统的设计目的和要求

1.1设计目的

（1）熟悉光控系统的基本构件；

（2）熟悉光控系统的电子元器件的基本形状及其功能；

（4）掌握各电子元器件的焊接步骤；

（5）掌握各电子元器件的工作原理；

（6）掌握系统的设计原理；

（7）掌握系统的电路图的绘制；

（8）掌握电子元器件的焊接技巧；

（9）掌握电路板元器件的布局规则；

（10）提到查找问题的能力；

（11）通过本次设计实验，对自己的专业知识掌握和运用有一个系统的考核；

1.2设计要求

自我设计一个基于光敏电阻为传感器的光控系统。

（1）5V供电；

（2）光传感器采用光敏电阻；

（3）放大电路采用9012和9013元器件；

（4）由HK4100F型号的继电器来控制发光二极光。

（5）设计光控系统的原理图，学习用PROTEL画出该原理图；

（6）焊接硬件电路，进行调试。

第2章光控系统的总体方案论证

2.1方案论证

完成同一目的方案有很多种，下面我就尽可能多的提出完善的方案并介绍原理框图和工作原理，然后比较其优点及缺点，最终根据设计的要求选择最适合的方案来实现光控检测系统设计。

2.1.1方案一

电路中，光控触发器电路由光敏电阻器RG、电阻器R1、R2，电位器R6，稳压二极管D1和电解电容C1以及LM339组成，电源电路由电阻器R3、R4、R5，稳压二极管D2，二极管IN4007，NPN9013和3mm发光二极管以及继电器组成。

在白天，光敏电阻器RG受光照而呈低阻状态，LM339的7脚电位降低，1脚输出电压低，稳压管的反向电流较小，9013处于截止状态，从而发光二极管不被点亮。

当黄昏来临时光照度逐渐减弱，光敏电阻RC的阻值逐渐增大，LM329的7脚电压增大，1脚输出电压高，稳压管的反向电流较大，9013导通，发光二极管被点亮。

直到第二天黎明来临时，光照度逐渐增强，RG的阻值逐渐减小，LM339的7脚电位降低，1脚输出电压低，稳压管的反向电流较小，9013处于截止状态，从而发光二极管熄灭。

调节RP的阻值，可控制该灯光自动控制器电路在不同光照下的动作。

2.1.2方案二

此电路主要由光敏元件（光敏电阻）、三极管、继电器和发光二极管等组成，其总体设计方框图如图2-3所示。

图2-3方案二系统框图

此系统中的继电器我们采用的是HK4100F系列的信号继电器，光敏电阻采用了可见光光敏电阻。

其原理是光敏电阻在外界光的变化下电阻值也相应的发生变化（当光线强时，光敏电阻器呈低阻状态，当光线变弱时，光敏电阻阻值逐渐变大），同时流过光敏电阻的电流大小也发生了改变，之后由三极管、电阻组成的放大电路将电流进行放大后传送给继电器来控制发光二级管，其电路原理图如下：

图2-4方案二电路原理图

2.1.3方案三

此设计由光敏电阻，滑动变阻器，电阻，NPN三极管及运算放大器LM358组成，其电路原理图如图2-5所示：

图2-5方案三电路原理图

方案三的电路原理：

当光敏电阻受光照时，电阻减小，运放同向输入端为低电平；当光照较弱时，电阻增加，运放同向输入端为高电平。

光控电路的输出信号经过电压跟随器后，将比较微弱的电流信号放大到单片机能够识别的电流，然后由运放输出端将放大后的信号传给单片机的P1.6口。

电路图中的集电极电阻R16作为限流电阻，保护三极管；调节变阻器R15能够改变基极电流

，从而控制发射结和集电极电流，进而控制整个光控电路对光信号的灵敏度。

2.2方案的比较

以上三种方案都是可行的，第一种方案具有较高的灵敏性，但所用的元件多不易于制作。

第二种方案的元器件较少，成本自然也是低，但是灵敏度不及第一种方案。

第三种方案是我们基于单片机为主控制器的实现光控功能的光控电路，它比较适合功能复杂的集成电路，在灵敏度以及可靠性方面大大优于前两种方案，但是综合比较后，我们还是决定采用第二种方案。

这是因为我们此次的设计是一个独立的光控系统，集成度不是很高，其功能也是很单一的，我们在灵敏度以及可靠性方面的要求也不是那么的严格，是很容易实现的。

这次的课程设计就是对我们的专业知识的一个小测试、一次小的实践，同时老师要求我们必须要实现光控这个功能，这也是选择这个方案的另一个因素。

综合了以上的各个方面因素，我们最终采用了方案二。

第3章系统硬件设计与实现

本次系统的设计在硬件方面我们使用了光敏电阻、继电器、三极管、二极管等器件，这些都是我们日常所接触的比较常见的的电子元器件。

在整个系统的设计方面我们采用了如下图所示的流程图来实现硬件各器件的连接和最终系统功能的实现。

图3-1光控系统的流程图

3.1光敏电阻

光敏电阻器又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，其特点是：

入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化），光敏电阻通常都工作于直流或低频状态下。

（1）光敏电阻的光照特性：

在一定外加电压下，光敏电阻的光电流和光通量之间的关系。

不同类型光敏电阻光照特性不同，但光照特性曲线均呈非线性。

因此它不宜作定量检测元件，这是光敏电阻的不足之处。

一般在自动控制系统中用作光电开关

（2）光敏电阻的光谱特性：

光谱特性与光敏电阻的材料有关。

硫化铅光敏电阻在较宽的光谱范围内均有较高的灵敏度，峰值在红外区域；硫化镉、硒化镉的峰值在可见光区域。

因此，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的效果。

（3）光敏电阻的伏安特性曲线：

在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关系称为伏安特性。

在给定偏压下，光照度较大，光电流也越大。

在一定的光照度下，所加的电压越大，光电流越大，而且无饱和现象。

但是电压不能无限地增大，因为任何光敏电阻都受额定功率、最高工作电压和额定电流的限制。

超过最高工作电压和最大额定电流，可能导致光敏电阻永久性损坏。

（4）光敏电阻的温度特性：

其性能（灵敏度、暗电阻）受温度的影响较大。

随着温度的升高，其暗电阻和灵敏度下降，光谱特性曲线的峰值向波长短的方向移动。

3.2继电器

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。

故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

它具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。

广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。

此次设计中我们采用的是HK4100F系列的信号继电器，它是我们普遍使用的一种继电器，它具有六个管脚管其脚图如图3-2所示：

图3-2继电器的管脚图

其中的1、6间电阻为0，2、5间电阻较大，3、4间不接通，4、6间电阻为0，1、4间电阻为0，其他的都不接通。

我们在通常的使用时就按照2、5为线圈，1、6为公共端，3、4一个常开一个常闭的方式进行连接

。

3.3三极管

三极管通常作为系统的放大电路的主要器件，在此次的系统中我们同样由三极管和电阻共同组成了电流放大电路。

电阻是我们再熟悉不过的一种电子元器件了，在这里不做过多的介绍了。

三极管在我们学习电子方面的知识中可以说是相当重要的元器件了，它可以分为两种类型：

PNP型三极管、NPN型三极管。

而此次我们同时用到了这两种管子，即9012和9013。

图3-39013的封装管脚图

图3-49012的封装管脚图

由三极管和电阻组成的电流放大电路的电路原理图如图3-5所示：

图3-5电路的放大电路

3.4二极管

此次的系统设计我们使用两种二极管，即发光二极管和稳压二极管。

二者的类别相同，但是功能不同。

发光二极管简称为LED。

由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光光，因而可以用来制成发光二极管。

在电路中作为指示灯。

按其封装结构及封装形式除可分为金属封装、陶瓷封装、塑料封装、树脂封装和无引线表面封装外，还可分为加色散射封装（D）、无色散射封装（W）、有色透明封装（C）和无色透明封装（T）。

按其封装外形可分为圆形、方形、矩形、三角形和组合形等多种。

其伏安特性曲线如图3-6所示：

图3-6发光二级管的伏安特性曲线

稳压二极管（又叫齐纳二极管）它的特性是:

此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。

在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很小的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。

稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压。

其伏安特性曲线和动态电阻如图3-7和3-8所示：

图3-7稳压二极管的伏安特性曲线图3-8稳压管动态电阻曲线

总结

致谢

参考文献

[1]刘岚,叶庆云.电路分析基础.北京：

高等教育出版社,2010.1

[2]吴友宇.模拟电子技术基础.北京：

清华教育出版社,2009.5

[3]郭天祥.51单片机C语言教程.北京：

电子工业出版社,2009.12

[4]丘关源.电路（第五版）.北京：

高等教育出版社,2009

[5]铃木雅臣.晶体管电路设计.北京：

科学出版社，2009

[6]韩颖;Proteus在单片机技术实训教学中的应用[J];中国科教创新导刊;2008年3期

[7]周灵彬;张靖武.PROTEUS的单片机教学与应用仿真[J].单片机与嵌入式系统应用;2008年01期

[8]巨汉基，巨奎基.粮库多点温度巡回检测PIC单片机测温度检测系统设计[J].电子科技大学高能字研究所，2009，6

（2）：

2-3.

[9]

[10]高鹏，安涛，寇怀成等.电路设计与制版--Protel99入门与提高.北京：

人民邮电出版社,2004

附录电路原理图