红外感应楼道灯电路的设计文档格式.docx

1、2进行实验数据处理和分析。五、推荐参考资料1童诗白、华成英主编者 . 模拟电子技术基础. M北京：高等教育出版社，2006年2谭博学主编. 集成电路原理与应用. M北京：电子工业出版社，2003年3谢自美主编. 电子线路设计、实验、测试.M武昌：华中科技大学出版社，1992年4戴伏生主编.基础电子电路设计与实践，M北京：国防工业出版社，2002年5.张庆双 主编.全新实用电路集粹 上、下册，M北京：机械工业出版社，2006年六、按照要求撰写课程设计报告指导教师 年 月 日负责教师 年 月 日学生签字 年 月 日成绩评定表评语、建议或需要说明的问题：指导教师签字： 日期：成 绩摘要:红外感应楼道

2、灯主要采用热释电红外探头将接收到的微弱信号加以放大，然后驱动进行相应的输出，在夜晚时，只要人体进入探测区域，开关会自动开启，起到“人来灯自亮，人走灯自灭”的作用，既新颖方便又节约用电。该设计除了应用于楼道，还可用于电梯间、卫生间、库房等处。 本设计电路共分为四个个模块，即放大比较模块、光电开关模块、延时模块、恒流源输出模块，结构简单，本身不发任何类型的辐射，器件功耗较小，价格低廉，隐蔽性好，应用范围广，所以可通过扩展而达到实际的应用。关键字：热释电 红外感应 放大器 光电开关 延时 恒流源 一、 概述在传统的照明系统中，一般都是综合布线，使用刀开关来控制，灯具的寿命短且较费电。但近年来随着经济

3、的发展和科技的进步，人们对照明灯具节能和科学管理提出了更高的要求，使得照明控制在智能化领域的地位越来越重要。而在商品房的建设热潮中，各大楼盘和房地产商也意识到了智能照明的重要性。使用智能照明控制系统，更能体现其在节能和管理方面的优势。红外感应楼道灯由于触发的时候不需要人发出任何声音，而是人走过时身体向外界散发红外热量最终控制灯具的开启，当人离开后，经过一定时间的延时，自动熄灭。因为不同于声光控灯，不需要声音和开关控制，从而避免了声控噪音的侵扰，同时因为它是感应人体热量控制开关，所以避免了无效电能的损耗，达到节能的效果。本设计采用热释电红外传感器来判断是否有人经过，当有人经过时，传感器会输出一定

4、频率的脉冲信号。用LM358运放来对传感器输出的低频信号进行放大比较，用555定时器构成单稳态触发器，其中暂稳态高电平持续时间设置为19.8s，用光敏电阻及三极管2N2222A构成光电开关以控制555定时器的RST端，进而实现白天555定时器不工作，晚上时才开始工作的功能，最后采用LED驱动芯片构成恒流源，本设计采用的是ZXLD1362芯片，通过调节变位器分压控制ADJ端的电压值使输出电流控制在660mA,进而驱动16伏10瓦的LED灯。二、工作原理说明首先介绍一下热释电红外传感器的工作原理，由于人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10um左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测

5、人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。人体发射的10um左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路再进行检测处理。菲涅尔透镜利用透镜的光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断的交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使得接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量辐射。本设计电路的工作原理框图：图 1 电路的原理框图供电电源采用蓄电池24伏，红外感应传感器采用被动式热

6、释电红外传感器，当有人走近时，输出为一定频率的脉冲信号。然后经过放大比较电路，放大、比较电路采用运放LM358，其中阈值控制电压为4伏。光电开关采用光敏电阻及三极管2N2222A，利用光敏电阻特性及三极管特性，当有光时光电开关模块输出为低电平（约为0.3伏），当光线暗时，输出为高电平。单稳态电路采用555定时器及RC组成，其中光电开关控制555定时器的RST触发端，电压比较器的输出接在555定时器的TRI端，当电压比较器输出低电平（TRI端为低电平），且光电开关输出的是高电平（RST端为高电平）时，单稳态触发器进行触发，输出一个暂稳态的高电平，持续时间为19.8s，此高电平经过ZXLD1362

7、芯片搭的恒流源电路，实现恒流660mA输出，然后驱动16伏，10瓦的LED灯。三、电路设计1.放大模块 放大模块电路如图2所示，用LM358运放对热释电红外感应传感器输出的脉冲信号进行放大，由于传感器输出的信号频率一般为几赫兹，所以设计的前置放大采用低通放大。LM358运放芯片与R1、C1、R2 、C2组成低频放大器，C4为高频旁路电容，该级放大器的增益取决于R1、R2的比值，即R1/R2=100。图 2 放大模块电路图2.比较模块比较模块如图3所示，所用运放芯片为LM358N，利用R4、R3电阻分压使得运放同向输入端定为4伏即阈值控制电压为4V。前置放大电路输出的信号接入此运放的反向输入端，

8、使经过放大的信号与基准电压进行比较，当信号足够强时，比较输出一个低跳变脉冲，对555触发器进行触发置位。图 3 比较模块电路图4.光电开关模块光电开关模块如图4所示，由于Multisim仿真软件里没有光敏电阻，根据光敏电阻特性，即在白天光照强时，呈现低阻（亮阻为几千欧到几十千欧）,在仿真时，用5.1K代表亮阻；在天暗时，光敏电阻呈现极高的电阻（暗阻在几兆欧到几十兆欧），在仿真时，用5.1M代表暗阻。仿真时采用单刀双掷开关，一端接亮阻，一端接暗阻。在接通亮阻（R4）时，它与R2 、RP1进行分压后，使三极管2N2222A饱和导通，其饱和管压降仅0.3伏，2脚接在555定时器组成的单稳态触发器的R

9、ST端，所以不管555各触发器的电位如何，均不会发生翻转，因而白天灯不会点亮，节能节电。天暗时（仿真时接暗阻R1），光敏电阻阻值极大，与R2、RP1分压极大，调节RP1使2N2222A的基极电位不高于0.6伏，即三极管处于截止状态，此时2脚输出为高电平，555定时器处于待触发状态。图 4 光电开关模块电路图5.延时模块延时模块电路图如图5所示，由555定时器及R C组成单稳态触发器，课题要求通电持续时间为20秒，即暂稳态高电平持续时间为20秒。根据555定时器构成单稳态触发器工作原理，暂稳态高电平持续时间公式：tw=R*C*Ln3=20s，当R=180K，C=100uF时，tw=19.8s，近

10、似20s，符合要求。其中555的TRI端接在比较模块电路的输出端，RST端接在光电开关模块的三极管集电极端。当光暗且有人经过时，光电控制模块输出为高电平，比较电路输出为高低电平跳变的脉冲信号，当比较电路输出至低电平时，555开始触发，进行19.8s的高电平输出延时。图 5 延时模块电路图6.恒流源模块恒流源模块电路如图6所示。ZXLD1362为一款1A LED驱动芯片，当延时模块（亮灯控制）输出19.8s的高电平暂稳态时，R2与R3分压来控制ADJ端的电压值，R2为一变位器，调节R2，使ADJ端的电压值为825mV，这样Iout=Inom*66%，输出电流恒为660mA。图 6 恒流源模块电路

11、图四、性能的测试1.放大模块的测试放大模块测试如图7所示，用双踪示波器测试输入与输出信号。图 7 放大模块测试电路图测试结果如图8所示，仿真结果显示，放大倍数为100倍。图 8 放大模块仿真结果图2.比较模块的测试通过一个万用表对此比较电路进行测试，如图9所示。图 9 比较模块测试电路图测试结果如图10所示，当控制信号小于阈值电压（4伏）时，仿真电压结果如左图所示，当控制信号大于阈值电压时，仿真电压结果如右图所示。图 10 比较模块万用表仿真结果3.光电开关模块的测试 在光线亮时，光敏电阻阻值较小，故接通R1（仿真时亮阻）档，测试2N2222A的集电极电压，测试结果如图11所示，在光线暗时，光

12、敏电阻阻值极大，故接通R2（仿真时暗阻）档，测试2N2222A的集电极电压，测试结果如图12所示。图 11 光电开关模块亮阻时测试结果图图 12 光电开关模块暗阻时测试结果图4.恒流源输出的测试恒流源模块测试电路图如图13所示，在亮灯控制信号为高电平时，恒流输出模块用一个电流表及一个16伏10瓦的灯泡进行测试。图 13 恒流源模块测试图 测试结果如图14所示，符合设计要求。图 14 恒流源模块测试结果图五、结论用热释电红外传感器检测是否有人经过，用放大器对传感器输出的信号进行放大，而后经过电压比较器与阈值电压进行比较，比较器输出的信号控制555单稳态触发器触发置位，光电开关控制555单稳态触发

13、器的置零端，555定时器与R C构成单稳态触发器，暂稳态持续时间为19.8秒，实现当人经过，且光线暗时，输出约为20秒（19.8秒）的高电平。用ZXLD1362芯片实现对单稳态触发器输出的高电平信号进行恒流输出，通过调整变位器的阻值，使输出的电流控制在660mA附近，以驱动16伏10瓦的LED灯，从而实现红外感应楼道灯电路。六、性价比在本次实验设计中，主要选择市场上较为普遍的LM358、ZXLD1362集成芯片，555定时器，LED等元件，功耗较低，价格便宜，且模块明晰，方便连接与修理,同时在保证性能和设计要求的前提下节约了成本，提高了性价比。七、课设体会及合理化建议短短的两周课设即将过去了，

14、通过这两周的课程设计，我学到了很多知识。例如，自己动脑去设计电路图，遇到难题时，上网或去图书馆查找相关资料去解决问题。在此期间我不但巩固了以前学到的数电、模电知识，而且加深了自己在以后的学习和生活中对知识的运用能力，熟练掌握了一些仿真软件，在调试过程中虽然遇到了一些难题，但经过反复的调试，终于调试成功。当然结果并不是最重要的，最重要的是过程。在这个过程中我磨练了自己，培养自己学习能力。我想，有了这些经历，无论对我以后做毕设还是做工作都有很大的帮助。也让我明白了，只要用心做某一件事，没有做不出来的。同时，我很感谢在这两周的时间里，老师给予我的帮助及指导。参考文献附录一：总电路图附录II：元器件清单序号编号名称型号数量1U1 U2 双运算放大器LM358N2U31A LED 驱动器ZXLD13623A1555定时器NE5554J1 J2单刀双掷开关5R1电阻1M6R2 R810K7R3 R7100K8R4500K9R6180K10R9电位器51K11R105.1M12R115.1K13R12100m14C1 C710nF15C9100nF16C2 C3 C8电解电容47uF17C6100uF18L1电感68uH19LED1发光二极管20R13230K21R14变位器