电子设计 实验报告.docx

1、电子设计 实验报告台灯自动开关控制电路设计设计报告设计任务设计制作一个台灯自动开关控制电路设计设计要求（1）设计并制作一个台灯自动开关盒，以实现“人来灯亮，人走灯灭，光照灯灭”等节电功能；（2）台灯盒有交流电源输入线和交流电源输出插座，输出可接额定电压220V，功耗不大于60W的台灯；（3）具有两个传感器，即：（1）光敏传传感器。将其安装在开关盒适当的地方，作为检测光照；（2）对人体敏感的传感器，感应人体接近；（4）自动开关盒做好后，将台灯的电源插头插入开关盒的电源输出插座，便可实现如下功能：（1）在晚上，当没有足够的光源照到光敏元件上时，若有人靠近台灯，它便自动发光，人离开台灯后，能自动断开

2、电源；（2）在白天有足够强的光线（以适合于阅读为标准）照射到光敏元件上时，无论人靠近台灯，它都不会亮；一. 方案选择及电路的工作原理为了实现智能开关自动调光的目的，准备了以下方案：方案一：首先，灯亮的前提是时间为晚上，所以首先要检测是白天还是晚上，通过光线强弱的不同来判定。运用光敏电阻来感应光线的变化。当白天光线强时，光敏电阻的阻值较小；而当晚上光线较弱时，其电阻阻值较大。通过阻值的变化所引起的一系列变化来确定白天还是黑夜。运用红外发射接收对管检测人是否进入所在范围。在人进入之前，由于红外发射和接收管并行排列，接收管没有接收到红外信号，其电阻阻值很大；当人进入后，发射管发出的红外信号被人体反射

3、，当接收管接收之后电阻阻值变小。通过阻值的变化引起电路中其他变量的变化来确定人是否在所测范围。最后运用与门来使电路达到当天黑同时又有人时台灯自动打开。方案二：对于光线感应部分与方案一相同，而在人体检测的部分则改用红外感应器LHI907，它是利用红外技术，当人靠近时，里面的电路发生变化，输出信号。当红外感应器检测到有人靠近时，输出一个高电平。二.单元电路设计计算与元器件的选择光敏电阻部分：要实现有光时输出低电平，黑暗时输出高电平。连接一个电压比较器如图，光明电阻在黑暗时电阻为几百欧姆至几兆欧姆，而在光照时有几百欧姆至几千欧姆；确保同相输入端有光时为低电平，黑暗时为高电平；要使光照时电流较小，R4

4、不能太小，所以R4取10K。不能使光明电阻部分太过于灵敏，反相输入端取输入为3V左右，又要使电阻电流较小，所以R1与R2分别为20K、10；R3为拉升电压电阻，提高输出端电压，应为1K。红外对射管部分：由于使用555延时器，所以要实现人来输出为低电平，人走输出为高电平；电压比较器在红外接收管没有接收到红外反射时比较器输出为高电平，接收到红外反射时比较器输出为低电平。电路图如图，连接红外发射管时，加一个电阻以保护红外发射管，要使红外发射管发射红外线较强，电阻不能太大，所以R9取100欧姆。红外接收管没有接收到红外反射时反向电阻很大，近视无穷，当接收到红外反射时反向导通，为使接收到红外反射时比较器

5、同相输出为低电平。R8应该较大，为几十至几百千欧，这里取100。R7为调节反相输入端的输入电压，R7为电位器。经仿真反相输入端的输入电压为2V左右。 延时部分：由555延时器使用规则可得定时原件R、C，通过R接电源，并通过C接地，有延时时间为T=1.1RC，计算延时时间为11秒，验证结果为12秒。5脚到地接电容是为了提高比较器参数电压的稳定性。2脚接红外对射管经比较器的输出。电灯驱动部分：JP1、JP2分别为接电源与接地的接孔。D2接光敏电阻部分的输出端，D3接延时器的输出端；只有当D2、D3的负极都为高电平时Q1的栅极为高电平，IRF540就导通，灯LED1就亮。为使IRF540不会损坏，所

6、以R5为10K。三.设计的具体实现1.系统概述由于要同时满足晚上和人经过两个条件，所以选择与门电路来做。而与门工作的条件即是电压同时为高电平，所以要让两个感应的部分当有满足条件的信号经过时输出为高电平。再利用达林顿管驱动，使得小灯泡发光。而要使得两个感应的的部分同时输出高电平则可以利用电压比较器来做，当白天光敏电阻阻值小时，光敏电阻分压小，输出低电平；相反，当晚上光敏电阻阻值大时所分得的电压大输出高点平。同理，运用电压比较器，当无人经过时红外接收管阻值较大，分得的电压大输出高电平。而为了延时运用555定时器所需要的是低电平输入高电平输出，所以当无人经过，电压比较输出高电平时555定时器不工作。

7、相反，当人经过红外线经过人体反射被红外接收管接收其电阻阻值变小，从而使得通过电压比较器最终输出低电平，使得555定时器工作输出高电平。并且起到延时的作用。当两端同时满足条件输出高电平时，经过与门输出高电平使得灯泡发光。1、人体感应：运用红外发射接收对管检测人是否进入所在范围。在人进入之前，由于红外发射和接收管并行排列，接收管没有接收到红外信号，其电阻阻值很大；当人进入后，发射管发出的红外信号被人体反射，当接收管接收之后电阻阻值变小。当电阻很大时，通过LM358所构成的比较器时输出为高电平。相反，当电阻很小时通过LM358所构成的比较器时输出为低电平。2、光线感应：运用光敏电阻来感应光线的变化。

8、当白天光线强时，光敏电阻的阻值较小；而当晚上光线较弱时，其电阻阻值较大。当电阻很大时，通过LM358所构成的比较器时输出为高电平。反之，输出为低电平。3、延时：555定时器作延时，其为低电平输入高电平输出。所以，在人体感应端，当无人经过，红外管电阻很大时，通过LM358所构成的比较器时输出为高电平，此时的555不工作，对应的与门端为低电平。相反，当电阻很小时通过LM358所构成的比较器时输出为低电平，此时的555工作，输出高电平。电路框图：2单元电路设计、仿真与分析1、人体感应： 实际测量值：无人时同相输入端4.11V反相输入端2.19V输出端3.72V有人时同相输入端0.0049V反相输入端

9、2.19V输出端0.0042V 仿真值： 有人经过时LM358输出端电压为1.66V，是一个低电平，符合要求。2、光线感应：实际测量值：白天时同相输入端1.24V反相输入端3.35V输出端0.93V黑夜时同相输入端4.72V反相输入端3.36V输出端4.96V仿真值： 白天时，比较器LM358输出端的电压为1.66V，是一个低电平符合要求。 3、延时：实际测量值：无人时输入3.72V输出0.0016V有人时输入0.0043V输出4.46V555定时器输入 u/v 0 t/s555定时器输出 t0 t1 u/v 12s4.46v 0.004v 0 t/s3电路的安装与调试错误一：红外发射接收管的

10、错误使用。在使用过程中已知红外发射接收管的原理为无人时电阻阻值大，而有人经过是阻值小。但是在当把电路设计完成，用万用表测量时发现当无人经过时比较器LM358输出端电压值为3.95V是高电平，而当有人经过时测得比较器输出端电压值为0.04V是低电平，正好与所需要的电压值相反。从而看出是红外发射接收管在有人无人时的阻值与理论值相反。查看相关资料发现我们将红外发射接收管直接对射，从而使得当无人经过时红外接收管直接就接收到红外线从而其电阻小，而当有人经过时红外线被遮挡，从而使得红外接收管阻值变大。这样就是的正好与所需要的值相反。正确的是应该将其平行竖直放置。正确放置后，当无人经过时，测量LM358输出

11、端电压值为3.82V；当有人经过时LM358输出端电压值为0.04V。符合所需值。错误二：PCB板线路断开造成短路。在将所有的电路焊接好后，通电时发现光敏电阻不起作用。即不遮光敏电阻，只要有人经过红外发射接收管灯泡就发光。用万用表测量光敏电阻模块所连接的与门端测得电压为5V，而光敏电阻所连接的LM358的同相端电压为：白天1.24V，黑夜为4.72V，达到所需值，在测量LM358的输出端，当白天时电压为0.39V，黑夜为4.96V，也达到所需值。从而判定为LM358输出端到与门端之间出现了断路。在用电烙铁将那一段电路用焊锡丝导过一遍后，再进行测量，得到当白天时光敏电阻对应与门端的电压为0.00

12、96V，而黑夜时其电压为4.95V，符合所需值。错误三：正负极接反在首次将所有调试完成并得到所得结果之后，当重新将电路连接电源时，发现灯泡不工作，且芯片发烫。用万用表测量发现本该为正极的电压却是一个负值。而且芯片已经不工作，从而判定是正负极接反且芯片已经被烧坏。用实验板测量筛选出烧坏的芯片，用好芯片将其跟换后。将正负极调换过来，接通电路后，灯泡正常工作且所有电压值恢复正常。五心得体会及建议通过对这个科目的学习，让我学到了很多使用的设计理论及方法。当然这里面包括AD软件的使用，电路图的绘制与验证，PCB图的画法及PCB的制作与调试。这对于以后不管是工程实践，还是毕业设计等一系列工程类实践中都有非

13、常重要的作用。同时，团队合作非常的重要，特别是好的分工可以使得工作的效率大大提高。同时，对于一个方案。我们必须在做PCB之前对其进行验证，从而使得在后期制作的PCB不会出现因为设计方案有问题而不能使用也无法修改。所以，验证在设计前期非常重要。而在调试过程中，我们需要学会分模块进行验证测量，通过对每个模块的测量可以很容易得出是哪一个模块出问题，在对该模块进行细化的验证测量，从而找到解决问题。六附录元器件明细表元器件明细表名称数量名称数量LM3582滑动变阻器1555定时器1小灯泡1红外发射接收对管1IRF5401光敏电阻1100F电容210K电阻1100电阻11K电阻1100K电阻2150K电阻1导线若干20K电阻1二极管2电路原理图： PCB图: 七参考文献参考文献的格式如下：光栅传感器中光电信号转换和处理电路 雷孔成、于海波 制造技术与机床 2004年1月8日自动烘手器的原理及检修 张树弼 家电检修技术：办公版 2006年 第1期 一种简易台灯自动开关盒 朱雪璇 新余高专学报 2004年 第5期