光控?zé)舻脑O(shè)計(jì)[共14頁(yè)]

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1、 課程設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書 題 目： 光控?zé)舻脑O(shè)計(jì) 院 （系）： 專 業(yè)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 在學(xué)校、機(jī)關(guān)、廠礦企業(yè)的單位的公共場(chǎng)所以及居民區(qū)的公共樓道，長(zhǎng)明燈現(xiàn)象非常普遍，這就造成了能源的大量浪費(fèi)。另外，由于頻繁開關(guān)或者人為因素，墻壁開關(guān)的損壞

2、率很高，增大了維修量、浪費(fèi)了資金。在這里我設(shè)計(jì)了光控?zé)?，光控?zé)魰?huì)隨著環(huán)境光線的變化自動(dòng)的控制燈的亮滅，適合于控制路燈、走廊燈等，同時(shí)也達(dá)到了省電節(jié)能和延長(zhǎng)燈泡使用壽命的效果。當(dāng)傍晚光強(qiáng)減弱到一定程度的時(shí)候，電路就會(huì)自動(dòng)接通點(diǎn)亮路燈；當(dāng)早上光強(qiáng)增大到一定強(qiáng)度的時(shí)候，電路就會(huì)自動(dòng)切斷，從而實(shí)現(xiàn)燈自動(dòng)熄滅的功能。 關(guān)鍵詞：光敏電阻；555芯片；光控?zé)? Abstract In schools, offices,residential ares,factories,mines and enterprises and other units of public places

3、and streets in public gardens,as well as residential corridor,long light that is widespread,which caused a great waste of energy,In addition,due to frequent switching or man-made factors,wall switches,the high failure rate,increasing the amount of maintenance,waste of money.Here I designed a light-c

4、ontrol lights.As the circumstances change in the light,the light-control light will automatically control turn the light on or off,for control of the street lamps,the corridor lights,also to save energy and electric light bulb of life effect. when the light down to a certain extent, the circuit is a

5、utomatically connected to light lamps ; as early and increased to a certain polish strength, the circuit is automatically cut out, the automatic function. Key words ：light dependent resistor;555chips;optical control lamp 目 錄 引言……………………………………………………………………1 1 光控?zé)粼怼?/p>

6、………………………………………1 1.1 光控?zé)舻囊饬x與背景………………………………………………‥1 1.2 設(shè)計(jì)思路與原理……………………………………………………‥1 2 光控?zé)綦娐返脑O(shè)計(jì)方案……………………………………………1 2.1 方案特點(diǎn)…………………………………………………………‥1 2.2 元器件的選擇‥………………………………………………………2 2.3 主要原器件的介紹……………………………………………………2 2.3.1 光敏電阻的介紹……………………………………………………2 2.3.2 555芯片的介紹 ……………………………………………………3

7、2.3.3 發(fā)光二極管的介紹 …………………………………………………4 3 電路 ………………………………………………………………4 3.1 原理圖的設(shè)計(jì)及說(shuō)明 …………………………………………………4 3.2 電路仿真 ……………………………………………………………5 4 電路板的制作及調(diào)試 ……………………………………………7 4.1 PCB電路圖的制作 …………………………………………………7 4.2 電路板的制作 ………………………………………………………7 4.3 電路板的調(diào)試 ………………………………………………………7 4.4 測(cè)試結(jié)果 ……………………………

8、………………………………8 5 結(jié)束語(yǔ)……………………………………………………………8 謝辭 …………………………………………………………………9 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………10 引言 路燈在我們?nèi)找娓碌纳钪性絹?lái)越普遍，一般路燈是白天關(guān)閉，夜晚開啟。如果人工控制路燈的開關(guān)，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且在天氣變化時(shí)，不容易掌握開關(guān)路燈的時(shí)間，給群眾帶來(lái)很大的不便。在本設(shè)計(jì)中介紹一種自

9、動(dòng)光控?zé)?，這樣不但省時(shí)省力，節(jié)約資源，而且可以提高燈的壽命。采用555時(shí)基電路施密特觸發(fā)器，及電阻、二極管或門組成自動(dòng)光控?zé)糁悄茈娐罚瑫?huì)給我們帶來(lái)新穎智能的便利；當(dāng)光線好時(shí)，燈不會(huì)發(fā)光，到光線很差時(shí)，燈會(huì)自動(dòng)開啟照明。雖然本文介紹的光控?zé)糁挥?個(gè)簡(jiǎn)單的芯片和電阻電容構(gòu)成，卻可以模擬光控?zé)簦策_(dá)到了節(jié)電節(jié)能的目的，同時(shí)它的原理也有廣泛的應(yīng)用。 1 光控?zé)粼? 1.1 光控?zé)舻囊饬x與背景 站在新世紀(jì)的門檻上，我們感受到的是高速發(fā)展的現(xiàn)代科技。降低能耗，節(jié)約能源、注重環(huán)保，簡(jiǎn)潔方便是當(dāng)今家居生活的主題。也因如此，照明燈的需求也在不斷的發(fā)展，人類有意識(shí)的采用各種方法改進(jìn)它，以適應(yīng)我們?nèi)?/p>

10、常生活的各種需要。用光控開關(guān)來(lái)代替路燈開關(guān)、住宅小區(qū)的樓道上的開關(guān)，只有在光線不足時(shí)燈會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮，白天光線充足時(shí)不會(huì)亮，可以達(dá)到節(jié)能的目的。同時(shí)光控電路具有電路簡(jiǎn)單，制作容易，工作可靠的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種樓房走廊的照明設(shè)備。 1.2 設(shè)計(jì)思路與原理 電路采用光敏電阻來(lái)感受外界光的強(qiáng)弱，然后采用555多謝振蕩器改變輸出電壓，從而改變發(fā)光二極管兩端的電壓，進(jìn)而控制了燈的亮滅。在發(fā)射結(jié)接上一個(gè)繼電器，可以控制外接電路的開路或短路。此設(shè)計(jì)也可以看做是一個(gè)用發(fā)光二極管指示的光控開關(guān)。要求電路在日光照射下，接通+5V電源后，發(fā)光二極管四熄滅的，沒(méi)有光照的時(shí)候，發(fā)光二極管是亮的。 接通+5V電壓，

11、在光線充足的情況下光敏電阻的阻值很小，分壓很小，則輸入555芯片的TH和TR端為高電平，此時(shí)555芯片的輸出端為低電平，不能提供足夠的電壓給發(fā)光二極管，則燈不亮；在光線不足時(shí)，光敏電阻的阻值很大，分壓很大，輸入555芯片的TH和TR端為低電平，則555芯片的輸出為高電平，此時(shí)可以提供足夠的電壓給發(fā)光二極管，燈就發(fā)光。 2 光控?zé)綦娐返脑O(shè)計(jì)方案 2.1 方案特點(diǎn) 產(chǎn)生光控電路的方案有很多，本方案的選擇主要從以下幾個(gè)方面考慮： （1） 設(shè)計(jì)難度； （2） 實(shí)現(xiàn)難度； （3） 成本； （4） 調(diào)試難度； （5） 電路原理。 由于我在大二時(shí)期已經(jīng)學(xué)了數(shù)字電路和模擬電子電

12、路，而且這個(gè)方法比較簡(jiǎn)單，又實(shí)用，能充分體現(xiàn)出我對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握程度。所以我利用所學(xué)的數(shù)字電 路方法，力求從簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)知識(shí)中學(xué)到更多的東西，為今后的學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備，采取一種最簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)光控電路的設(shè)計(jì)。 2.2 元器件的選擇 （1） 發(fā)光二極管 1只； （2） 555芯片 1只； （3） 繼電器 1只； （4） 電容 1只； （5） 三極管 1只； （6） 光敏電阻 1只； （7） 可調(diào)電阻 100K 1只； （8） 電阻 560 1只， 1K一只； （9） 排針 二孔 1只， 三孔 1只。 2.3 主要原器件的介紹 2.3.1 光敏電阻的介紹 光敏電阻又稱光

13、導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長(zhǎng)的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。 光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見光）的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻

14、值（暗阻）可達(dá)1~10M歐,在強(qiáng)光條件（100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對(duì)光的敏感性（即光譜特性）與人眼對(duì)可見光（0.4~0.76）μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)引起它的阻值變化。設(shè)計(jì)光控電路時(shí)，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化。 第 3 頁(yè) 共 10 頁(yè) 2.3.2 555芯片的介紹 555時(shí)基電路是一種雙極型的時(shí)基集成電路，工作電源為4.5V—18V,輸出電流為20

15、0mA，工作可靠。它含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本RS觸發(fā)器，一個(gè)放電開關(guān)T，比較器的參考電壓由三只5KΩ的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器C1同相比較端和低電平比較器C2的反相輸入端的參考電平為2∕3Vcc和1∕3Vcc。C1和C2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)輸入并超過(guò)了2∕3Vcc時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時(shí)放電，開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號(hào)自2腳輸入并低于1∕3Vcc時(shí)，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時(shí)放電，開關(guān)管截止。 是復(fù)位端，當(dāng)其為0時(shí)，555輸出低電平。平時(shí)該端開路或接Vcc。 Vco是控制電壓端（5腳），平時(shí)輸出2∕3V

16、cc作為比較器A1的參考電平，當(dāng)5腳接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的另一種控制，在不接外加電壓時(shí)，通常接一個(gè)0.01F的電容器到地，起濾波作用，以消除外來(lái)的干擾，確保參考電平的穩(wěn)定。 T為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時(shí)，將給于腳7的電容器提供低阻放電電路。 第 4 頁(yè) 共 10頁(yè) 555電路的引腳功能如下圖： 2.3.3 發(fā)光二極管的介紹 發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)ED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極

17、管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見光，因而可以用來(lái)制成發(fā)光二極管。 它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長(zhǎng)越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。 3 電路 3.1 原理圖的設(shè)計(jì)及說(shuō)明

18、 第 5 頁(yè) 共 10頁(yè) 圖 3-1用Protel繪制的原理圖 原理圖說(shuō)明： 接通5V的電壓，通過(guò)光敏電阻可以調(diào)節(jié)電阻的分壓作用，改變6腳和2 腳的輸入電壓，從而達(dá)到改變555的輸出電壓，從而達(dá)到控制發(fā)光二極管的亮滅 的作用，同時(shí)經(jīng)過(guò)三極管的放大作用，控制繼電器（繼電器是具有隔離功能的自動(dòng)開關(guān)元件）。 當(dāng)光照到光敏電阻時(shí)，其電阻變小，是的6腳和2腳的電壓變大，經(jīng)過(guò)555芯片，由555的原理可知，從輸出管腳3輸出低電平，此時(shí)發(fā)光二極管不能導(dǎo)通，是滅的；當(dāng)沒(méi)有光照時(shí)，其

19、電阻變大，使得6腳和2腳的電壓變小，經(jīng)過(guò)555芯片，由555的原理可知，從輸出管腳3輸出高電平，此時(shí)發(fā)光二極管導(dǎo)通，燈亮。 因?yàn)槔^電器具有能反映一定輸入變量（如電流、電壓等）的感應(yīng)機(jī)構(gòu)（輸入部分）；有能對(duì)被控電路實(shí)現(xiàn)“通”、“斷”控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（輸出部分）；在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還有對(duì)輸入量進(jìn)行耦合隔離，功能處理和對(duì)輸出部分進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的中間機(jī)構(gòu)（驅(qū)動(dòng)部分）。所以，此電路還能作為一個(gè)光控開關(guān)，控制外部電路。 3.2 電路仿真 仿真電路如下：

20、 第 6 頁(yè) 共 10 頁(yè) 圖 3-2 有光照時(shí)，用小電阻代替光敏電阻的仿真圖 圖3-3 沒(méi)有光照時(shí)，用大電阻代替光敏電阻的仿真圖 由于在仿真時(shí)，沒(méi)有找到光敏電阻，因此我根據(jù)光敏電阻的原理特點(diǎn)，用電阻來(lái)代替。因?yàn)樵诠庹諘r(shí)，光敏電阻的阻值很小，我用小電阻代替；在沒(méi)有光照時(shí)，光敏電阻的阻值很大，用大電阻代替。經(jīng)過(guò)仿真，得到兩個(gè)圖，對(duì)比可知此電路實(shí)現(xiàn)了光控的原理。 第 7 頁(yè) 共 10 頁(yè) 4 電

21、路板的制作及調(diào)試 4.1 PCB電路圖的制作 ＰＣＢ是英文印制線路板的簡(jiǎn)稱。通常把在絕緣材上，按預(yù)定設(shè)計(jì)，支撐印制線路、尹志遠(yuǎn)見或兩者組合而成的導(dǎo)電圖形成為印制電路。而在絕緣基材上提供元器件之間電氣連接的導(dǎo)電圖形，稱為印制線路。這樣就把印制電路或印制線路的成品板稱為印制線路板，亦稱為印制板或印制電路板。仿真成功后畫出正確的ＰＣＢ圖。 圖 4-1 PCB圖 4.2 電路板的制作 制作電路板時(shí)，先用砂紙打磨銅板，把銅板打磨光亮，然后用熨斗將打印的PCB圖印制在銅板上；然后用鹽酸和雙氧水以一定的比例混合將銅板腐蝕，腐蝕后再用砂紙將打印上去的黑線磨掉，然后就可以看到留下的銅線電路圖；

22、接著就按照電路圖上的孔印打孔；打完孔就可以進(jìn)行焊接元器件了；在裝元器件時(shí)一定要注意元器件的正負(fù)極，不能裝反了。在焊接完畢后，必須檢查是否存在虛焊、漏焊以及由于焊錫流淌造成的元件短路情況。 4.3 電路板的調(diào)試 電路板制作完成后要進(jìn)行測(cè)試，使其滿足要求。 測(cè)試需要儀器：直流穩(wěn)壓電源 1臺(tái)。 調(diào)試過(guò)程： 第 8 頁(yè) 共 10 頁(yè) （1） 調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源，使其輸出為+5V的電壓，先不要打開電源開關(guān)，將輸出端接到電路板上； （2）

23、連接好后檢查線路的正負(fù)端有沒(méi)有接錯(cuò)，然后打開電源開關(guān)；觀察二極管的發(fā)光情況，看其是否在有光的情況下不發(fā)光，在沒(méi)有光照的情況下發(fā)光（可以用障礙物遮住光敏電阻）。若其在有光照的情況之下發(fā)光，可以調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，改變555芯片的2腳和6腳的電壓，是發(fā)光二極管熄滅。 4.4 測(cè)試結(jié)果 表4-1測(cè)試結(jié)果 電源電壓為4.8V 有光照 無(wú)光照 555芯片輸出端 0V 3.4V 光敏電阻電壓 0.2V 3.64V 三極管UB端 0V 3.4V 三極管Uc端 4.8V 4.8V 三極管Ue端 0V 2.7V 燈 滅 亮 5 結(jié)束語(yǔ) 這是進(jìn)入大學(xué)以來(lái)的

24、第一次課程設(shè)計(jì)，我的課題是光控?zé)?。光控?zé)綦娐冯m然簡(jiǎn)單，但其原理在我們的生活中用處很大，并且其電路的設(shè)計(jì)很貼切我們所學(xué)的數(shù)電與模電內(nèi)容。本電路中用到的555芯片應(yīng)用廣泛。在完成課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱許多資料，對(duì)555定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能及一般使用方法有了更深的了解。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，無(wú)論是思維方式還是動(dòng)手能力，我都有了很大程度的提高；對(duì)掌握畫圖軟件Protel有了很大的幫助，懂得了電路板的制作過(guò)程。  第9 頁(yè) 共10 頁(yè) 謝　辭 這是大學(xué)期間的第一次課程設(shè)計(jì)，感謝學(xué)院給我們提供這樣的實(shí)踐動(dòng)手機(jī)會(huì)，讓我從中學(xué)到了很多的知識(shí)，也增強(qiáng)了我的動(dòng)手能力。 在此特別感謝老師給予的耐心指導(dǎo)，老師認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度讓我在在這次課程設(shè)計(jì)中學(xué)會(huì)了許多東西，同時(shí)也培養(yǎng)了我認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度；同時(shí)要感謝在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中給予我?guī)椭母魑煌瑢W(xué)，是他們的幫助讓我這次課程設(shè)計(jì)能順利完成。