光控?zé)舻脑O(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書(shū) 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(kāi)關(guān)或者人為 因素 墻壁開(kāi)關(guān)的損壞率很高 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 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 control 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 automatically 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?1 1 1 光控?zé)舻囊饬x與背景 1 1 1 2 設(shè)計(jì)思路與原理 1 1 2 光控?zé)綦娐返脑O(shè)計(jì)方案 1 1 2 1 方案特點(diǎn) 1 1 2 2 元器件的選擇 2 2 2 3 主要原器件的介紹 2 2 2 3 1 光敏電阻的介紹 2 2 2 3 2 555 芯片的介紹 3 3 2 3 3 發(fā)光二極管的介紹 4 4 3 電路 4 4 3 1 原理圖的設(shè)計(jì)及說(shuō)明 4 4 3 2 電路仿真 5 5 4 電路板的制作及調(diào)試 7 7 4 1 PCB 電路圖的制作 7 7 4 2 電路板的制作 7 7 4 3 電路板的調(diào)試 7 7 4 4 測(cè)試結(jié)果 8 8 5 結(jié)束語(yǔ) 8 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(kāi) 啟 如果人工控制路燈的開(kāi)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(kāi)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(mén)組成自動(dòng)光控?zé)糁悄茈娐?會(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(kāi)啟照明 雖然本文介紹的光控?zé)糁挥?1 個(gè)簡(jiǎn)單的芯片和電阻電容構(gòu)成 卻可以模擬光控 燈 也達(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(mén)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)粘Ｉ?活的各種需要 用光控開(kāi)關(guān)來(lái)代替路燈開(kāi)關(guān) 住宅小區(qū)的樓道上的開(kāi)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(kāi)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(kāi)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 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(jiàn)光 的強(qiáng)弱變化而變化 在黑暗條 件下 它的阻值 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(jiàn)光 0 4 0 76 m 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 3 頁(yè) 共 1010 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 200mA 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(kāi)關(guān) T 比較器的參考電壓由三只 5K 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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)路或接 Vcc Vco 是控制電壓端 5 腳 平時(shí)輸出 2 3Vcc 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 01 F 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 4 頁(yè) 共 1010 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 LED 由鎵 Ga 與 砷 AS 磷 P 的化合物制成的二極管 當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見(jiàn)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?性 當(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 第 5 5 頁(yè) 共 1010 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(kāi)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(kāi)關(guān) 控制外部電路 3 2電路仿真 仿真電路如下 第 6 6 頁(yè) 共 1010 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 7 頁(yè) 共 1010 頁(yè) 4 電路板的制作及調(diào)試 4 1 PCB 電路圖的制作 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(jiàn)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(huà)出正確的 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 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 8 頁(yè) 共 1010 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(kāi)電源開(kāi)關(guān) 將 輸出端接到電路板上 2 連接好后檢查線路的正負(fù)端有沒(méi)有接錯(cuò) 然后打開(kāi)電源開(kāi)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