長延時光控開關(guān)電路的設(shè)計

1、第1章 概述1.1光電檢測技術(shù)的簡介光電檢測技術(shù)是光電信息技術(shù)的主要技術(shù)之一，它主要包括光電變換技術(shù)、光信息獲取與光信息測量技術(shù)以及測量信息的光電處理技術(shù)等。如用光電方法實現(xiàn)各種物理量的測量，微光、弱光測量，紅外測量，光掃描、光跟蹤測量，激光測量，光纖測量，圖象像測量等。 光電檢測技術(shù)將光學技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合實現(xiàn)對各種量的測量，他具有如下特點:(1)高精度。光電測量的精度是各種測量技術(shù)中精度最高的一種。如用激光干涉法測量長度的精度可達0.05m/m；光柵莫爾條紋法測角可達到 ；用激光測距法測量地球與月球之間距離的分辨力可達到1m。 (2)高速度。光電測量以光為媒介，而光是各種物質(zhì)中傳播速度最

2、快的，無疑用光學方法獲取和傳遞信息是最快的。 (3)遠距離、大量程。光是最便于遠距離粗寒痹的介質(zhì)，尤其適用于遙控和遙測，如武器制導、光電跟蹤、電視遙測等。 (4)非接觸測量。光照到被測物體上可以認為是沒有測量力的，因此也無摩擦，可以實現(xiàn)動態(tài)測量，是各種測量方法中效率最高的一種。 (5)壽命長。在理論上光波是永不磨損的，只要復現(xiàn)性做得好，可以永久的使用。 (6)具有很強的信息處理和運算能力，可將復雜信息并行處理。用光電方法還便于信息的控制和存儲，易于實現(xiàn)自動化，易于與計算機連接，易于實現(xiàn)只能化。 光電測試技術(shù)是現(xiàn)代科學、國家現(xiàn)代化建設(shè)和人民生活中不可缺少的新技術(shù)，是機、光、電、計算機相結(jié)合的新技

3、術(shù)，是最具有潛力的信息技術(shù)之一。本論文主要闡述了應(yīng)用光敏電阻，HTD，與非門等器件，設(shè)計長延時光控開關(guān)電路，實現(xiàn)當有聲音開始照明3-5分鐘的聲光控制。1.2課題作用、實用價值該開關(guān)應(yīng)用電子技術(shù),采用集成電路及很少的分立元器件,集聲控、光控、延時等于一體,具有可靠性高、耐用性強、耗電少,延長燈泡壽命等特點,是樓道、走廊、廁所等公共場所照明燈自動控制的節(jié)能開關(guān)。使用本開關(guān),在天黑或光線較暗的場合,只要有聲音(腳步聲、擊掌聲、說話聲或咳嗽聲等),均會使電燈自動點亮,經(jīng)一段延時后(延時時間可調(diào)),自動熄滅,在白天或光線較強的場合,不受任何聲音影響,從而做到人來燈亮,人走燈滅。第2章 基本原理與總體設(shè)計

4、2.1光敏電阻的主要工作原理光敏電阻器是利用半導體的光電導效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器，又稱為光電導探測器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。還有另一種入射光弱，電阻減小，入射光強，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、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，它是由半導體材料制成的。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。圖2.1 光敏電阻光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈

5、敏度，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對將復合，光敏電阻的阻值也就恢復原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到一定波長的光線照射時，電流就會隨光強的增大而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也加交流電壓。半導體的導電能力取決于半導體導帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少電極電極光敏電阻電源圖2.2 光敏電阻工作原理

6、圖光照2.2 光控調(diào)光電路的分析圖2.3是一種典型的光控調(diào)光電路，其工作原理是：當周圍光線變?nèi)鯐r引起光敏電阻的阻值增加，使加在電容上的分壓上升，進而使可控硅的導通角增大，達到增大照明燈兩端電壓的目的。反之，若周圍的光線圖2.3變亮，則的阻值下降，導致可控硅的導通角變小，照明燈兩端電壓也同時下降，使燈光變暗，從而實現(xiàn)對燈光照度的控制。圖2.3 光控調(diào)光電路2202.3 長延時光控開關(guān)電路的工作原理框圖電路中的主要元器件是使用了數(shù)字集成電路，其內(nèi)部含有4個獨立的與非門，使電路結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠性高。所謂聲光控延時開關(guān)就是用聲音來控制開關(guān)的“開啟，若干分鐘后延時開關(guān)“自動關(guān)閉。因此，整個電路的功能就

7、是將聲音信號處理后，變?yōu)殡娮娱_關(guān)的開動作。明確了電路的信號流程方向后，即可依據(jù)主要元器件將電路劃分為若干個單元，由此可畫出圖2.3所示的方框圖。檢音BM放大VT感光RGBM控制門D1整形D2延時R8、C3二級整形D3、D4電子開關(guān)T照明燈圖2.4 長延時光控開關(guān)電路的功能方框圖 檢音模塊:當駐極體膜片遇到聲波振動時，引起電容兩端的電場發(fā)生變化，從而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交變電壓，然后使電容有電流通過，并輸入到放大模塊的三極管的基極。如果沒有聲音信號則電流被電容阻隔，又因為電阻很大，所以流入三極管基極的電流很小。放大模塊:當外界電流不提供電源時，也就是僅由R2提供三極管基極電源時，因為電流比較

8、微小，且三極管是一個電流控制元件，所以微小的電流不能夠驅(qū)動三極管工作。因此只有在外界電流提供一定大的電流時三極管才能正常工作，并通過其內(nèi)部構(gòu)造將電流放大倍，再通過集電極把電流傳輸?shù)郊尚酒?感光模塊：光敏電阻的特性就是它的阻值大小由光照強弱所決定。當外部光照較強時電阻阻值比較小，當光強較弱時電阻阻值較大。長延時光控開關(guān)電路的設(shè)計?？刂崎T模塊：控制門模塊有兩個與非門組成。與非門的特點 是只有兩端都輸入高電位時輸出地才是低電位，其他情況下輸出的都是高電位。 整形模塊：整形模塊由二極管組成。二極管的最重要特征就是它具有單向?qū)щ娦浴?延時模塊：延時模塊由電阻和電容組成。第3章 長延時光控開關(guān)電路的設(shè)

9、計3.1設(shè)計內(nèi)容設(shè)計并制作一個聲光控延時開關(guān)電路。通過四個與非門和單向可控硅實 現(xiàn)只有在光照較弱并且有聲音的時候照明燈才會亮此時指示燈不亮，其他情況下指示燈亮，照明燈不亮。并且通過電容的充放電實現(xiàn)照明燈的延遲效果，并且保持照明燈35min左右。3.2整體電路圖&F10.5A 1M 180k 150kVD4VD2VD5VD3L VQ1 圖3.1長延時聲光控開關(guān)電路聲音信號(腳步聲、掌聲等)由駐極體話筒BM接收并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)耦合到VT的基極進行電壓放大，放大的信號送到與非門(VD1)的2腳，、是VT偏置電阻，是電源濾波電容。 為了使聲光控開關(guān)在白天開關(guān)斷開，即燈不亮，由光敏電阻等元件組成光控電

10、路，r5和組成串聯(lián)分壓電路，夜晚環(huán)境無光時，光敏電阻的阻值很大，兩端的電壓高，即為高電平間，改變或的值，可改變延時時間，滿足不同目的。VD3和VD4構(gòu)成兩級整形電路，將方波信號進行整形。當充電到一定電平時，信號經(jīng)與非門VD3、VD4后輸出為高電平，使單向可控硅導通，電子開關(guān)閉合；充滿電后只向放電，當放電到一定電平時，經(jīng)與非門VD3、VD4輸出為低電平，使單向可控硅截止，電子開關(guān)斷開，完成一次完整的電子開關(guān)由開到關(guān)的過程。二極管VD1VD4將交流220V進行橋式整流，變成脈動直流電，又經(jīng)降壓，濾波后即為電路的直流電源，為BM、VT、IC等供電。3.3電路中各元件參數(shù)元器件選擇IC1（從右到左、從

11、上到下依次是IC1-A、IC1-B、IC1-C、IC1-D）要選用雙輸入四與非門TC4011。RG為光敏電阻，亮電阻阻值與暗電阻阻值相差越大效果越好。電阻采用18W碳膜電阻。電解電容耐壓為16V，應(yīng)選用性能好、漏電電阻值大的電解電容。表3.1 電路中各元件參數(shù)元件名稱序號型號/參數(shù)數(shù)量碳膜電阻R1RT-1/2W、75K5%1碳膜電阻R2RT-1/8W、1M5%1碳膜電阻R3RT-1/8W、180K5%1碳膜電阻R4RT-1/8W、1205%1碳膜電阻R5RT-1/8W、150K5%1碳膜電阻R6RT-1/8W、180K5%1碳膜電阻R7RT-1/8W、1.2M5%1碳膜電阻R8RT-1/8W、

12、120K5%1VD1VD5二極管1N40075元件名稱序號型號/參數(shù)數(shù)量VT三極管S90121RG光敏電阻MG45-5K1BM駐極體話筒CZN171CD4011集成芯片CD4011BCN1C1電容1001C2電容1041C3電容10001C4電容101C5電容1001L燈泡60W1第4章 結(jié)論本次設(shè)計的長延時光控開關(guān)電路基本實現(xiàn)了延時、光控、聲控的功能，內(nèi)容涉及光敏電阻，HTD，繼電器以及電路設(shè)計等多方面的知識，整個電路設(shè)計完成后達到了預期的效果，系統(tǒng)工作比較穩(wěn)定。該電路的主要價值體現(xiàn)在用聲光控延時開關(guān)代替住宅小區(qū)的樓道上的開關(guān)，只有在天黑以后，當有人走過樓梯通道，發(fā)出腳步聲或其它聲音時，樓道

13、燈會自動點亮，提供照明，當人們進入家門或走出公寓，樓道燈延時幾分鐘后會自動熄滅。改進后可以達到：在白天，即使有聲音，樓道燈也不會亮，可以達到節(jié)能的目的。聲光控延時開關(guān)不僅適用于住宅區(qū)的樓道，而且也適用于工廠、辦公樓、教學樓等公共場所，它具有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優(yōu)點。由于自身專業(yè)知識有限，因此設(shè)計中還有或多或少的不足之處,比如說發(fā)現(xiàn)自己對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。課程設(shè)計的這段時間我確實受益匪淺，不僅提升了我的實踐能力，更重要的是我的專業(yè)知識又有了很大的進步。 參考文獻1 康樹林，汪斌.聲光控延時開關(guān)性能分析J?？萍假Y訊，2009,（31）.2 郭瓊.聲光控延時開關(guān)的制作J?？荚囍芸?，2011,（63）.3 葉永茂.聲光控延時節(jié)電開關(guān)J。電子科技，2000,（03）.4 趙陽.聲光控延時開關(guān)電路的設(shè)計與制作J。電子制作，2007,（10）.5 陳有卿編著. 新穎集成電路制作精選M.人民郵電出版社, 2005.4.6 陳振官 , 陳宏威等編著.光電子電路制作實例M. 2006.4.7 黃繼昌等編著.檢測專用集成電路及應(yīng)用M. 2006.10.東北石油大學課程設(shè)計成績評價表課程名稱光電檢測技術(shù)題目名稱長延時光控開關(guān)電路的設(shè)計學生姓名安妮學號110901340105指導教師