廣告燈箱照明控制器設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)設(shè)計(jì)(論文)題目: 廣告燈箱燈光自動(dòng)控制器 的設(shè)計(jì) 專 業(yè): 班 級(jí): 學(xué) 號(hào): 姓 名: 指導(dǎo)教師: 二00九年十二月十二日信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué) 生姓 名學(xué)號(hào)班級(jí)專業(yè)應(yīng)用電子專業(yè)設(shè)計(jì)（或論文）題目廣告燈箱燈光自動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師姓名職 稱工作單位及所從事專業(yè)聯(lián)系方式備 注講師/工程師設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容：1廣告燈箱燈光在白天自動(dòng)關(guān)閉；2廣告燈箱燈光在夜間自動(dòng)開啟；3設(shè)計(jì)出應(yīng)用電路圖，并用軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真測(cè)試。進(jìn)度安排：第12周：查找資料，選擇參考方案；第34周：確定方案；第58周：查找資料，進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)； 第913周：整機(jī)電路整機(jī)與分析；第1

2、416周：整理報(bào)告，確定初稿,檢查定稿；第17周：答辯主要參考文獻(xiàn)、資料：1 王成安模擬電子技術(shù)大連理工大學(xué)出版社 2 唐程山數(shù)字電子技術(shù)華中工學(xué)院電子學(xué)教研室 3 余洪生電子CAD技能實(shí)訓(xùn)人民郵電出版社4 張玉蓮傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社5 任為民電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)中央廣播電視大學(xué)出版社6 譚博學(xué)集成電路原理及應(yīng)用.電子工業(yè)出版社審批意見教研室負(fù)責(zé)人：年 月 日備注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，一式二份。其中學(xué)生一份，指導(dǎo)教師一份。 目錄摘要1第1章 廣告燈箱燈光自動(dòng)控制器的概述2第2章 廣告燈箱燈光自動(dòng)控制器的簡(jiǎn)述32.1 設(shè)計(jì)思路32.2 電路結(jié)構(gòu)方框圖32.3電路結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)述4第

3、3章 廣告燈箱燈光自動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)步驟53.1 電源電路的設(shè)計(jì)53.1.1 交流電壓變換電路53.1.2 整流電路63.1.3 濾波電路73.1.4 穩(wěn)壓電路83.2 主控電路部分93.2.1 轉(zhuǎn)換電路93.2.2 觸發(fā)電路103.2.3 控制電路11第4章 整機(jī)工作原理12第5章 電路制作與調(diào)試135.1 電路的制作135.2 電路的調(diào)試13結(jié)論14參考文獻(xiàn)15附錄1 整機(jī)原理圖16附錄2 元件清單17I摘要廣告燈箱燈光自動(dòng)控制器，是能通過電路對(duì)廣告燈箱、廣告燈箱等進(jìn)行自動(dòng)控制的電子設(shè)備。在日常生活中，對(duì)于此類廣告燈箱，戶外燈箱等，往往是進(jìn)行人為的控制，若管理員忘記了在某時(shí)關(guān)閉不需要的廣告展

4、示牌、廣告燈箱光源，便會(huì)造成無意義的能源浪費(fèi)。對(duì)于現(xiàn)在日漸繁華的都市，為了招攬顧客，或者推廣產(chǎn)品，大功率燈管，大能耗的廣告展示牌、廣告燈箱更是隨處可見，如果在不需要的時(shí)候點(diǎn)亮，這將是一筆不少的能耗費(fèi)用。若外界自然光強(qiáng)度適當(dāng)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉照明光，而且能在自然光線暗淡時(shí)自動(dòng)開啟照明，這樣既不影響廣告燈箱存在的意義，又能為投放廣告者節(jié)約一筆能耗損失費(fèi)用。本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是：能自動(dòng)感應(yīng)外界光線的強(qiáng)弱，在設(shè)定的光線強(qiáng)度下自動(dòng)實(shí)現(xiàn)廣告燈箱燈光的開關(guān)控制；能耗?。粚?duì)外界的非正常觸發(fā)光線有一定抗干擾能力。關(guān)鍵詞光敏電阻；555定時(shí)器；施密特觸發(fā)器；繼電器第 1 頁第1章 廣告燈箱燈光自動(dòng)控制器的概述光控產(chǎn)品在近年來在

5、學(xué)校、機(jī)關(guān)、廠礦企業(yè)等單位的公共場(chǎng)所以及居民區(qū)的公共樓道應(yīng)用十分廣泛，它避免了老式機(jī)械開關(guān)常因忘記關(guān)閉造成了能源浪費(fèi)的問題。另外，由于頻繁開關(guān)或者人為因素，機(jī)械開關(guān)的損壞率很高，增大了維修量、浪費(fèi)了資金。同時(shí)，為了加強(qiáng)我們應(yīng)用電子專業(yè)知識(shí)的理解和鞏固，我設(shè)計(jì)了一種由光控元件構(gòu)成的的廣告燈箱燈光自動(dòng)控制器。該設(shè)計(jì)具有電路新穎、安全節(jié)電、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)以光敏電阻、施密特觸發(fā)器、繼電器為主要元件構(gòu)成。具備以下特點(diǎn)：1.主控電路由直流12V供電，安全穩(wěn)定。2.燈光的亮滅由繼電器控制，可承受大電流。3.設(shè)有可調(diào)旋鈕，電路對(duì)外界光線的反應(yīng)靈敏度可調(diào)。4.電路設(shè)有接線端子，方便

6、接線。5.整體電路外形小巧，結(jié)構(gòu)靈活，可適應(yīng)不同規(guī)格形狀的廣告燈箱。6.適用范圍極為廣泛，工廠、學(xué)校、廠礦等公共場(chǎng)所皆可使用。第 17 頁第2章 廣告燈箱燈光自動(dòng)控制器的簡(jiǎn)述2.1 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)的基本理念主要是實(shí)現(xiàn)燈光的自動(dòng)控制，達(dá)到使用簡(jiǎn)單和實(shí)用的效果。在市場(chǎng)蓬勃發(fā)展的今天，廣告燈箱燈組可以說隨處可以見，而廣告燈箱燈組主要應(yīng)用于室外，而且為了達(dá)到廣告效果，常常處于顯目位置，如十字路口、屋頂、或者建筑墻面等，這樣就造成了一定的維護(hù)難度。根據(jù)這種實(shí)際情況以及我們所學(xué)過的專業(yè)知識(shí)，我設(shè)計(jì)了此電路，本設(shè)計(jì)主要由電源電路、轉(zhuǎn)換電路、觸發(fā)電路、控制電路這四部分組成。2.2 電路結(jié)構(gòu)方框圖主電源220V

7、交流燈組光源外部光源轉(zhuǎn)換電路控制電路觸發(fā)電路副電源12V直流圖2-1 電路結(jié)構(gòu)方框圖2.3電路結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)述1.電源電路電源電路分為主電源和副電源兩個(gè)部分：主電源主要為發(fā)光源提供電能，還要為副電源提供輸入電壓。副電源主要負(fù)責(zé)為控制電路提供工作電壓。2.轉(zhuǎn)換電路為實(shí)現(xiàn)電路的自動(dòng)控制，本設(shè)計(jì)采用了光敏電阻作為傳感元件將光線的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮璧淖兓?，以?shí)現(xiàn)外界光源對(duì)電路的控制。3.信號(hào)觸發(fā)電路該電路主要由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器與外圍元件構(gòu)成。信號(hào)觸發(fā)電路主要負(fù)責(zé)將轉(zhuǎn)換電路輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蛴|發(fā)繼電器工作的控制信號(hào)。4.控制電路該電路由繼電器組成，其受觸發(fā)信號(hào)的控制，直接控制廣告燈箱燈光的亮或滅。

8、第3章 廣告燈箱燈光自動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)步驟3.1 電源電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的電源供電由主、副電源兩部分組成：其中主電源的作用有以下兩種，一種是直接為室外廣告燈箱發(fā)光源提供電能（主要針對(duì)大功率、大電壓的發(fā)光源），另一種為副電源提供輸入電壓。副電源的主要作用是為電路部分提供12V的直流電壓。該電壓是由220V交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后得到的。電源電路如圖3-1所示。圖3-1 電源電路圖3.1.1 交流電壓變換電路本單元主要采用了變壓器來完成。變壓器是一種利用電磁感應(yīng)原理，從一個(gè)電路向另一個(gè)電路傳遞電能或傳輸信號(hào)的元器件。能進(jìn)行交流電壓、電流和阻抗的變換。在此設(shè)計(jì)中是將220V交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?4V交

9、流電。變壓器由鐵芯和線圈構(gòu)成，有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級(jí)繞組，其余的繞組叫次級(jí)繞組。當(dāng)變壓器初級(jí)線圈中通有交流電流時(shí)，鐵芯中便產(chǎn)生交流磁通，使次級(jí)線圈中感應(yīng)出交流電流。變壓器兩個(gè)繞組匝數(shù)分別為N1和N2，N1為初級(jí)匝數(shù)，N2為次級(jí)匝數(shù)。在初級(jí)線圈上加一交流電壓，在次級(jí)線圈兩端就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)N2>N1時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)要比初級(jí)所加的電壓還要高，這種變壓器稱為升壓變壓器：當(dāng)N2<N1時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)低于初級(jí)電壓，這種變壓器稱為降變壓器。變壓器初級(jí)、次級(jí)電壓和線圈匝數(shù)間具有下列關(guān)系： （3-1）式中 k稱為變壓比(匝比)。變壓器初級(jí)、次級(jí)電流和線圈匝數(shù)間具有下列

10、關(guān)系：另有電流之比 （3-2）變壓器圖形符號(hào)及實(shí)物圖如圖 3-2所示。 圖3-2 變壓器圖形符號(hào)及實(shí)物圖3.1.2 整流電路整流電路是電源的重要組成部分，它是利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦阅馨呀涣麟娮兂蓡蜗蛎}動(dòng)直流電。其電路形式多種多樣，其可分為半波整流、全波整流和橋式整流。本設(shè)計(jì)采用橋式整流電路。橋式整流電路的工作原理可分析如下。為簡(jiǎn)單起見，二極管用理想模型來處理，即正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。在U的正半周，電流從正端經(jīng)過二極管D1流向RL，再由二極管D3流回負(fù)端，所以D1、D3正向?qū)?，D2、D4反偏截止。在負(fù)載上產(chǎn)生一個(gè)極性為上正下負(fù)的輸出電壓。其電流通路可用圖3-3中實(shí)線箭頭表示

11、。在U的負(fù)半周，其極性與圖示相反，電流負(fù)端經(jīng)過二極管D2流向RL，再由二極管D4流向正端，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向?qū)?。電流流過RL時(shí)產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負(fù)，與正半周時(shí)相同。其電流通路如圖3-3中虛線箭頭所示。圖3-3 橋式整流電路根據(jù)上述分析，可得橋式整流電路的工作波形如圖3-4。由圖可見，通過負(fù)載RL的電流iL以及電壓UL的波形都是單方向的全波脈動(dòng)波形。圖3-4 橋式整流電路的波形圖3.1.3 濾波電路本設(shè)計(jì)主要采用電容濾波，主要由電容C1、C2構(gòu)成。220V交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流橋整流后變換成直流電，但是其紋波較大，加入濾波電容后可減少紋波

12、。圖3-5分別是電容濾波原理圖和它的部分波形。這里假設(shè)t<0時(shí)，電容器已經(jīng)充電到交流電壓V2的最大值。由于電容的充放電作用，使得輸出波形平滑。濾波電路如圖3-5(a)，波形圖如圖3-5(b) 所示。 圖3-5 a) 濾波 b)波形圖3.1.4 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路主要由LM7812三端穩(wěn)壓器來完成。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡(jiǎn)捷方便等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。之前在經(jīng)過變壓、整流、濾波后的直流電壓并不十分穩(wěn)定(該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化)。此直流電

13、壓經(jīng)過LM7812的穩(wěn)壓和電容C2的濾波后在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了紋波小、穩(wěn)定度好的12V直流電。外接電容C3用以抵消因輸出端線產(chǎn)生的電感效應(yīng)，防止自激振蕩，外接電容C4可消除因負(fù)載電流越變而引起的輸出電壓的較大波動(dòng)。如圖3-6所示。圖3-6 穩(wěn)壓3.2 主控電路部分當(dāng)光敏電阻R5受到光照時(shí)，其內(nèi)阻變小，555定時(shí)器的2腳和6腳電壓高于， 3腳輸出低電平，繼電器觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，燈不亮。當(dāng)光敏電阻R5得不到光照或光照微弱時(shí)，其內(nèi)阻變大，555定時(shí)器的2腳和6腳電壓低于，3腳輸出高電平，繼電器線圈獲電觸點(diǎn)吸合，燈被點(diǎn)亮。為了防止繼電器斷開時(shí)產(chǎn)生較高的電動(dòng)勢(shì)而損壞555定時(shí)器，增加D6對(duì)電路加以保

14、護(hù)。電容C5主要起延遲作用，比如類似閃電的突然閃亮造成瞬間燈滅的現(xiàn)象。D5可作為室內(nèi)的工作指示燈。主控電路部分如圖3-7所示。圖3-7 主控電路3.2.1 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)采用了光敏電阻，下面簡(jiǎn)單介紹一下光敏電阻的制作材料及其結(jié)構(gòu)原理。光敏電阻是采用半導(dǎo)體材料制作，利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的光電元件。它在光線的作用下其阻值往往變小，這種現(xiàn)象稱為光導(dǎo)效應(yīng)，因此，光敏電阻又稱光導(dǎo)管。圖3-8所示是光敏電阻結(jié)構(gòu)示意圖及圖形符號(hào)。光敏電阻的原理結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時(shí)，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中

15、產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子空穴對(duì)增加了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強(qiáng)，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)將逐漸復(fù)合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復(fù)原值。光敏電阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電壓，也可以加交流電壓。在本設(shè)計(jì)中光敏電阻是R5，就是通過光敏電阻在光線變化時(shí)電阻的變化來控制555定時(shí)器2腳和6腳上電壓的變化來影響后方燈光的亮滅，從而實(shí)現(xiàn)光控行為。圖3-8 光敏電阻原理結(jié)構(gòu)圖及實(shí)物圖3.2.2 觸發(fā)電路本單元電路主要采用了由555定時(shí)器所構(gòu)成的施密特觸發(fā)器。由其對(duì)前面采集到的光電信號(hào)加以轉(zhuǎn)換，輸

16、出，從而控制繼電器的吸合和釋放。施密特觸發(fā)器電路工作波形圖該施密特觸發(fā)器的參數(shù)：正向閾值電壓（上觸發(fā)電平）反向閾值電壓（下觸發(fā)電平）由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器如圖3-9所示。圖3-9 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器的應(yīng)用一般有三個(gè)方面：1.波形變換利用施密特觸發(fā)器可以將變化緩慢的波形變換成矩形波。2.脈沖整形畸變的波形通過施密特觸發(fā)器可以獲得比較理想的矩形脈沖波形。3.脈沖鑒幅將一系列幅度各異的脈沖信號(hào)加到施密特觸發(fā)器的輸入端，只有那些幅度大于Ut+的脈沖才會(huì)在輸出端產(chǎn)生輸出信號(hào)。3.2.3 控制電路本單元電路主要作用的控制發(fā)光源電路的通斷，經(jīng)過考慮，采用了繼電器控制的方案，因其具有小電流控制

17、大電流、安全可靠、帶負(fù)載能力強(qiáng)等性質(zhì)。現(xiàn)對(duì)其作以簡(jiǎn)單介紹：直流電磁繼電器一般由一個(gè)線圈、鐵心、一組成幾組帶觸點(diǎn)的簧片組成。觸點(diǎn)有動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)之分，在工作過程中能夠動(dòng)作的稱為動(dòng)觸點(diǎn)，不能動(dòng)作的稱為靜觸點(diǎn)。 電磁繼電器的工作原理是這樣的：當(dāng)線圈通電以后，鐵心被磁化產(chǎn)生足夠大的電磁力，吸動(dòng)銜鐵并帶動(dòng)簧片，使動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)閉合或分開；當(dāng)線圈斷電后，電磁吸力消失，銜鐵返回原來的位置，動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)又恢復(fù)到原來閉合或分開的狀態(tài)。應(yīng)用時(shí)只要把需要控制的電路接到觸點(diǎn)上，就可利用繼電器達(dá)到控制的目的。 繼電器的觸點(diǎn)有三種基本形式： 1.動(dòng)合型（H型）線圈不通電時(shí)兩觸點(diǎn)是斷開的，通電后，兩個(gè)觸點(diǎn)就閉合。以合字的

18、拼音字頭“H”表示。我所采用的繼電器即為這種動(dòng)合型觸點(diǎn)。2.動(dòng)斷型（D型）線圈不通電時(shí)兩觸點(diǎn)是閉合的，通電后兩個(gè)觸點(diǎn)就斷開。用斷字的拼音字頭“D”表示。3.轉(zhuǎn)換型（Z型）這種觸點(diǎn)組共有三個(gè)觸點(diǎn)，即中間是動(dòng)觸點(diǎn)，上下各一個(gè)靜觸點(diǎn)。這樣的觸點(diǎn)組稱為轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)。用“轉(zhuǎn)”字的拼音字頭“z”表示。此外，一個(gè)繼電器還可以有一個(gè)或多個(gè)觸點(diǎn)組，但均不外乎以上三種形式。K 圖 3-10 繼電器圖形符號(hào)與實(shí)物圖第4章 整機(jī)工作原理首先由電源電路將220V交流電經(jīng)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓步驟輸出穩(wěn)定的12V直為后面的主控電路提供工作電壓。當(dāng)光敏電阻R5受到光照時(shí)，其內(nèi)阻變小，555定時(shí)器的2腳和6腳電壓高于， 3腳輸出

19、低電平，繼電器觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，燈不亮。當(dāng)光敏電阻R5得不到光照或光照微弱時(shí)，其內(nèi)阻變大，555定時(shí)器的2腳和6腳電壓低于，3腳輸出高電平，繼電器線圈獲電觸點(diǎn)吸合，燈被點(diǎn)亮。為了防止繼電器斷開時(shí)產(chǎn)生較高的電動(dòng)勢(shì)而損壞555定時(shí)器，增加D6對(duì)電路加以保護(hù)。電容C5主要起延遲作用，比如類似閃電的突然閃亮造成瞬間燈滅的現(xiàn)象，防止了發(fā)光源以及電路的安全。D5可作為室內(nèi)的工作指示燈，以便知曉外部廣告燈箱的工作情況。綜上所述，本設(shè)計(jì)達(dá)到了廣告燈箱燈光白天自動(dòng)關(guān)閉，夜間自動(dòng)打開的功能。整機(jī)原理圖見附錄1。第5章 電路制作與調(diào)試5.1 電路的制作首先準(zhǔn)備元件與工具，仔細(xì)對(duì)比元件與元件清單有無差錯(cuò)，元件是非完好

20、，如其外表是否破損、功能是否正常等。檢查工具的是否齊全完整，如電烙鐵、萬用表是否工作正常，以及剪刀、鑷子等工具。再按照先對(duì)元器件引腳進(jìn)行整形，然后再按照小后大、先低后高的原則根據(jù)原理圖依次焊接，其中需掌握好焊接方法和時(shí)間，避免出現(xiàn)虛焊、橋接或元器件損壞等現(xiàn)象出現(xiàn)。特別注意在焊接集成電路時(shí)要先檢查型號(hào)、引腳位置是否符合要求。焊接時(shí)先焊邊沿的二只引腳，以使其定位，然后再?gòu)淖蟮接易陨隙轮饌€(gè)焊接。焊接好后先對(duì)照原理圖仔細(xì)觀察是否有錯(cuò)誤，然后再剪去多余長(zhǎng)度的引腳。5.2 電路的調(diào)試當(dāng)電路完成時(shí)切勿直接通電測(cè)試，以避免連接錯(cuò)誤產(chǎn)生事故。首先要仔細(xì)對(duì)照電路查看是否有誤，再根據(jù)原理用萬用表進(jìn)行測(cè)試，查看是否有非原理的短路、開路現(xiàn)象出現(xiàn)，在檢查完畢后可以通電測(cè)試。經(jīng)過測(cè)試電路可以完成設(shè)計(jì)的功能，制作完畢。結(jié)論隨著電子技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制電路在諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，在我們生活中也用到了很多方面，特別是光控?zé)艄饪梢哉f是應(yīng)用廣泛。在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，主要對(duì)廣告燈箱燈光自