傳感器課程設(shè)計之簡易光控?zé)舻脑O(shè)計

1、傳感器課程設(shè)計之簡易光控?zé)舻脑O(shè)計一、設(shè)計目的與要求1、 設(shè)計要求（ 1）初步掌握一般電子電路分析和設(shè)計的基本方法。 包括： 根據(jù)設(shè)計任務(wù)和 指標(biāo)，確定電路方案，通過設(shè)計計算選擇元器件，然后安裝電路，進行調(diào)試，對 結(jié)果進行分析，提出改進意見，寫出設(shè)計總結(jié)報告。（ 2）培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力和獨立分析、 解決問題的能力。 包括：查閱參考資料、 工具書，掌握電路調(diào)試的一般規(guī)律。（3）掌握電子電路的安裝、布線等基本技能。（4）更加熟練地掌握常用電子儀器的正確使用方法。2、設(shè)計目的利用光敏電阻設(shè)計一個簡易光控?zé)簦?當(dāng)用不透光的物體罩住光敏電阻時， LED燈亮；移去遮光物體時，紅色 LED發(fā)光二極管不會亮。二

2、、 設(shè)計任務(wù)1）2）3）4）5）6）傳感器的選型 電路設(shè)計 電路元器件的選擇 利用 Protel 繪制電路圖 焊接電路板 撰寫說明書三、編寫設(shè)計報告寫出設(shè)計的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有總結(jié)體會。摘要光控?zé)羰且环N能根據(jù)環(huán)境自動實現(xiàn)開燈關(guān)燈等功能的裝置。 它是居家照明系 統(tǒng)的主要組成部分，能夠給我們的生活帶來許多的方便。 光控?zé)舻膽?yīng)用范圍很廣， 例如安裝在樓道的走廊燈、 安裝在街道外的路燈等。 同時也達(dá)到了省電節(jié)能和延 長燈泡使用壽命的效果。 在本次設(shè)計中， 我們做到如下功能要求： 當(dāng)傍晚光強減 弱到一定程度的時候， 光敏電阻阻值增大， 由 555定時器接成的施密特觸發(fā)器輸 出高電平， 電路就

3、會自動點亮路燈； 當(dāng)早上光強增大到一定強度的時候， 光敏電 阻阻值減小，施密特觸發(fā)器輸出低電平，從而實現(xiàn)燈自動熄滅的功能 。關(guān) 鍵 詞：光敏電阻； 555 芯片；施密特觸發(fā)器；光控?zé)裟夸浌饪責(zé)粼?.1 光控?zé)舻囊饬x與背景1.2 設(shè)計思路與原光控?zé)綦娐返脑O(shè)計方案2.1方案的選擇和確定2.2元器件的選擇2.3主要原器件的介紹2.3.1 光敏電阻的介紹23 2 555芯片的介紹 2.3.3 發(fā)光二極管的介紹總電路設(shè)計3.1 3.23.33.4光控開關(guān)原理模塊電路仿真和分析電路板的制作及調(diào)試4.1電路板的制作4.2測試結(jié)果結(jié)束語參考文獻(xiàn)1010101111121、光控?zé)粼?.1 光控?zé)舻囊饬x與背景

4、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， 人類有意識的米用各種方法改進它， 以適應(yīng)我們?nèi)粘Ｉ畹母?種需要。用光控開關(guān)來代替路燈開關(guān)、 住宅小區(qū)的樓道上的開關(guān)， 只有在光線不 足時燈會自動點亮， 白天光線充足時不會亮， 可以達(dá)到節(jié)能的目的。 同時光控電 路具有電路簡單， 制作容易， 工作可靠的特點， 可廣泛應(yīng)用于各種樓房走廊的照 明設(shè)備。1.2 設(shè)計思路與原理 米用光敏電阻來感受外界光的強弱并利用電路將其轉(zhuǎn)化為電信號， 由電信號的變化利用 555 定時器接成的施密特觸發(fā)器改

5、變輸出電壓， 從而改變發(fā)光二極管 兩端的電壓， 進而控制了燈的亮滅。 此設(shè)計也可以看做是一個用發(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)光二極管是熄滅的， 沒有光照的時候，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，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)計方案2.1.1 方

6、案的選擇方案一：米用BJT光控開關(guān)模塊及LED顯示模塊如圖1所示，光控模塊包括檢測電路，BJT光控開關(guān)模塊及LED顯示模塊。 檢測電路通過電路中的光敏電阻，從而使 BJT 光控開關(guān)處于要求的狀態(tài)，從而 使電路能夠通過照明燈開關(guān)對光線強弱的感應(yīng)控制照明燈的亮滅： 光控照明燈白 天自動關(guān)閉照明燈；當(dāng)黃昏光線變暗時，點亮照明燈。此處用 LED 燈實現(xiàn)燈亮 滅的自動控制。方案二：采用三極管和繼電器控制開關(guān)模塊RL為光敏電阻器,在外界照明度強時光敏電阻呈低電阻,電流通過R1使VT1 飽和導(dǎo)通,這樣使VT2截止,VT3導(dǎo)通，VT4截止,這樣以來繼電器K不動作,燈 EL不亮.當(dāng)外界照明昏暗時，RL的阻值開始

7、變大,使得VT1截止,VT2導(dǎo)通,VT3截 止,VT4導(dǎo)通,K得電吸合,其常開觸點K1閉合,燈EL點亮發(fā)光.圖2光控電路方案三：采用555集成電路的簡易光電控制器當(dāng)光照到光敏電阻時，其電阻變小，使 6腳和2腳的電壓變大，經(jīng)過555 芯片，由555的原理可知，從輸出管腳3輸出低電平，此時發(fā)光二極管不能導(dǎo)通， 是滅的；當(dāng)沒有光照時，其電阻變大，使得 6腳和2腳的電壓變小，經(jīng)過 555 芯片，由555的原理可知，從輸出管腳3輸出高電平，此時發(fā)光二極管導(dǎo)通，燈 亮。如下電路圖3：2.1.2方案的確定考慮到設(shè)計的難度、實現(xiàn)的難度、成本以及調(diào)試的難度，我們選擇方案三。 而且這個方法比較簡單，又實用， 所以

8、我利用所學(xué)的數(shù)字電路方法，力 為今后的學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備，采取一種最簡 555集成電路的簡易光電控制器。又由于我們已經(jīng)學(xué)了數(shù)字電路和模擬電子電路, 能充分體現(xiàn)出我們對所學(xué)知識的掌握程度。求從簡單的基礎(chǔ)知識中學(xué)到更多的東西， 單的方式實現(xiàn)光控電路的設(shè)計一一即采用 2.2 元器件的選擇發(fā)光二極管1只；（四只）4.7K、1K、15.5K、10K 各一只;2.3主要原器件的介紹2.3.1光敏電阻的介紹I: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555 芯片（NE555P 1

9、 只; 電容 1 只（0.01uF）； 光敏電阻（5576）1只； 可調(diào)電阻10K 1只； 電阻導(dǎo)電，在外加電場的作用下作漂移運動， 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弱而 改變的電阻器；在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá) 1-10M歐,在強光條件（100LX下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻的伏安特性曲線如下:光敏電阻電壓yV23 2 555 芯片的介紹向 E m £!_V« 十 4y) ca5$sJGNTD % Vq 忑U國口I可I555定時電路是一種雙極型的

10、時基集成電路,工作電源為4.5V 18V,輸出電 流為200mA工作可靠。它含有兩個電壓比較器，一個基本RS觸發(fā)器，一個放電開關(guān)T,比較器的參考電壓由三只5KQ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)輸入信號輸入并超過了 2/ 3VCC時，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時 放電，開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號自2腳輸入并低于1 / 3Vcc時，觸發(fā)器置位，555 的3腳輸出高電平，同時放電，開關(guān)管截止。Rd是復(fù)位端，當(dāng)其為0時，555輸

11、出低電平。平時該端開路或接 Vcc。Vco是控制電壓端（5腳），平時輸出2 /3Vcc作為比較器A1的參考電平， 當(dāng)5腳接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另一種 控制，在不接外加電壓時，通常接一個 0.01 uF的電容器到地，起濾波作用，以 消除外來的干擾，確保參考電平的穩(wěn)定。將給于腳7的電容器提供低阻放電電路。T為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時，2.3.3 發(fā)光二極管的介紹LEO站片*図星發(fā)光二極管簡稱為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)合時能輻射出可見光， 因而 可以用來制成發(fā)光二極管。圖J它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能 轉(zhuǎn)化成光

12、能；發(fā)光二極管與普通二極管一樣 是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦浴?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)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。3、總電路設(shè)計3.1電路功能模塊圖如下圖所示，總體設(shè)計是通過電源電路為檢測電路提供合適的工作電壓。根 據(jù)不同的光線強弱，作用于檢測電路的光敏電阻中，從而實現(xiàn)555集成電路一施密特觸發(fā)器光控開關(guān)，最終通

13、過 LED燈顯示出相應(yīng)的結(jié)果。圖1電路功能框圖3.2電源模塊原理選用電腦USB口 4.5-5.5V電源作為整個電路的供電電源，USB接口共有4根線路如圖3.22b2£s3CAD圖3.2 USB接口電路其中1、4線為電源的VCC和GND2、3為數(shù)據(jù)傳輸線，可直接引出1、4作為電源的VCC和GND使用。3.3光控開關(guān)原理模塊通過以上方案的比較和選擇，我們最終選擇方案三作為我們的電路設(shè)計圖(見圖3)。其中我們將555定時器的TH和TR引腳接在一起作為輸入，便搭成 了施密特觸發(fā)器構(gòu)成開關(guān)控制的模塊。具體連接圖如下：0.0156 2 V V1)當(dāng)0 Vi Vcc 時，由上表,當(dāng)-Vcc32)2

14、ViVcc時，Vc333)當(dāng)Vi-Vcc 時，VC110,VC2F面具體來看:1,VC2 1,Vo保持不變；11,Vo0；Vci1,Vc20,Vo1；再看從3Vcc下降的過程。1 21）當(dāng) 3Vcc V 3Vcc 時，Vci 1Vc2 1，Vo 0；2）當(dāng) 0 V 3VCC 時，VC1 1,VC2 0,VO 1；由上面的分析，可以畫出如下輸入輸出特性曲線:寸陀0施密特觸發(fā)器輸出特性可見，這是典型的斯密特觸發(fā)器工作狀態(tài)圖。它的回差電壓 2Vcc Vcc Vcc。利用這點，我們可以很好的實現(xiàn)光控的回差特性。3333.4電路仿真和分析我們利用Proteus畫出圖3仿真電路圖。當(dāng)光源靠近光敏電阻時，燈

15、不亮； 當(dāng)光源遠(yuǎn)離光敏電阻時，燈亮。4電路板的制作及調(diào)試4.1電路板的制作；V良如搭人尿.mm I3 -0上圖為我們焊接制作的電路板。4.2 測試結(jié)果電路板制作完成后要進行測試， 使其滿足要求。 我們測得光敏電阻的亮電阻阻值約為0.3K，最小暗電阻約為4K。根據(jù)施密特觸發(fā)器的特性，我們?nèi) R 2 （R2 RV1）；其中RV1為滑動變阻器，R為光敏電阻的阻值。調(diào)節(jié)滑 動變阻器的阻值可以調(diào)節(jié)光控?zé)舻撵`敏度。當(dāng)用手捂著光敏電阻時（即光強變暗） ，光敏電阻阻值增大，施密特觸發(fā)器 輸出高電平，燈亮；松開手時（即光強變亮）光敏電阻阻值減小，施密特觸發(fā)器 輸出低電平，燈熄滅。這跟我們所期望的現(xiàn)象很相符。5

16、 結(jié)束語在本次傳感器課程設(shè)計中，我們的課題是“簡易光控?zé)粼O(shè)計” 。這是一種光 照控制照明燈。采用光敏電阻來感受外界光的強弱并利用電路將其轉(zhuǎn)化為電信 號，由電信號的變化利用 555 定時器接成的施密特觸發(fā)器改變輸出電壓， 從而改 變發(fā)光二極管兩端的電壓， 進而控制了燈的亮滅。 即實現(xiàn)了如下功能： 當(dāng)光線較 強時，在光敏電阻檢測下，施密特觸發(fā)器輸出低電平，燈泡不亮；當(dāng)光照強度較 暗時，經(jīng)光敏電阻調(diào)節(jié)，施密特觸發(fā)器輸出高電平，燈泡自動發(fā)亮。此次的課程設(shè)計使我對光控?zé)艨刂破鞯墓ぷ髟砑肮ぷ魈攸c都有了進一步的 了解，并對有關(guān)的知識有了更進一步的掌握， 對它的性能和特點也有了更全面的 把握，明白了很多關(guān)于

17、它的很多理論和實踐知識， 其電路結(jié)構(gòu)簡單， 工作性能穩(wěn) 定，功能容易實現(xiàn)，其可由常用的電子元器件構(gòu)成，因此成本較低。在此基礎(chǔ)上 也確實存在著一些問題與不足， 比如負(fù)載的性能穩(wěn)定問題， 光敏電阻的敏感性問 題。本次的光控自動照明燈的設(shè)計將我們所學(xué)知識應(yīng)用于實踐，深化了對數(shù)字電 路設(shè)計、和模擬電子設(shè)計的認(rèn)識， 使我們在設(shè)計的實踐中獲得新知。 通過兩周的 理論知識的復(fù)習(xí)和課設(shè)的實踐操作，使我對本專業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域有了更全面的認(rèn) 知。在老師耐心指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下， 讓我學(xué)會了分析電路、 設(shè)計電路的步驟以 及計算機輔助作圖等。 在此設(shè)計中利用 555定時器原理和光敏效應(yīng)， 讓我們進一 步鞏固和掌握前面所學(xué)的

18、基礎(chǔ)知識， 加深對模擬電路、 數(shù)字電路的理解， 對元器 件的使用更加清楚。通過兩周的設(shè)計， 我們學(xué)會了更多的專業(yè)知識， 而且在遇到困難時， 我們都 積極地看教材，去圖書館查閱資料，去網(wǎng)上搜索相關(guān)信息，直至把每一個細(xì)節(jié)， 每一個原理都搞清楚弄明白為止， 大大增強了我們的自學(xué)能力以及團隊的合作能 力。同時我也要感謝老師在課程設(shè)計上給予我們的指導(dǎo)、 支持和幫助， 這是我們 能順利完成這次課設(shè)的主要原因， 尤其是老師對于技術(shù)上的指導(dǎo)， 讓我們能把系統(tǒng)做得更加完善。在此期間，我學(xué)到了許多新的知識，而且也開闊了視野，提高 了自己的設(shè)計能力。 我也要感謝幫助過我的同學(xué)們， 他們也為我解決了不少設(shè)計 上的難題。同時也感謝學(xué)院為我提供良好的做課程設(shè)計的環(huán)境。6 參考文獻(xiàn)1234梁福平. 傳感器原理及檢測技術(shù) . 武