光控開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)

1、成績(jī) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書題 目： 光控開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì) 課程名稱： 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 學(xué) 院： 電子信息與電氣工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 201102010063 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化2011級(jí)2班 指導(dǎo)教師： 楊欣 2013年6月7日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書設(shè)計(jì)題目光控開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)學(xué)生姓名王禎宇所在學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院專業(yè)、年級(jí)、班自動(dòng)化2011級(jí)2班設(shè)計(jì)要求：1、設(shè)計(jì)制作一個(gè)光控開(kāi)關(guān)電路；2、用光敏二極管作為感光元件；3、通過(guò)電位器調(diào)節(jié)感光靈敏度；4、當(dāng)光線低于設(shè)定值時(shí)，輸出繼電器動(dòng)作，LED燈亮。學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)光控開(kāi)關(guān)邏輯電路設(shè)計(jì)，并利用Multisim軟件進(jìn)行電路仿真。利

2、用Altium Designer軟件繪制電路原理圖，并設(shè)計(jì)制作電路的PCB板。根據(jù)設(shè)計(jì)原理對(duì)電路進(jìn)行安裝調(diào)試，完成課程設(shè)計(jì)工作，并提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。參考文獻(xiàn)：1 童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2005.2 秦長(zhǎng)海，張?zhí)禊i，翟亞芳.數(shù)字電子技術(shù)M.北京：北京大學(xué)出版社，2012.3 邱關(guān)源，羅先覺(jué).電路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.4 閻石.數(shù)字電子技術(shù)（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005.5 谷樹忠，劉文洲，姜航Altium Designer教程M.北京：電子工業(yè)出版社，2010.工作計(jì)劃：5月27日29日完成原理圖的設(shè)計(jì)；5月29日31日進(jìn)行PCB

3、設(shè)計(jì)；6月3日號(hào)4日制作PCB板；6月5日7日電路板安裝與調(diào)試，提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。任務(wù)下達(dá)日期：2013 年 5 月27日任務(wù)完成日期：2013 年 6 月 7 日 指導(dǎo)教師（簽名）： 學(xué)生（簽名）：光控開(kāi)關(guān)電路摘 要：此光控?zé)綦娐肥腔诠怆妭鞲衅魈匦缘幕A(chǔ)上而設(shè)計(jì)的。該光控開(kāi)關(guān)由光控部分，開(kāi)關(guān)部分，LED燈三部分組成。當(dāng)自然光的亮度（或人為亮度）發(fā)生改變時(shí)，光控?zé)魧㈦S著“開(kāi)”和“關(guān)”。適合作為街道、宿舍走廊或其它公共場(chǎng)所照明燈，起到日熄夜亮的控制作用，以節(jié)約用電。它具有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，適合于各種樓房走廊的照明設(shè)備，降低能耗，節(jié)約能源。關(guān)鍵詞：光敏二極管；電壓比較器

4、；繼電器；晶體三極管目 錄1.設(shè)計(jì)背景11.1滿足現(xiàn)實(shí)生活需求11.2適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展12.設(shè)計(jì)方案12.1可供選擇方案.12.2方案論證.23.方案的實(shí)施23.1原理圖的設(shè)計(jì)23.2PCB板的設(shè)計(jì)和制作43.3元器件的組裝與焊接63.4光控開(kāi)關(guān)的調(diào)試64.結(jié)果與結(jié)論64.1.光控開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)結(jié)果64.2.結(jié)論65.收獲與致謝76.參考文獻(xiàn)87.附件81. 設(shè)計(jì)背景1.1滿足現(xiàn)實(shí)生活需求在現(xiàn)代社會(huì)現(xiàn)實(shí)生活中我們無(wú)時(shí)無(wú)刻不在使用這電燈，現(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種各樣的燈，比如：白熾燈，節(jié)能燈，彩燈等等，但是不論如何都少不了控制這些燈的開(kāi)關(guān)。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)可行性的開(kāi)關(guān)顯的尤為的重要。本次設(shè)計(jì)就是為了滿足現(xiàn)實(shí)

5、生活的需求而設(shè)計(jì)的光控開(kāi)關(guān)。1.2適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展傳統(tǒng)式開(kāi)關(guān)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代生活。在現(xiàn)代社會(huì)很多地方夜晚需要長(zhǎng)明燈，比如一些公共場(chǎng)所，一些生產(chǎn)車間。如果這些地方使用傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)很可能產(chǎn)生夜晚開(kāi)燈之后，等到白天的時(shí)候就會(huì)忘記關(guān)燈而造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。還有在一些生產(chǎn)過(guò)程中，我們能把這些光控開(kāi)關(guān)當(dāng)做報(bào)警裝置的一部分。當(dāng)人手觸碰到那些危險(xiǎn)區(qū)域之前，由于人手的遮光而使得光線變暗而觸發(fā)開(kāi)關(guān)產(chǎn)生報(bào)警。因此我們的光控開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)是很有必要很有意義的一件事。2. 設(shè)計(jì)方案2.1可供選取方案： 方案一： 用µA741與光敏二極管構(gòu)成光控部分 通過(guò)改變µA741的正向與反向輸入

6、電壓的不同使µA741的輸出端輸出穩(wěn)定的高電平或低電平從而使8050晶體三極管導(dǎo)通或截止來(lái)控制繼電器的錫合與斷開(kāi)。 方案二： 用555定時(shí)器構(gòu)建單穩(wěn)態(tài)電路與光敏二極管夠成光控部分用555定時(shí)器構(gòu)建的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器同樣能輸出穩(wěn)定的高電平或低電平從而使8050晶體三極管導(dǎo)通或截止來(lái)控制繼電器的錫合與斷開(kāi)。2.2方案的論證和選?。河?#181;A741與光敏二極管構(gòu)成的光控電路部分，電路結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單可行，現(xiàn)實(shí)情況更容易制作。因此，通過(guò)比較最終方案選用方案一。3. 方案實(shí)施3.1原理圖的設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)原理：光敏二極管也叫光電二極管，光敏二極管與半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的，其管芯是一個(gè)具有光敏特征

7、的PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時(shí)需加上反向電壓。無(wú)光照時(shí)，有很小的飽和反向漏電流，即暗電流，此時(shí)光敏二極管截止。當(dāng)受到光照時(shí)，飽和反向漏電流大大增加，形成光電流，它隨入射光強(qiáng)度的變化而變化，此時(shí)光敏二極管導(dǎo)通。因此可以通過(guò)改變光照的強(qiáng)度來(lái)控制µA741正向和反向輸入端電壓的變化使正向和反向輸入電壓產(chǎn)生電壓差，從而使µA741輸出一個(gè)穩(wěn)定的高電平或低電平，使8050晶體三極管導(dǎo)通或截止，既而使繼電器錫合和斷開(kāi)，而控制LED燈的亮與滅。元器件的選取通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)原理的分析可以選取以下元器件表3.1 元器件表電阻10k2個(gè)光敏二極管1個(gè)小電位器1個(gè)µA7411個(gè)8050

8、1個(gè)5v固態(tài)繼電器1個(gè)LED燈1個(gè)1N40071個(gè)用Mltisim仿真軟件仿真原理圖及分析如下：圖3.1 無(wú)光照是LED燈變亮圖3.2 有光照時(shí)LED燈變滅上面圖1，圖2分別用Multisim仿真軟件模擬了有光和無(wú)光時(shí)LED燈的變化情況。由于仿真軟件無(wú)法模擬出光照強(qiáng)度的變化，我們選用滑動(dòng)變阻器R2來(lái)代替光敏二極管。上圖3.1與圖3.2中由電阻R1和滑動(dòng)變阻器R2共同分得VCC的5V電壓，電阻R4和滑動(dòng)變阻器R3共同分得VCC的5V電壓。µA741 的正向輸入電壓取自滑動(dòng)變阻器R3，反向輸入電壓取自電阻R1。通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R3能改變此光控開(kāi)關(guān)的靈敏度。從µA741 的輸出

9、端接一個(gè)保護(hù)電阻R5再接入到8050晶體三極管的基極。8050晶體三極管的發(fā)射極接地，集電極通過(guò)整流二極管1N4007與電源VCC相連構(gòu)成通路。5V固態(tài)繼電器的一端與8050晶體三極管的集電極和VCC相連，另一端與LED燈相連。當(dāng)無(wú)光照時(shí)，由于光敏二極管反向接在電路中，因?yàn)楣饷舳O管具有單向?qū)щ娦裕瑹o(wú)光照時(shí)光敏二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，用滑動(dòng)變阻器代替光敏二極管時(shí)，即通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電阻變大，使滑動(dòng)變阻器分得的VCC的電壓變多，從而使得R1上分得的電壓變少，既而使得µA741 反向輸入端的電壓變小。當(dāng)反向輸入端的電壓變的小于正向輸入端的電壓時(shí)，如圖1中µA741 正向輸入端電

10、壓為4.284V，反向輸入端電壓為3.125V時(shí)，µA741 電壓比較器的輸出為高電平4.118V。（只要µA741的反向輸入端電壓小于正向輸入端的電壓，電壓比較器的輸出恒為高電平4.118V。）由于µA741 的輸出為高電平4.118V足以是8050晶體三極管導(dǎo)通。從而使5V固態(tài)繼電器錫合相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合而使LED燈導(dǎo)通發(fā)光。當(dāng)有光照時(shí)，光敏二極管由于受到光照產(chǎn)生光電流，用滑動(dòng)變阻器反映出來(lái)即是滑動(dòng)變阻器R2的阻值變小。即可通過(guò)滑動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片使其阻值變小，便能模擬出光敏二極管受光照時(shí)的變化。當(dāng)滑動(dòng)變阻器R2電阻變小時(shí)，R2上分得的電壓變小，即固體電阻R1上分

11、得的電壓變大，即µA741的反向輸入端的電壓變大。當(dāng)µA741反向輸入端的電壓比正向輸入端的電壓大，即上圖2中µA741的正向輸入電壓4.286V，反向輸入電壓4.717V時(shí)，µA741的輸出變?yōu)榈碗娖?81.772mV。（只要µA741的反向輸入電壓大于正向輸入電壓，其輸出恒為低電平881.772mV）由于從µA741 輸出的低電平不足以使8050晶體三極管導(dǎo)通。因此不能使得5V固態(tài)繼電器錫合，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)而不能使LED燈導(dǎo)通，所以LED燈變滅。3.2板的設(shè)計(jì)和制作PCB元原理圖的繪制首先根據(jù)multisim軟件的仿真原理圖用Al

12、tium designer09軟件繪制出制作PCB板的原理圖3.3如下：圖3.3 PCB板的原理圖PCB板原理圖的導(dǎo)入用Altium designer09軟件將PCB原理圖導(dǎo)入到PCB如下圖3.4：圖3.4 PCB圖PCB設(shè)計(jì)規(guī)格見(jiàn)，附件表PCB板的轉(zhuǎn)印、腐蝕、打孔在PCB轉(zhuǎn)印和腐蝕的時(shí)候切記不能把上邊的油墨線碰掉，否則會(huì)造成銅線的斷開(kāi)而導(dǎo)致PCB的制作失敗。在打孔的過(guò)程中要把握打孔的大小和方位，稍有錯(cuò)誤就能導(dǎo)致制版的失敗3.3元器件的組裝與焊接在元器件的組裝過(guò)程中要分清楚各個(gè)電阻的阻值大小，1N4007整流二極管的組裝方向，以及µA741芯片的安裝方向要安裝正確，光敏二極管和LED

13、燈的安裝要分清楚正負(fù)極。在焊接元器件的時(shí)候要注意不要產(chǎn)生虛焊，由于某些元器件的焊盤之間的距離過(guò)小，在焊接的過(guò)程中要小心焊接不能讓兩個(gè)焊盤連接產(chǎn)生短路。3.4光控開(kāi)關(guān)的調(diào)試元器件的安裝和焊接完成以后要對(duì)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)試，在調(diào)試的過(guò)程中，要注意電源電壓不能太高（電壓在5V到6V之間），電壓過(guò)高會(huì)導(dǎo)致晶體三極管的擊穿而使整個(gè)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品報(bào)廢。調(diào)試過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R3的阻值來(lái)調(diào)節(jié)光控開(kāi)關(guān)的靈敏度。如果滑動(dòng)變阻器R3的阻值過(guò)大可能導(dǎo)致光控開(kāi)關(guān)的靈敏度過(guò)低，而使光控開(kāi)關(guān)不能工作。通過(guò)調(diào)試要找到一個(gè)合適的臨界點(diǎn)，使所設(shè)計(jì)的光控開(kāi)關(guān)工作恰到好處。4. 結(jié)果與結(jié)論4.1光控開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)結(jié)果本次課程設(shè)計(jì)，成功

14、設(shè)計(jì)出光控開(kāi)關(guān)，并且成功組裝和焊接，通過(guò)調(diào)試，能使所設(shè)計(jì)光控開(kāi)關(guān)工作。但是，工作狀態(tài)不是太穩(wěn)定，出現(xiàn)了有時(shí)不會(huì)工作的情況。4.2結(jié)論本次設(shè)計(jì)通過(guò)Multisim仿真軟件，仿真出在理想狀態(tài)下所設(shè)計(jì)的電路能正常的工作，在仿真軟件上能夠通過(guò)改變滑動(dòng)電阻器R2的阻值來(lái)模擬光電二極管在有光照和無(wú)光照的情況下的工作狀態(tài)，來(lái)控制LED燈的亮與滅。但是在現(xiàn)實(shí)情況下所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品卻不能正常工作。所以可以看到電子元件在理想狀態(tài)和現(xiàn)實(shí)狀態(tài)下工作是有很大的差別的。5. 收獲與致謝本次課程設(shè)計(jì)，我們歷時(shí)兩周，在這次課程設(shè)計(jì)之前我們老師就給我們說(shuō)過(guò)讓我們提前為這次課程設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備，所以在這次課程設(shè)計(jì)開(kāi)始之前我們就想好了自己要

15、設(shè)計(jì)的課題，也為此做了相應(yīng)的準(zhǔn)備。本次設(shè)計(jì)開(kāi)始之前準(zhǔn)備的時(shí)候感覺(jué)設(shè)計(jì)的課題沒(méi)有多大的難度，因?yàn)樽约盒南胫鞣N元器件的功能自己已經(jīng)了解，設(shè)計(jì)光控開(kāi)關(guān)的原理自己在心里也很清楚，想到這次的課程設(shè)計(jì)應(yīng)該不會(huì)有太大的困難。但是當(dāng)課程設(shè)計(jì)開(kāi)始之后發(fā)現(xiàn)事實(shí)情況并沒(méi)有自己想象的那么容易。首先，在用Multisim仿真軟件進(jìn)行電路仿真的時(shí)候我們就遇到了困難。在用Multisim軟件仿真的時(shí)候我們無(wú)法模擬出光照強(qiáng)度的變化，也就是說(shuō)我們無(wú)法用光敏二極管來(lái)進(jìn)行電路的仿真，最后在楊欣老師的幫助下我們選擇了用滑動(dòng)變阻器來(lái)代替光敏二極管，從而解決了這個(gè)問(wèn)題。其次我們?cè)谶M(jìn)行PCB板制作的時(shí)候，我們也遇到了困難，在進(jìn)行轉(zhuǎn)印的時(shí)

16、候我們總是轉(zhuǎn)印失敗，失敗一次就得請(qǐng)老師打印一次電路圖。最終我們?cè)谑×藘纱蔚那闆r下成功的制作出了一個(gè)光控電路的PCB板子。本次課程設(shè)計(jì)，我最大的收獲就是通過(guò)自己反復(fù)的查閱資料，反復(fù)的翻看課本對(duì)各個(gè)以前自己自認(rèn)為已經(jīng)掌握的知識(shí)有了更深層次的認(rèn)識(shí)，對(duì)各種元器件的用法有了更深的了解。而且通過(guò)電路的仿真與PCB板的制作我對(duì)Multisim仿真軟件和Altium Designer軟件的功能和操作有了更加熟悉的掌握。今天我已明白課程設(shè)計(jì)對(duì)我來(lái)說(shuō)的意義，它不僅僅是讓我們把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力，更重要的是同學(xué)間的團(tuán)結(jié)合作精神才能更好的克服困難。這本次課程設(shè)計(jì)過(guò)

17、程中，我首先要向要向我們的指導(dǎo)老師，楊欣老師表示感謝，沒(méi)有他認(rèn)真負(fù)責(zé)的指導(dǎo)我們不可能那么順利的完成本次課程設(shè)計(jì)。再者我要感謝我的隊(duì)友，沒(méi)有我們的共同合作就沒(méi)有我們的設(shè)計(jì)成果。還有要感謝學(xué)校給我們提供了這次課程設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，放心的給我們提供了那么多的實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及設(shè)計(jì)所需的各種元器件和材料，讓我們來(lái)完成這次課程設(shè)計(jì)。6. 參考文獻(xiàn)1 童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2005.2 秦長(zhǎng)海，張?zhí)禊i，翟亞芳.數(shù)字電子技術(shù)M.北京：北京大學(xué)出版社，2012.3 邱關(guān)源，羅先覺(jué).電路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.4 閻石.數(shù)字電子技術(shù)（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005.5 谷樹忠，劉文洲，姜航Altium Designer教程M.北京：電子工業(yè)出版社，2010.7. 附件表7.1電源線和接地線線寬0.6mm若電源線和接地線從兩個(gè)焊盤間穿過(guò)線寬0.3mm焊盤內(nèi)徑0.9mm焊盤外徑X：2.0mm Y：1.6mm 表7.2 材料清單電阻10k2個(gè)電阻5.1k1個(gè)小電位器100k1個(gè)µA7411片80501個(gè)1N40071個(gè)5V固態(tài)