光控照明電路課程設(shè)計(共15頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電子技術(shù)課程設(shè)計報告題目：光控照明電路目錄一、引言當電器照明使得人類活動的時域、空域大為延伸時，人類的文明和一切活動都已離不開照明，然而過量的照明不僅大量消耗量了能源，加重了能源的浪費，而且給環(huán)境污染雪上加霜。據(jù)統(tǒng)計，世界各國照明用電占總發(fā)電量的12% 14% ，因此，照明自然成為節(jié)能的重要目標。目前我國照明自控裝置的開發(fā)水平扔落后于發(fā)達國家，另外各地照明仍存在許多能源浪費的現(xiàn)象，因此，研究節(jié)能、環(huán)保的照明控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。二、總體電路1. 總體電路2. 工作過程簡述 照明主電路穩(wěn)壓電源電路照明控制電路220V電路主要由三部分組成，第一部分是照明主電路，是系

2、統(tǒng)的主體，由多個照明燈組成，燈的額定電壓為220V交流供電；第二部分是穩(wěn)壓電源電路，為照明控制電路提供12V的直流穩(wěn)壓電源；第三部分是照明控制電路，它是整個照明電路的核心，根據(jù)環(huán)境的明暗程度來控制燈的開啟和關(guān)閉。如上圖，圖1所示，主電路中有兩個開關(guān)K和S ，K是控制電路中繼電器K的隨動開關(guān)；而S是手動開關(guān)。當環(huán)境比較明亮不需要照明時，控制電路中的運算放大器輸出低電平，晶體管無輸入偏流而截至，繼電器線圈無電流流過，開關(guān)K處于斷開狀態(tài)，燈不亮；當環(huán)境昏暗需要照明時，運算放大電路輸出高電平，晶體管飽和導通，繼電器線圈有電流流過，隨動開關(guān)K閉合，燈被點亮。三、電路工作原理與仿真結(jié)果 1. 電路元器件的

3、工作原理 1) 光敏電阻器光控照明電路的制作主要是利用半導體光電器件光敏電阻的特性制作而成的。光敏電阻器是一種非常成熟的傳感器，也叫環(huán)境光探測器。光敏電阻器是利用半導體的光電效應(yīng)制成的一種電阻隨著光照強弱而改變的電阻器，入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。它利用光線的強弱來控制照明開關(guān)的動作，動作點可根據(jù)實際光線的強弱調(diào)節(jié)，運行時無需人工操作，避免了人工操作開關(guān)不及時等不利因素，因而有效的節(jié)約了電能。光敏電阻器一般都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當它收到光的照射時，半導體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子空穴對，參與導電，是電路中電流增強，呈現(xiàn)低阻特性。根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電

4、阻器：紫外光敏電阻器、紅外光敏電阻器、可見光光敏電阻器。本次采用的是可見光光敏電阻器。包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。這里的光敏電阻RG 選用的是MG型可見光光敏電阻器。MG型光敏電阻器是利用硫化鎘光電效應(yīng)制成的，具有靈敏度高、性能較穩(wěn)定、體積小以及價格低廉等特點，所適用的可見光光譜范圍為0.4 0.76m。型號參數(shù)最高工作電壓/V額定功率/mW亮電阻/k暗電阻/M時間常數(shù)/s溫度范圍/外徑尺寸/mm封裝形式M40 +705樹脂封裝2) 微調(diào)電位器微調(diào)電位器是可以自由調(diào)節(jié)電阻值的半固定電位器。一般用在經(jīng)過一次設(shè)定后就不再需要變

5、動的用途上。所以被安置在機器的內(nèi)部，使其不會被輕易觸碰到。3) 濾波電容安裝在整流電路兩端用以降低交流脈動波紋系數(shù)提升高效平滑直流輸出的一種儲能器件，通常把這種器件稱其為濾波電容。濾波電容具有電極性，亦稱其為電解電容。電解電容的一端為正極，另一端為負極，正極端連接在整流輸出電路的正端，負極連接在電路的負端。在所有需要將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電路中，設(shè)置濾波電容會使電子電路的工作性能更加穩(wěn)定，同時也降低了交變脈動波紋對電子電路的干擾。濾波電容在電路中的符號一般用“C表示，電容量應(yīng)根據(jù)負載電阻和輸出電流大小來確定。當濾波電容達到一定容量后，加大電容容量反而會對其他一些指標產(chǎn)生有害影響。4) 直流繼電

6、器 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)(又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。5) 晶體管 晶體管是一種固體半導體器件，具有檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號調(diào)制等多種功能。晶體管作為一種可變電流開關(guān)，能夠基于輸入電壓控制輸出電流。與普通機械開關(guān)（如Relay、switch）不同，晶體管利用電訊號來控制自身的開合，而且開關(guān)速度可以非常快，實驗室中的切換速度可達100GHz以上。6) 三端集成穩(wěn)壓器 W7812為三端固定正12V輸入的集成穩(wěn)壓器,7812

7、引腳圖如下圖所示. 7812主要參數(shù)有：輸出直流電壓U0+12V，輸出電流L:0.1A，M:0.5A，電壓調(diào)整率10mV/V，輸出電阻R00.15，輸入電壓UI的范圍1535V 。因為一般UI至少要比U0大V ，但最大不能超過35V，才能保證集成穩(wěn)壓器工作在線性區(qū)。7812的輸入輸出端連接電容的目的是1.濾波，慮除交流噪聲是輸出電流更平穩(wěn)；2.提供儲備電流，當需要突發(fā)大電流時變壓器不夠用時電解電容可以補充瞬間的不足。2. 電路工作原理1) 電源電路設(shè)計（圖2） 工作原理 接通電源，220V交流電經(jīng)過變壓器降壓后，再經(jīng)橋式整流電路整流，最后經(jīng)W7812三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，輸出12V直流電壓。變壓

8、器選用220V/15V,8W小型優(yōu)質(zhì)電源變壓器，由于該變壓器要長久處于通電狀態(tài)，所以要求該變壓器在通電期間不發(fā)熱，做到經(jīng)久耐用。VD1VD4選用1N4001（1A/55V）型硅整流二極管；C1為濾波電容選用220F電解電容；C0為集成穩(wěn)壓輸入電容，起作用是用來抵消輸入端引線過長產(chǎn)生的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。這里取0.33F；CL是輸出電容，用來改善輸出端的暫態(tài)響應(yīng)，使得瞬時增減負載電流時不至于引起輸出電壓較大的波動，以削弱電路的高頻噪聲，這里取0.1F。該電路在輸出端輸出穩(wěn)定的直流電壓12V. 電路仿真a. 單向全波整流濾波 本次試驗采用220V/15V的小型優(yōu)質(zhì)電源變壓器，為控制電路提供

9、穩(wěn)定的15V電壓，VD1VD4選用1N4001（1A/55V）型硅整流二極管；C1為選用220F電解電容,起到濾波作用，從仿真圖中可以看到，經(jīng)過濾波后，電壓變?yōu)?5.28V 。照明電路仿真圖中，繼電器兩端連接著控制電路，當白天的時候，控制電路中的電流為1.132mA，未達到繼電器工作電流，故開關(guān)斷開，燈泡不亮。當黑夜時，電流變?yōu)?1.72mA，超過了繼電器的工作電流，故開關(guān)閉合，照明電路接通，燈泡亮。2) 光控電路的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(圖3) 工作原理 光控電路的目的是保證基礎(chǔ)照明設(shè)施在白晝時自動停止工作，而在天黑時自動開始工作，負責照明。這樣不但節(jié)約了能源，避免長明燈現(xiàn)象，又節(jié)約了人力，還節(jié)省了照

10、明電路的開關(guān)設(shè)施?；谶@樣的目的，照明設(shè)備的開關(guān)時刻無需特別精確。因此，根據(jù)實際需要，選擇如圖3所示的控制電路，該電路結(jié)構(gòu)簡單，成本價格低廉，這本身就順應(yīng)了節(jié)能的初衷。 運算放大器和R2、R3、R4、VS構(gòu)成滯回比較器，12V電壓經(jīng)過R5、RP2分壓為運算放大器的同相輸入端提供一個參考電壓UREF 則同相輸入端的點位U+為 顯然，滯回比較器的兩個閾值電壓為由于運算放大器是單電源供電，所以其輸出的最小值為0V，這樣RG為光敏電阻，其阻值隨著外界光照的強弱而變化，當光照強烈時，呈現(xiàn)低電阻；沒有光照時，呈現(xiàn)高阻值。當U1U2時，晶體管VT截止，繼電器K不動作，燈不亮；當外界照明昏暗時，RG的組織開始

11、變大，U1點電位降低，當達到U1UT2時，運算放大器輸出高電平，晶體管VT飽和導通，繼電器線圈K得電，其常開接觸點K吸合，燈點亮發(fā)光。 為了提高抗干擾能力，電路中除了使用滯回比較器之外，R1、C3組成了阻容延時電路，可以吸收雷電等瞬間光線干擾。電路通過RP1、RP2可以調(diào)節(jié)燈在合適的光線下點亮和關(guān)閉，VD對繼電器起續(xù)流保護作用。 電路仿真a. 白晝不需要照明時的控制電路仿真圖 白晝環(huán)境下，光敏電阻的亮電阻較?。?10k）從仿真圖中看出，運算放大器的反向段電位為5.969V，高于同向短電位4.04V，其輸出為低電平，晶體管集電極電流很小，為1.132mA，晶體管截止，開關(guān)斷開，照明燈不亮。b.黑

12、夜需要照明時的控制電路仿真圖昏暗環(huán)境下，光敏電阻的暗電阻迅速升高，可達1M，從仿真圖看出，運算放大器的反相端電位因暗電阻增大而電位降低，變?yōu)?.091V，同向端電位變?yōu)?.171V，所以運算放大器輸出為高電平，晶體管飽和導通，其集電極電流為41.72mA，繼電器線圈有電流流過，開關(guān)閉合，所控制的照明電路開始工作。3) 所用元器件一覽表編號元器件名稱元器件型號數(shù)量價格/元R1電阻200k10.01R2電阻1k10.01編號元器件名稱元器件型號數(shù)量價格R3電阻100k10.01R4電阻100k10.01R5電阻10k10.01R6電阻5k10.01RP1微調(diào)電位器WSW型/20k12.2RP2微調(diào)

13、電位器WSW型/20k12.2RG光敏電阻器MG4521310.2VD1 VD4整流二極管1N400140.01VD開關(guān)二極管1N414810.24VS穩(wěn)壓二極管2W/5V10.59C1濾波電容220F10.17/kC2濾波電容220F10.17/kT電源變壓器220V/15V 8W16K直流繼電器JZC-22F11.8VT晶體管8050型中功率128/kIC三端集成穩(wěn)壓器W781210.9L照明燈220V/13W105.5四、結(jié)論（后記）本次課程設(shè)計研究的是光控照明電路，它有如下幾項特點：1. 功耗低，在明亮環(huán)境下幾乎不通電，白天整個電路理論消耗最大功率為0.73W，實際消耗掉功率在0.5W

14、以下。2. 抗干擾能力強，采用只會比較電器，對短暫的干擾不會有反應(yīng)，如黑夜里的閃光，車輛的燈光。3. 自帶穩(wěn)壓電路，適用于各種照明電路。4. 體積小，成本低，便于運輸安裝 。 但經(jīng)過查找資料，發(fā)現(xiàn)，在實際電路中，本電路其實還可以改進，即如果在設(shè)計光控照明燈的基礎(chǔ)上,再加上用單片機來控制VT的導通和延時,那么當環(huán)境變暗時,光敏電阻阻值上升,從而觸發(fā)單片機工作,使得VT導通,一旦導通可以使電路連續(xù)工作18h(或者可以自己設(shè)定時間),則電路性能更能顯示其優(yōu)越性。簡單介紹一下單片機。單片機，全稱單片微型計算機（英語：Single-Chip Microcomputer），又稱微控制器（Microcont

15、roller），是把中央處理器、存儲器、定時/計數(shù)器（Timer/Counter）、各種輸入輸出接口等都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。與應(yīng)用在個人電腦中的通用型微處理器相比，它更強調(diào)自供應(yīng)（不用外接硬件）和節(jié)約成本。它的最大優(yōu)點是體積小，可放在儀表內(nèi)部，但存儲量小，輸入輸出接口簡單，功能較低。由于其發(fā)展非常迅速，舊的單片機的定義已不能滿足，所以在很多應(yīng)用場合被稱為范圍更廣的微控制器；五、本次課程設(shè)計的體會本次課程設(shè)計是自己對一個完整的電路從陌生到熟悉課程設(shè)計是以學生自己動手動腦，并親手設(shè)計、制作、組裝與調(diào)試為特色的。它將書本上學到的理論知識和基本技能運用到實踐中，基本工藝知識和創(chuàng)新啟蒙

16、有機結(jié)合，培養(yǎng)我們的實踐能力和創(chuàng)新精神。作為信息時代的大學生，僅會書本理論是不夠的，基本的動手能力是一切工作和創(chuàng)造的基礎(chǔ)和必要條件。通過這次課程設(shè)計學習，使我對電子工藝的理論有了更深的了解。這些知識不僅在課堂上有效，在日常生活中更是有著現(xiàn)實意義。通過本次課程設(shè)計，讓我真正體驗了一次探索學習的過程。從對整個電路的不解和疑惑，到最后經(jīng)過查找資料了解每一電路元件的工作原以及特性，到最后完全掌握了光控電路的工作原理及在日常中的應(yīng)用方式，從理論到實踐，自己的各方面知識都又有了進一步的豐富和提高。本次設(shè)計的主要收獲是不但鞏固了電子技術(shù)的相關(guān)知識，也體驗了電路仿真軟件EWB的應(yīng)用，是我對電子這門課程有了更深，更全面的了解。通過本次的課程設(shè)計，我們深刻體會到了自己原來所學的東西只是一個表面性的，甚至有時是理想化的，理論方面的指示，設(shè)計一個很簡單的電路，所要考慮的問題要比考試的時候考慮的多的多，它在現(xiàn)實中還存在的很多問題，如要考慮它的可行性，實用性等等；正所謂“紙上談兵終覺淺，覺知此事要躬行。”學習任何知