光控燈的設計

課程設計 論文 說明書 題 目 光控燈的設計 院 系 專 業(yè) 學生姓名 學 號 指導教師 職 稱 在學校 機關 廠礦企業(yè)的單位的公共場所以及居民區(qū)的公共樓道 長明 燈現(xiàn)象非常普遍 這就造成了能源的大量浪費 另外 由于頻繁開關或者人為 因素 墻壁開關的損壞率很高 增大了維修量 浪費了資金 在這里我設計了 光控燈 光控燈會隨著環(huán)境光線的變化自動的控制燈的亮滅 適合于控制路燈 走廊燈等 同時也達到了省電節(jié)能和延長燈泡使用壽命的效果 當傍晚光強減 弱到一定程度的時候 電路就會自動接通點亮路燈 當早上光強增大到一定強 度的時候 電路就會自動切斷 從而實現(xiàn)燈自動熄滅的功能 關鍵詞 光敏電阻 555 芯片 光控燈 Abstract In schools offices residential ares factories mines and enterprises and other units of public places and streets in public gardens as well as residential corridor long light that is widespread which caused a great waste of energy In addition due to frequent switching or man made factors wall switches the high failure rate increasing the amount of maintenance waste of money Here I designed a light control lights As the circumstances change in the light the light control light will automatically control turn the light on or off for control of the street lamps the corridor lights also to save energy and electric light bulb of life effect when the light down to a certain extent the circuit is automatically connected to light lamps as early and increased to a certain polish strength the circuit is automatically cut out the automatic function Key words light dependent resistor 555chips optical control lamp 目 錄 引言 1 1 光控燈原理 1 1 1 光控燈的意義與背景 1 1 1 2 設計思路與原理 1 1 2 光控燈電路的設計方案 1 1 2 1 方案特點 1 1 2 2 元器件的選擇 2 2 2 3 主要原器件的介紹 2 2 2 3 1 光敏電阻的介紹 2 2 2 3 2 555 芯片的介紹 3 3 2 3 3 發(fā)光二極管的介紹 4 4 3 電路 4 4 3 1 原理圖的設計及說明 4 4 3 2 電路仿真 5 5 4 電路板的制作及調試 7 7 4 1 PCB 電路圖的制作 7 7 4 2 電路板的制作 7 7 4 3 電路板的調試 7 7 4 4 測試結果 8 8 5 結束語 8 8 謝辭 9 參考文獻 10 引言 路燈在我們日益更新的生活中越來越普遍 一般路燈是白天關閉 夜晚開 啟 如果人工控制路燈的開關 不但費時費力 而且在天氣變化時 不容易掌 握開關路燈的時間 給群眾帶來很大的不便 在本設計中介紹一種自動光控燈 這樣不但省時省力 節(jié)約資源 而且可以提高燈的壽命 采用 555 時基電路施 密特觸發(fā)器 及電阻 二極管或門組成自動光控燈智能電路 會給我們帶來新 穎智能的便利 當光線好時 燈不會發(fā)光 到光線很差時 燈會自動開啟照明 雖然本文介紹的光控燈只有 1 個簡單的芯片和電阻電容構成 卻可以模擬光控 燈 也達到了節(jié)電節(jié)能的目的 同時它的原理也有廣泛的應用 1 光控燈原理 1 1 光控燈的意義與背景 站在新世紀的門檻上 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 人類有意識的采用各種方法改進它 以適應我們日常生 活的各種需要 用光控開關來代替路燈開關 住宅小區(qū)的樓道上的開關 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 可廣泛應用于各種 樓房走廊的照明設備 1 2 設計思路與原理 電路采用光敏電阻來感受外界光的強弱 然后采用 555 多謝振蕩器改變輸 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 在發(fā)射結接 上一個繼電器 可以控制外接電路的開路或短路 此設計也可以看做是一個用 發(fā)光二極管指示的光控開關 要求電路在日光照射下 接通 5V 電源后 發(fā)光 二極管四熄滅的 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 光控燈電路的設計方案 2 1 方案特點 產生光控電路的方案有很多 本方案的選擇主要從以下幾個方面考慮 1 設計難度 2 實現(xiàn)難度 3 成本 4 調試難度 5 電路原理 由于我在大二時期已經學了數(shù)字電路和模擬電子電路 而且這個方法比較 簡單 又實用 能充分體現(xiàn)出我對所學知識的掌握程度 所以我利用所學的數(shù) 字電 路方法 力求從簡單的基礎知識中學到更多的東西 為今后的學習做好準備 采取一種最簡單的方式實現(xiàn)光控電路的設計 2 2 元器件的選擇 1 發(fā)光二極管 1 只 2 555 芯片 1 只 3 繼電器 1 只 4 電容 1 只 5 三極管 1 只 6 光敏電阻 1 只 7 可調電阻 100K 1 只 8 電阻 560 1 只 1K 一只 9 排針 二孔 1 只 三孔 1 只 2 3 主要原器件的介紹 2 3 1 光敏電阻的介紹 光敏電阻又稱光導管 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 這是由于光照產生的載 流子都參與導電 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體的光電效應制成的 一種電阻值隨入射光的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 光敏電阻器一般用于光的測量 光的控制和光電轉換 將光的變化 轉換為電的變化 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 光敏電阻器的阻值隨入射光線 可見光 的強弱變化而變化 在黑暗條 件下 它的阻值 暗阻 可達 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 光敏電阻器對光的敏感性 即光譜特性 與人眼對 可見光 0 4 0 76 m 的響應很接近 只要人眼可感受的光 都會引起它的 阻值變化 設計光控電路時 都用白熾燈泡 小電珠 光線或自然光線作控制 光源 使設計大為簡化 第 3 3 頁 共 1010 頁 2 3 2 555 芯片的介紹 555 時基電路是一種雙極型的時基集成電路 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 T 比較器的參考電壓由三只 5K 的電阻器構成分壓 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)和放電管開關狀態(tài) 當輸入信號輸入并超過了 2 3Vcc 時 觸發(fā)器復位 555 的輸出端 3 腳輸出低 電平 同時放電 開關管導通 當輸入信號自 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 開關管截止 是復位端 當其為 0 時 555 輸出低電平 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 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 F 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 T 為放電管 當 T 導通時 將給于腳 7 的電容器提供低阻放電電路 第 4 4 頁 共 1010 頁 555 電路的引腳功能如下圖 2 3 3 發(fā)光二極管的介紹 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 當電子與空穴復合時能輻射出可見光 因 而可以用來制成發(fā)光二極管 它是半導體二極管的一種 可以把電 能轉化成光能 發(fā)光二極管與普通二極管 一樣是由一個 PN 結組成 也具有單向導電 性 當給發(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 結附近數(shù)微米內分別與 N 區(qū)的電子和 P 區(qū)的空穴復合 產生自發(fā) 輻射的熒光 不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同 當電子和 空穴復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 電路 3 1 原理圖的設計及說明 第 5 5 頁 共 1010 頁 圖 3 1 用 Protel 繪制的原理圖 原理圖說明 接通 5V 的電壓 通過光敏電阻可以調節(jié)電阻的分壓作用 改變 6 腳和 2 腳的輸入電壓 從而達到改變 555 的輸出電壓 從而達到控制發(fā)光二極管的亮 滅 的作用 同時經過三極管的放大作用 控制繼電器 繼電器是具有隔離功能的 自動開關元件 當光照到光敏電阻時 其電阻變小 是的 6 腳和 2 腳的電壓變大 經過 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 能導通 是滅的 當沒有光照時 其電阻變大 使得 6 腳和 2 腳的電壓變小 經過 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 管導通 燈亮 因為繼電器具有能反映一定輸入變量 如電流 電壓等 的感應機構 輸 入部分 有能對被控電路實現(xiàn) 通 斷 控制的執(zhí)行機構 輸出部分 在 繼電器的輸入部分和輸出部分之間 還有對輸入量進行耦合隔離 功能處理和 對輸出部分進行驅動的中間機構 驅動部分 所以 此電路還能作為一個光控 開關 控制外部電路 3 2電路仿真 仿真電路如下 第 6 6 頁 共 1010 頁 圖 3 2 有光照時 用小電阻代替光敏電阻的仿真圖 圖 3 3 沒有光照時 用大電阻代替光敏電阻的仿真圖 由于在仿真時 沒有找到光敏電阻 因此我根據(jù)光敏電阻的原理特點 用 電阻來代替 因為在光照時 光敏電阻的阻值很小 我用小電阻代替 在沒有 光照時 光敏電阻的阻值很大 用大電阻代替 經過仿真 得到兩個圖 對比 可知此電路實現(xiàn)了光控的原理 第 7 7 頁 共 1010 頁 4 電路板的制作及調試 4 1 PCB 電路圖的制作 是英文印制線路板的簡稱 通常把在絕緣材上 按預定設計 支撐 印制線路 尹志遠見或兩者組合而成的導電圖形成為印制電路 而在絕緣基材 上提供元器件之間電氣連接的導電圖形 稱為印制線路 這樣就把印制電路或 印制線路的成品板稱為印制線路板 亦稱為印制板或印制電路板 仿真成功后 畫出正確的 圖 圖 4 1 PCB 圖 4 2 電路板的制作 制作電路板時 先用砂紙打磨銅板 把銅板打磨光亮 然后用熨斗將打印 的 PCB 圖印制在銅板上 然后用鹽酸和雙氧水以一定的比例混合將銅板腐蝕 腐蝕后再用砂紙將打印上去的黑線磨掉 然后就可以看到留下的銅線電路圖 接著就按照電路圖上的孔印打孔 打完孔就可以進行焊接元器件了 在裝元器 件時一定要注意元器件的正負極 不能裝反了 在焊接完畢后 必須檢查是否 存在虛焊 漏焊以及由于焊錫流淌造成的元件短路情況 4 3 電路板的調試 電路板制作完成后要進行測試 使其滿足要求 測試需要儀器 直流穩(wěn)壓電源 1 臺 調試過程 第 8 8 頁 共 1010 頁 1 調節(jié)直流穩(wěn)壓電源 使其輸出為 5V 的電壓 先不要打開電源開關 將 輸出端接到電路板上 2 連接好后檢查線路的正負端有沒有接錯 然后打開電源開關 觀察二極 管的發(fā)光情況 看其是否在有光的情況下不發(fā)光 在沒有光照的情況下 發(fā)光 可以用障