【機(jī)械畢業(yè)論文】利用光敏器件構(gòu)建樓道電燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、利用光敏器件構(gòu)建樓道電燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目錄1 51 s 11.1課題的背景與目的11.2照明開(kāi)關(guān)的發(fā)展過(guò)程11.3現(xiàn)代照明開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)述22光電開(kāi)關(guān)介紹42.1光電開(kāi)關(guān)的介紹42.2光電開(kāi)關(guān)的分類(lèi)52.2. 1 按檢測(cè)方式分52.2.2按結(jié)構(gòu)分類(lèi)62.3光電開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)73光電開(kāi)關(guān)的原理83. 1光電效應(yīng)83.2光電開(kāi)關(guān)中的主要光電元件83.2.1 光敏電阻83.2.2光敏二極管83.2.3光敏三極管93.3光電開(kāi)關(guān)的基本原理103.4光電接近開(kāi)關(guān)113.5光電開(kāi)關(guān)與光電耦合器的區(qū)別124樓道光電開(kāi)關(guān)自動(dòng)照明系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)134.1照明系統(tǒng)的構(gòu)成134.2光電開(kāi)關(guān)系統(tǒng)電路134.3樓道光電開(kāi)關(guān)自動(dòng)照明系

2、統(tǒng)設(shè)計(jì)方案134.4樓道光電開(kāi)關(guān)自動(dòng)照明系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)14& 16參考文獻(xiàn)171引言1.1課題的背景與目的r前傳統(tǒng)的按鍵式和拉線式開(kāi)關(guān)仍然是照明開(kāi)關(guān)的主體，憑借其較為簡(jiǎn)單的結(jié) 構(gòu)、低廉的售價(jià)和方便的安裝使用方法，牢固地占領(lǐng)著市場(chǎng)。然而，現(xiàn)代電子技術(shù)的 發(fā)展和人們對(duì)生活質(zhì)量的需求變化，已使傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)感受到產(chǎn)品更新?lián)Q代的威脅。特 別是電能的大量浪費(fèi)，按照國(guó)標(biāo)，優(yōu)質(zhì)燈泡在正常使用情況下，平均壽命在壹千小時(shí) 左右，而普通燈泡則更短。如果走廊是夜間常明燈，每年除燈泡損耗費(fèi)用外還耍有一 百多度電的損耗，加上更換燈泡等人工費(fèi)用，每年每個(gè)燈消耗近百元，這不僅浪費(fèi)大 量能源，而ii由于頻繁更換燈泡造成維修

3、工作量加人，冇時(shí)冇些場(chǎng)所走廊由于無(wú)人及 時(shí)維修管理，許多樓梯晚上漆黑一片，給人們生活帶來(lái)許多不便，因此人們?cè)絹?lái)越關(guān) 注其他有效的照明燈開(kāi)關(guān)方式高，w家的有關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)也不斷的加強(qiáng)，九九最新發(fā) 布的住宅建筑設(shè)計(jì)規(guī)范中明確規(guī)定，住宅公共部分應(yīng)設(shè)人工照明，除高層住宅 的電梯廳和應(yīng)急照明外，均應(yīng)采用節(jié)能自熄開(kāi)關(guān)。隨著大量采用電子技術(shù)的家用電器面市，住宅電子化出現(xiàn)。近幾年樓宇智能化 （智能家居是以家為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ⒕W(wǎng)絡(luò)通訊、信息家電、網(wǎng)絡(luò)家電、自動(dòng)化和智 能化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理、控制于一體的高效、舒適、安全、便利、節(jié)能、 健康、環(huán)保的家居環(huán)境。）又飛速發(fā)展起來(lái)，其中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)照明系統(tǒng)可以減少電能

4、浪 費(fèi)成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化住宅的重要一筆。本課題從實(shí)際出發(fā)，準(zhǔn)備對(duì)紅外線樓道自動(dòng)照明 系統(tǒng)進(jìn)行探索隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，工業(yè)，農(nóng)業(yè)，商業(yè)，教育等等行業(yè)的用電量都人幅度 增加，在這種情況下電能的浪費(fèi)成為人們普遍關(guān)注的問(wèn)題.1.2照明開(kāi)關(guān)的發(fā)展過(guò)程在遠(yuǎn)古吋代，人類(lèi)利用自然光源，太陽(yáng)給了人類(lèi)及所冇生物生存的機(jī)會(huì)，但對(duì)于夜 晚人類(lèi)卻無(wú)能為力.接著聰明的人類(lèi)發(fā)現(xiàn)了火，用火照明應(yīng)該是人類(lèi)照明史上的里程碑.屮外歷史上蠟燭都起了重要作用，陪伴人類(lèi)度過(guò)慢慢數(shù)千年，直到天才發(fā)明家愛(ài)迪 生在照明史上添上精彩的一筆.電燈無(wú)疑已經(jīng)成為現(xiàn)代生活中不可或缺的商品.目前傳統(tǒng)的按鍵式和拉線式開(kāi)關(guān)仍然是照明開(kāi)關(guān)的主體，傳統(tǒng)照明單控電路特點(diǎn)

5、：a）控制開(kāi)關(guān)直接在負(fù)載回路中。b）當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，需相應(yīng)增大控制開(kāi)關(guān)的容量。c）當(dāng)開(kāi)關(guān)離負(fù)載較遠(yuǎn)時(shí)，人截面電纜用量增加。d）只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)功能e）傳統(tǒng)控制采用手動(dòng)開(kāi)關(guān)，必須一路一路地開(kāi)或者關(guān)f）傳統(tǒng)控制對(duì)照明的管理是人為化的管理。傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、售價(jià)低廉和安裝使用方便，一直是照明燈具市場(chǎng)的主 角，隨著技術(shù)的進(jìn)步，人民生活水平的提高，這種燈暴露出來(lái)許多不足:其一，由于是手 動(dòng)開(kāi)關(guān),人們?cè)谝黄岷谥胁坏貌幻麟姛糸_(kāi)關(guān),給人們生活帶來(lái)很多不便.其二，電 能浪費(fèi)嚴(yán)重，特別是在學(xué)校，工廠等集體生活的地方，照明燈經(jīng)常在光線充足的白天也 工作，這不僅浪費(fèi)電能，而且也造成燈泡常被燒壞，若不能及時(shí)修

6、理又會(huì)產(chǎn)生其他不方 便.其三，電子技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)，傳感器技術(shù)的快速發(fā)展使人們?cè)絹?lái)越傾向于照明 設(shè)備的自動(dòng)控制.1.3現(xiàn)代照明開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)述現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活質(zhì)量的需求變化，已使傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)感受到產(chǎn)品 更新?lián)Q代的威脅。目前傳統(tǒng)的按鍵式和拉線式開(kāi)關(guān)仍然是照明開(kāi)關(guān)的主體，但&從人 們發(fā)現(xiàn)了無(wú)線電波，就開(kāi)始用無(wú)線電來(lái)遙控了。航空愛(ài)好者用無(wú)線電收發(fā)裝置來(lái)操縱 模型飛機(jī)，艦?zāi)?ài)好者用無(wú)線電來(lái)操縱模型艦艇。聲音、超聲波、無(wú)線電波都可以用 作傳遞信號(hào)的媒體，傳遞命令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱。這些方法在一定程度上節(jié)省了電能。 針對(duì)問(wèn)題，市場(chǎng)上的照明開(kāi)關(guān)也是層出不窮，主要有聲光控開(kāi)關(guān)、觸摸式延時(shí)開(kāi)關(guān)、 紅

7、外開(kāi)關(guān)，感應(yīng)式開(kāi)關(guān)等、經(jīng)過(guò)多年的使用，就對(duì)其特點(diǎn)、價(jià)格、性能、市場(chǎng)品牌、 使用效果、安裝、壽命等進(jìn)行了比較，其中觸摸式、聲光控在各方面表現(xiàn)非常一般， 而紅外開(kāi)關(guān)，感應(yīng)式開(kāi)關(guān)卻表現(xiàn)優(yōu)異。走廊里的聲控電燈是一種遙控裝置。當(dāng)人們走路的聲音，說(shuō)話的聲音傳到燈頭上 的聲控開(kāi)關(guān)時(shí)，電路就被自動(dòng)接通了。當(dāng)然，聲控開(kāi)關(guān)旁邊還要有個(gè)延時(shí)開(kāi)關(guān)，就是 使電路只能接通幾分鐘，然后再自然地?cái)嗟?。這樣既可以省電，又可以延長(zhǎng)電燈的壽 命。聲控電燈，只有一個(gè)命令：接通！這很簡(jiǎn)單。但其品種多，市場(chǎng)較亂，價(jià)格從幾 元到二十多元不等，由于聲控木身感應(yīng)元器件屬于機(jī)械式，所以易受機(jī)械疲勞影響， 很難克服初裝時(shí)靈敏度較好而后期靈敏度低形

8、象。因此，聲光控開(kāi)關(guān)在使用的后期， 只有靠人為制造噪聲才能觸發(fā)，如想要燈亮需要大聲咳嗽，或跺腳這顯然打擾了別人 的安靜，特別是夜間往往影響睡覺(jué)的人。另外聲光控易響應(yīng)于自然界所有較人聲響（如 雷聲、汽車(chē)?yán)嚷暋⑵?chē)經(jīng)過(guò)吋發(fā)動(dòng)機(jī)聲、裝修房間的電鉆聲、開(kāi)關(guān)防盜門(mén)聲等）， 誤動(dòng)作較多。有的住戶在房屋裝修時(shí)就對(duì)開(kāi)關(guān)有很大影響，人未住進(jìn)就有開(kāi)關(guān)損壞。 由于部分價(jià)低質(zhì)劣的聲光控開(kāi)關(guān)混入市場(chǎng)，給用戶造成電子開(kāi)關(guān)都?jí)勖?，都不可?的印象。而觸摸式除了易受損壞，不安全外，還有傳染病菌的弊病，很難在公關(guān)場(chǎng)所 應(yīng)用，特別是在醫(yī)院這樣人貝復(fù)雜的場(chǎng)所。因此要真正用好&熄開(kāi)關(guān)，改善人們居住 條件，必須要在市場(chǎng)中尋

9、求真正高效節(jié)電，方便照明，性能穩(wěn)定，經(jīng)久耐用，價(jià)格合 理的產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)人來(lái)燈亮，人離燈滅，白天不亮這一基木功能?？v觀照明控制技術(shù)的發(fā)展，從原始的開(kāi)關(guān)控制到接觸器繼電器控制，發(fā)展到plc 控制；隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，照明控制也跟隨著一起發(fā)展。在實(shí)際工程案例 屮出現(xiàn)了集散型控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，尤其是近幾年，國(guó)內(nèi)外陸續(xù)開(kāi)發(fā)出專 業(yè)性強(qiáng)的智能型照明控制系統(tǒng)。例如：奇勝c-bus智能照明控制系統(tǒng)，澳洲邦奇智能 照明，美國(guó)路創(chuàng)智能照明系統(tǒng)；還有些像索恩、飛利浦等專業(yè)照明公司也推出自己的 智能照明控制系統(tǒng)；國(guó)內(nèi)也有很多智能照明的廠家，推出智能家居、智能小區(qū)、智能 辦公室、智能樓宇等專業(yè)控制系統(tǒng)。

10、現(xiàn)代建筑屮的照明不僅要求能為人們的工作、學(xué)習(xí)、生活提供良好的視察條件， 能利用燈具造型和光色協(xié)調(diào)營(yíng)造出具奮一定風(fēng)格和美感的室內(nèi)環(huán)境以滿足人們和心 理和生理要求，而且還要考慮到管理智能化和操作簡(jiǎn)單化以及靈活適應(yīng)未來(lái)照明布局 和控制方式變更耍求。一個(gè)優(yōu)秀的智能照明系統(tǒng)有僅可以提升照明環(huán)境的品質(zhì)，還必 須做到充分利用和節(jié)約能源。2光電開(kāi)關(guān)介紹2.1光電開(kāi)關(guān)的介紹光電開(kāi)關(guān)（光電傳感器）是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮 擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。物體不限于金屬，所有能反 射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收 器再根據(jù)接收到的光

11、線的強(qiáng)弱或冇無(wú)對(duì)0標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。安防系統(tǒng)中常見(jiàn)的光電 開(kāi)關(guān)煙霧報(bào)警器，工業(yè)中經(jīng)常用它來(lái)記數(shù)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)次數(shù)。光電開(kāi)關(guān)是傳感器大家族中的成員，它把發(fā)射端和接收端之間光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化 為電流的變化以達(dá)到探測(cè)的目的。由于光電開(kāi)關(guān)輸出回路和輸入回路是電隔離的（即 電緣絕），所以它可以在許多場(chǎng)合得到應(yīng)用。光電開(kāi)關(guān)采用集成電路技術(shù)和smt表面 安裝工藝而制造的新一代光電開(kāi)關(guān)器件，具冇延吋、展寬、外同步、抗相互干擾、可 靠性高、工作區(qū)域穩(wěn)定和自診斷等智能化功能。這種新穎的光電幵關(guān)是一種采用脈沖 調(diào)制的主動(dòng)式光電探測(cè)系統(tǒng)型電子開(kāi)關(guān)，它所使用的冷光源有紅外光、紅色光、綠色 光和藍(lán)色光等，可非接觸，無(wú)損傷地迅速

12、和控制各種岡體、液體、透明體、黑體、柔 軟體和煙霧等物質(zhì)的狀態(tài)和動(dòng)作。接觸式行程開(kāi)關(guān)存在響應(yīng)速度低、精度差、接觸檢測(cè)容易損壞被檢測(cè)物及壽命短 等缺點(diǎn)，而晶體管接近幵關(guān)的作用距離短，不能直接檢測(cè)非金屬材料。但是，新型光 電開(kāi)關(guān)則克服了它們的上述缺點(diǎn)，而且體積小、功能多、壽命長(zhǎng)、精度高、響應(yīng)速度 快、檢測(cè)距離遠(yuǎn)以及抗光、電、磁干擾能力強(qiáng)。目前，這種新型的光電開(kāi)關(guān)己被用作物位檢測(cè)、液位控制、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、寬度判別、 速度檢測(cè)、定長(zhǎng)剪切、孔洞識(shí)別、信號(hào)延時(shí)、自動(dòng)門(mén)傳感、色標(biāo)檢出、沖床和剪切機(jī) 以及安全防護(hù)等諸多領(lǐng)域。此外，利用紅外線的隱蔽性，還可在銀行、倉(cāng)庫(kù)、商店、 辦公室以及其它需要的場(chǎng)合作為防盜警戒之

13、用。圖2-1開(kāi)關(guān)傳感器2.2光電開(kāi)關(guān)的分類(lèi)2.2.1按檢測(cè)方式分常用光電開(kāi)關(guān)的分類(lèi)方法：按檢測(cè)方式可分為反射式、對(duì)射式和鏡而反射式三種 類(lèi)型。對(duì)射式檢測(cè)距離遠(yuǎn)，可檢測(cè)半透明物體的密度（透光度）。反射式的工作距離 被限定在光束的交點(diǎn)附近，以避免背景影響。鏡面反射式的反射距離較遠(yuǎn)，適宜作遠(yuǎn) 距離檢測(cè)，也可檢測(cè)透明或半透明物體。表2-1給出了光電開(kāi)關(guān)的檢測(cè)分類(lèi)方式及特點(diǎn)說(shuō)明。表2-1光電開(kāi)關(guān)的檢測(cè)分類(lèi)方式及特點(diǎn)說(shuō)明1.漫反射式光電開(kāi)關(guān)漫反射光電開(kāi)關(guān)是一種集發(fā)射器和接收器于 一體的傳感器，當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)時(shí)，將 光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠的光線反射到 接收器，于是光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。 當(dāng)被檢測(cè)物

14、體的表謝光亮或其反光率極高 時(shí)，漫反射式的光電開(kāi)關(guān)是首選的檢測(cè)模式。2.鏡反射式光電開(kāi)關(guān)鏡反射式光電開(kāi)關(guān)亦是集發(fā)射器與接收 器于一體，光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過(guò) 反射鏡，反射回接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò) 且完全阻斷光線時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè) 開(kāi)關(guān)信號(hào)。3.對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)包含在結(jié)構(gòu)上相互分離 且光軸相對(duì)放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器 發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器。當(dāng)被檢測(cè)物體 經(jīng)過(guò)發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光 電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)物體是不 透明時(shí)，對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)是最可靠的檢測(cè)模 式4.槽式光電開(kāi)關(guān)槽式光電開(kāi)關(guān)通常是標(biāo)準(zhǔn)的u字型結(jié)構(gòu)， 其發(fā)射器和接收器分別位于u型槽的兩邊

15、，并形成一光軸，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)u型槽且 阻斷光軸時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)到的開(kāi) 關(guān)量信號(hào)。槽式光電幵關(guān)比較安全可靠的適 合檢測(cè)高速變化，分辨透明與半透明物體。5.光纖式光電開(kāi)關(guān)光纖式光電開(kāi)關(guān)采用塑料或玻璃光纖傳感 器來(lái)引導(dǎo)光線，以實(shí)現(xiàn)被檢測(cè)物體不在相近 區(qū)域的檢測(cè)。通常光纖傳感器分為對(duì)射式和 漫反射式。光汗錚入式接頭光汗線gdkg | 卜4-:，|tt t光汗控制器光汗傳栘器鈹檢利物缽2.2.2按結(jié)構(gòu)分類(lèi)光電開(kāi)關(guān)按結(jié)構(gòu)可分為放大器分離型、放大器內(nèi)藏型和電源內(nèi)藏型三類(lèi)。放大器分離型是將放大器與傳感器分離，并采用專用集成電路和混合安裝工藝制 成，由于傳感器具冇超小型和多品種的特點(diǎn)，而放大器的功能

16、較多。因此，該類(lèi)型采 用端子臺(tái)連接方式，并可交、直流電源通用。具有接通和斷開(kāi)延時(shí)功能，可設(shè)置亮、 音動(dòng)切換開(kāi)關(guān)，能控制6種輸出狀態(tài)，兼有接點(diǎn)和電平兩種輸出方式。放大器內(nèi)藏型是將放大器與傳感一體化，采用專用集成電路和表面安裝工藝制 成，使用直流電源工作。其響應(yīng)速度局面（有0.1ms和lms兩種），能檢測(cè)狹小和高 速運(yùn)動(dòng)的物體。改變電源極性可轉(zhuǎn)換亮、暗動(dòng)，并可設(shè)置自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示燈。 兼有電壓和電流兩種輸出方式，能防止相互干擾，在系統(tǒng)安裝中十分方便。電源內(nèi)藏型是將放大器、傳感器與電源裝罝一體化，采用專用集成電路和表面安 裝工藝制成。它一般使用交流電源，適用于在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)取代接觸式行程開(kāi)關(guān)，可直接

17、 用于強(qiáng)電控制電路。也可自行設(shè)置自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示燈，輸出備有ssr固態(tài)繼電 器或繼電器常開(kāi)、常閉接點(diǎn)，可防止相互干擾，并可緊密安裝在系統(tǒng)中。2.3光電開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)1、檢測(cè)距離長(zhǎng)如果在對(duì)射型中保留10m以上的檢測(cè)距離等，便能實(shí)現(xiàn)其他檢測(cè)手段（磁性、超 聲波等）無(wú)法離檢測(cè)。2、對(duì)檢測(cè)物體的限制少由于以檢測(cè)物體引起的遮光和反射為檢測(cè)原理，所以不象接近傳感器等將檢測(cè)物 體限定在金屬，它可對(duì)玻璃.塑料.木材.液體等幾乎所有物體進(jìn)行檢測(cè)。3、響應(yīng)時(shí)間短光本身為高速，并且傳感器的電路都由電子零件構(gòu)成，所以不包含機(jī)械性工作時(shí) 間，響應(yīng)時(shí)間非常短。4、分辨率高能通過(guò)高級(jí)設(shè)計(jì)技術(shù)使投光光束集中在小光點(diǎn)，或通過(guò)構(gòu)

18、成特殊的受光光學(xué)系 統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)高分辨率。也可進(jìn)行微小物體的檢測(cè)和高精度的位置檢測(cè)。5、可實(shí)現(xiàn)非接觸的檢測(cè)可以無(wú)須機(jī)械性地接觸檢測(cè)物體實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，因此不會(huì)對(duì)檢測(cè)物體和傳感器造成損 傷。因此，傳感器能長(zhǎng)期使用。6、可實(shí)現(xiàn)顏色判別通過(guò)檢測(cè)物體形成的光的反射率和吸收率根據(jù)被投光的光線波長(zhǎng)和檢測(cè)物體的 顏色組合而有所差異。利用這種性質(zhì)，可對(duì)檢測(cè)物體的顏色進(jìn)行檢測(cè)。7、便于調(diào)整在投射可視光的類(lèi)型中，投光光束是眼晴可見(jiàn)的，便于對(duì)檢測(cè)物體的位置進(jìn)行調(diào)3光電開(kāi)關(guān)的原理3.1 光電效應(yīng)用光照射某一物體，可以看作物體受到一連串光子的轟擊，組成這物體的材料吸 收光子能量而發(fā)生相應(yīng)電效應(yīng)的物理現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。通常把光電

19、效應(yīng)分為3類(lèi)， 如表3_1所示。表3-1光電效應(yīng)的分類(lèi)即相關(guān)元件光電效應(yīng)名稱現(xiàn)象對(duì)應(yīng)元件外光電效應(yīng)在光線的作川下，能使電子逸出物體的表囬光電管、光電倍增管內(nèi)光電效應(yīng)在光線的作用下，能使物體的電阻率變小光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光敏達(dá)林頓管及光敏晶閘管光生伏特效應(yīng)在光線的作用下，物體能產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)光電池3.2光電開(kāi)關(guān)中的主要光電元件3.2.1光敏電阻光敏電阻如圖3-1所示。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶 有透明窗的管殼里。兩電極常做成梳狀，可增加靈敏度，如圖3-lb所示。c)圖3-1光敏電阻a）原理圖b）外形圖c）圖形符號(hào)3.2.2光敏二極管光敏二極管如圖3-2所

20、示。從圖3-2c可以看出，光敏二極管在電路中，處于反句偏置狀態(tài)。當(dāng)光照射在光敏二極管的pn結(jié)（又稱阻擋層）上吋，在pn結(jié)附近產(chǎn)生的電子一 空穴對(duì)數(shù)量也隨之增加，當(dāng)在光敏二極管兩端施加電壓后，流過(guò)pn結(jié)的光電流io也相應(yīng)增大，光電流與光照度e成止比。中b) pji1 一負(fù)極引腳2管芯3外殼4一聚光鏡5正極引腳3.2.3光敏三極管光敏三極管與普通三極管相似，也有電流放大作用。npn型光敏三極管示意圖如 圖3-3所示。多數(shù)光敏三極管的基極沒(méi)有引出線，只有正負(fù)（c、e）兩個(gè)引腳，所以 其外形與光敏二極管相似，從外觀上較難區(qū)別。a）內(nèi)部組成b）原理電路c）圖形符號(hào)1 一集電極引腳2管芯3外殼4一聚光鏡5

21、發(fā)射極引腳光線通過(guò)透明窗口落在集電結(jié)上，當(dāng)電路按圖4b所標(biāo)示的電壓極性連接時(shí)，集 電極電流1 c是原始光電流的f3倍3.3光電開(kāi)關(guān)的基本原理在圖中，當(dāng)無(wú)脈沖信號(hào)輸入時(shí)，三極管bg處于截止?fàn)顟B(tài)，發(fā)光二極管無(wú)電流流 過(guò)不發(fā)光，則a、b兩端電阻非常大，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“斷開(kāi)”。當(dāng)輸入端加有脈沖信號(hào) 時(shí)，bg導(dǎo)通，發(fā)光二極管發(fā)光，則a、b兩端電阻變得很小，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“接通”。 故稱無(wú)信號(hào)時(shí)開(kāi)關(guān)不通，為常開(kāi)狀態(tài)。下圖中（b）所示電路則為“帶閉”狀態(tài)，因?yàn)闊o(wú)信號(hào)輸入時(shí)，雖bg截止，但發(fā) 光二極管有電流通過(guò)而發(fā)光，使a、b兩端處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“接通”。當(dāng) 有信號(hào)輸入時(shí)，bg導(dǎo)通，由于bg的集電結(jié)壓降在0.

22、 3v以下，遠(yuǎn)小于發(fā)光二極管的 正向?qū)妷?，所以發(fā)光二極管無(wú)電流流過(guò)不發(fā)光，則a、b兩端電阻極大，相當(dāng)于 開(kāi)關(guān)“斷開(kāi)”，故稱“常閉”式。(a)(b)圖3-4光點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)原理3.4光電接近開(kāi)關(guān)光電接近開(kāi)關(guān)電路原理圖如圖3-5所示，圖3-5中的元件參數(shù)見(jiàn)附表。由555 構(gòu)成多諧振蕩器，從腳輸出38khz的方波信號(hào)。經(jīng)vt1驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管vd2向外發(fā) 射頻率為38khz紅外調(diào)制信號(hào)。之所以選用38khz的紅外調(diào)制信號(hào)，是由于選用的紅 外接收頭u1的頻率響應(yīng)為38kiizo當(dāng)有障礙物靠近時(shí)，紅外線反射回來(lái)被u1所接收, 當(dāng)接收到的紅外信號(hào)足夠強(qiáng)吋輸出（out）為低電平，否則為高電平。如果用5v供電，

23、 輸出（out）為ttl電平可直接與微處理器相接。多諧振蕩器的振蕩頻率計(jì)算公式為：tlo. 7（r1+r2）xc1； t20. 7（r3+r4）xc1； f=l/（tl+t2）o調(diào)試吋使輸出波形的占空比盡量為1:1，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)只要占空比偏離1:1不太 多則無(wú)影響，但頻率不要偏離38khz太多，否則探測(cè)精度會(huì)下降，頻率偏離太大時(shí)則 u1無(wú)響應(yīng)。經(jīng)過(guò)計(jì)算在rl、r3為lk時(shí)r2、r4調(diào)到880q左右（實(shí)際有所偏差）。圖3-5光點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)工作原理圖r11kqc10.01 ufr21kq （微調(diào)電阻）c2100uf/16vr31kq （微調(diào)電阻）vd1二極管r41kqvd2紅外發(fā)射管r51kq （微

24、調(diào)電阻）vt19014r6100qu1at138br72.2kq （微調(diào)電阻）1c555附表元件參數(shù)紅外發(fā)射管的發(fā)射功率可通過(guò)改變r(jià)5的阻值進(jìn)行調(diào)節(jié)，發(fā)射管的發(fā)射電流大小 決定了探測(cè)距離的大小。如果不需調(diào)節(jié)探測(cè)距離的大小，r5、r6可用一固定阻值的電阻代替。紅外接近開(kāi)關(guān)的關(guān)鍵并不在于電路，而是在結(jié)構(gòu)上，特別是u1和vd2的位置不 能隨便放置。該紅外接接近開(kāi)關(guān)做成探頭狀，把整個(gè)電路板安裝在一根塑料管內(nèi)，并 引出三根導(dǎo)線：電源、地、輸出（out）。ul、vd2放置在塑料管的前端，并用不透光 的塑料片把1）1、vd2隔開(kāi)，為了防止vd2向旁邊漏射出紅外線可用黑色電膠布在vd2 的周?chē)@一兩圈，只讓紅

25、外線從vd2的前方發(fā)出（電路板、隔光塑料片、ul、vd2可 用硅膠進(jìn)行固定），其結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。圖3-6光電接近開(kāi)關(guān)原理圖3.5光電開(kāi)關(guān)與光電耦合器的區(qū)別光電耦合器就是我們所說(shuō)的光耦，它的原理是通過(guò)發(fā)光二極管照射三極管從而使 得三極管導(dǎo)通和關(guān)短，通過(guò)調(diào)節(jié)二極管電壓大小調(diào)節(jié)發(fā)光強(qiáng)度，從而使流過(guò)三極管的 電流變化，常常用光藕是來(lái)反饋用。而光電開(kāi)關(guān)原理類(lèi)似，不過(guò)它只是用來(lái)當(dāng)作開(kāi)關(guān)用的，也就是發(fā)光就三極管開(kāi)通 就是，z這需要一個(gè)擋光的東西，但并不需要調(diào)節(jié)電流大小，一般用在一般控制上，不能精確表針。4樓道光電開(kāi)關(guān)自動(dòng)照明系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)4.1照明系統(tǒng)的構(gòu)成傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)比如說(shuō)，以前的工廠，公司，學(xué)校等

26、.是人為控制的。是以照明 配電箱通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)控制照明燈具的通斷，或通過(guò)回路中申入接觸器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離 控制。傳統(tǒng)的照明電路只是為燈提供一定的電壓使其發(fā)光，這種燈只，具有很大弊端， 特別是在一些集體工作地。而今出現(xiàn)的建筑物自控(ba)系統(tǒng)，是以電氣觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)區(qū) 域控制、定時(shí)通斷、中央監(jiān)控等功能。4.2光電開(kāi)關(guān)系統(tǒng)電路對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)，因其抗干擾性好、探測(cè)靈敏度高、工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)被廣 泛應(yīng)用于防盜報(bào)警、自動(dòng)門(mén)、感應(yīng)燈等工業(yè)和生產(chǎn)領(lǐng)域。具有性能指標(biāo)高、一致性 好、功耗低、外圍電路簡(jiǎn)單、安裝調(diào)試方便、工作可靠性高等優(yōu)。圖4-1光電開(kāi)關(guān)電路dc 12-24v100ma以下0v4.3樓道光電開(kāi)關(guān)自動(dòng)照

27、明系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本電路主要用到的元件是兩對(duì)對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)，每對(duì)對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)由發(fā)射器和 接收器主成。這里我們假設(shè)把一對(duì)開(kāi)關(guān)安裝在上一樓的樓梯門(mén)，另一對(duì)光電開(kāi)關(guān)安裝 在上二樓的樓梯口。每當(dāng)天黑的時(shí)候當(dāng)住戶從一樓的樓梯口經(jīng)過(guò)時(shí)，觸發(fā)第一對(duì)光電 開(kāi)關(guān)，這時(shí)處在一樓的樓道燈被點(diǎn)亮。當(dāng)戶主走到二樓的樓梯口，觸發(fā)第二隊(duì)光電幵關(guān)，這時(shí)處在一樓的樓道燈被關(guān)閉。這里我們要用到一種電子元件一一干簧繼電器，它由干簧管和繞在干簧管外的線 圈組成。當(dāng)線圈內(nèi)有電流時(shí)，線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)使密封在干簧管內(nèi)的兩個(gè)鐵質(zhì)簧片磁化， 兩個(gè)簧片在磁力作用下由原來(lái)的分離狀態(tài)變成閉合狀態(tài)，線圈內(nèi)沒(méi)有電流時(shí)，磁場(chǎng)消 失，瓷片在彈力的作用下，回復(fù)到分離狀態(tài)。由于光電開(kāi)關(guān)一般只能用到電壓為0-30v 的直流電壓，而一般的照明燈的電壓是220v交流，為了保證光電開(kāi)關(guān)的正常使用， 所以這里我們用到中間繼電器，起到光電開(kāi)關(guān)保護(hù)作用。4.4樓道光電開(kāi)關(guān)自動(dòng)照明系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)按照上述控制要求，本系統(tǒng)由主電路和控制電路兩部分組成。主電路和控制電路 的電路圖分別如圖4-2和4-3所示：圖4-1主電路dc24v0v控制電路閣4-3控制電路如圖4-3所示，在沒(méi)有人通過(guò)時(shí)，光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光束被接受器接受，這 是常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，中間繼電器線圈不得電，整個(gè)主電