光控延時照明電路的設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計

1、息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)設(shè)計(論文)題目:光控延時照明燈電路的設(shè)計 專 業(yè): 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級: 應(yīng)電07-2班 學(xué) 號: 姓 名: 指導(dǎo)教師: 二00九年十二月十日息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué) 生姓 名學(xué)號0班級應(yīng)電07-2班專業(yè)應(yīng)用電子技術(shù)設(shè)計（或論文）題目光控延時照明燈電路的設(shè)計指導(dǎo)教師姓名職 稱工作單位及所從事專業(yè)聯(lián)系方式備 注高講程系0高級工程師28設(shè)計（論文）內(nèi)容：1、查閱傳感器有關(guān)方面的相關(guān)資料，了解此方面的發(fā)展?fàn)顩r。2、掌握所用器件的特性。3、采用合理的設(shè)計方案。4、設(shè)計、實現(xiàn)該系統(tǒng)。5、撰寫設(shè)計報告。進度安排：37周：根據(jù)要求設(shè)計出方框圖和原理電路圖

2、。根據(jù)電路分析其工作原理。810周：根據(jù)電路準(zhǔn)備電子元件。1114周：制作出電路板,安裝并調(diào)試，測試出相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)。1516周：根據(jù)調(diào)試分析其優(yōu)缺點和提出整改措施，完成論文。主要參考文獻、資料：1 高吉祥電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計北京：電子工業(yè)出版社，2002年2 彭介華電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)北京：高等教育出版社，1997年3 畢滿清電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計北京：機械工業(yè)出版社，2001年審批意見教研室負責(zé)人：年 月 日備注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，一式二份。其中學(xué)生一份，指導(dǎo)教師一份。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)目 錄摘 要1第1章 緒 論2第2章 設(shè)計框圖及電路系統(tǒng)概述32.1

3、 目的32.2 基本部分32.3 發(fā)揮部分32.4 設(shè)計框圖32.5 各個單元框圖原理分析4第3章 電源電路53.1 電路原理圖53.2 工作原理分析5第4章 光耦合電路原理及光耦合器簡單介紹64.1 光耦合電路的組成64.1.1 光耦合電路原理圖64.1.2 工作原理分析64.2 光耦合器的組成7第5章 鎖定電路原理及其中關(guān)鍵元器件的介紹95.1 鎖定電路的組成95.1.1 鎖定電路的原理圖95.1.2 工作原理分析95.2 555定時器的簡單介紹9第6章 電路的仿真126.1 白天不工作電路的仿真126.1.1 仿真電路現(xiàn)象126.1.2 仿真電路原理126.2 夜晚工作電路的仿真136.

4、2.1 仿真電路現(xiàn)象136.2.2 仿真電路原理13總 結(jié)14參 考 文 獻15附錄1 整機電路圖16附錄2 元器件明細表17I摘 要本文介紹的是具有延時控制功能的照明燈，它是具有光控制功能的節(jié)能燈頭。結(jié)構(gòu)簡單，體積小巧，使用方便，性能可靠。文中介紹它的組成、功能、工作原理。光控延時照明燈，采用紅外線發(fā)光二極管以及光敏三極管作為雙重光控元件，利用NE555集成塊來控制電路的開關(guān)狀態(tài)。光控延時照明燈一般用于走廊樓道照明。該燈白天由于光線的照射，始終處于關(guān)閉狀態(tài)。一到晚上，該燈就會自動點亮，延時一段時間后，又會自動熄滅。是一種十分實用的節(jié)能照明燈電路，不僅實用于家庭樓道，也同樣實用于公共廁所、公共

5、走廊、住宅區(qū)、工廠、學(xué)校走廊的公共照明。關(guān)鍵詞 光控；延時；照明燈第17頁第1章 緒 論由于近年來我國的照明器材行業(yè)的迅速崛起，中國已經(jīng)成為電光源產(chǎn)品的主要輸出國之一。照明器材行業(yè)屬一般性競爭行業(yè)，是我國輕工業(yè)對外開放較早的行業(yè)之一。我國加入WTO后，國際上一些知名品牌大企業(yè)相繼進入國內(nèi)產(chǎn)銷領(lǐng)域，使得國內(nèi)競爭國際化。努力增加節(jié)能光源和不同檔次、花樣、用途的照明器具的開發(fā)，加快綠色、節(jié)能光源產(chǎn)品的開發(fā)、推廣和應(yīng)用是我國目前照明器材行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點。我國照明器材行業(yè)將面臨著前所未有的機遇和挑戰(zhàn)，而由此帶來的巨大商業(yè)利益也成為一些企業(yè)矚目的焦點。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，用數(shù)字電路

6、技術(shù)實現(xiàn)燈的自動發(fā)亮、節(jié)能省電、延長燈的壽命變得越來越重要，而且貼近我們的實際生活。光控電路已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，它不需要開關(guān)，當(dāng)有人經(jīng)過時會自動點亮；廣泛應(yīng)用于走廊、樓道等公共場所，給人們的生活、帶來極大的方便。因此，得到了廣泛的應(yīng)用。光控電路是利用光控制電路工作的電子開關(guān)。該電路在設(shè)計時應(yīng)用了仿真軟件來進行仿真，然后才確定下來的，雖然用的僅僅是EWB軟件，但是在論文中也是比較有特色。能夠使人們在不知不覺中感受方便。第2章 設(shè)計框圖及電路系統(tǒng)概述2.1 目的1掌握單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理和各元器件的功能。2進一步了解光控延時照明燈組成框圖和各個單元工作原理及相互聯(lián)系。3掌握自己

7、實際操作動手能力的形成和進一步提高。4鍛煉自己對所學(xué)理論知識和技能的綜合運用能力。5提高自己對文獻資料的搜索和信息處理能力。6培養(yǎng)自己對社會普通科學(xué)知識的了解。7增強自身的知識見解和設(shè)計論文的方法。2.2 基本部分1電源電路，用的是交流電。2電轉(zhuǎn)換及放大部分，包括它的組成工作原理。3延時部分，包括它的電路及工作原理。4光控開關(guān)部分，包括它的組成及工作原理。2.3 發(fā)揮部分1可以采用不同的原理來完成。2可以采用不同的元件來實現(xiàn)各部分的工作。2.4 設(shè)計框圖為了在公共場所，如走廊、衛(wèi)生間等，提供一種方便節(jié)能的燈頭，設(shè)計了以光照控制的開關(guān)。白天，通過光照鎖定燈不會亮；晚上，電路開始工作，有人進入光控

8、區(qū)時，燈變亮，延時一段時間后自動熄滅，從而起到方便節(jié)能的作用。根據(jù)設(shè)計電路得到所要完成的功能和達到的效果。圖2-1 設(shè)計框圖2.5 各個單元框圖原理分析1電源電路電源電路為整個電路提供需要的電壓。整機電路圖(見附錄1)中C4、R5、VD、R6及C3組成電源電路，220V交流市電壓經(jīng)VD整流，C3濾波電容，即利用電容通交阻直作用為下一電路提供交流電壓，使整個電路開始工作。2光耦合電路光敏二極管VTL1在此電路中的作用主要是光敏二極管VTL1接收到VL發(fā)出的紅外線使其導(dǎo)通，從而使光敏二極管集電極與IC芯片2腳相連，為其提供工作電壓。3鎖定電路VTL2是一個3DU系列的光敏三極管，它的集電極與IC芯

9、片4腳相連，在白天光敏三極管導(dǎo)通，4腳呈現(xiàn)低電平，IC集成塊被鎖死，3腳始終呈現(xiàn)低電平，燈泡不會發(fā)光，只有在夜晚，光敏三極管截止，4腳呈現(xiàn)高電平，IC塊鎖定被解除，整個電路才可以正常工作。4燈光開關(guān)控制燈光開關(guān)控制電路由VT和EL組成。下面簡單介紹一下電源電路中各元器件的功能和作用。VT選用的是MAC97A6小型塑封雙向晶閘管，其內(nèi)部相當(dāng)于是由3個PN結(jié)組成，每個PN結(jié)都具有單向?qū)щ娦?，在電路中相?dāng)于一個自動開關(guān)，決定著3條支路的通斷情況：連接電源的部分；連接芯片IC第3腳電路；連接燈泡電路。EL是一個簡單的照明燈，顯示燈亮滅的情況。亮滅由雙向晶閘管決定，當(dāng)電路滿足工作情況時，IC芯片3腳輸出

10、高電平時候雙向晶閘管導(dǎo)通，這時候EL燈亮。第3章 電源電路圖3-1 電源電路原理圖3.1 電路原理圖3.2 工作原理分析電源電路中各元器件的功能和作用：VD是一個整流二極管，對220V交流市電壓進行整流。C3是一個濾波電容，其大小0.33u/220V對整流220V交流市電壓，進行通交阻直作用，濾除直流成分，使交流成分為下幾個電路部分提供工作電壓。R5是一個限流電阻，其阻值R5=100K，阻值很大，可以看出是一個限流電阻，使其降壓，防止大電流通過損壞元器件，使電路不能正常工作。C4是一個保護電容，其大小0.1u/100V，它的作用是保護前面的二極管VD。同時與電阻R5并聯(lián)組成RC諧振電路。R6是

11、一個限流電阻，其阻值R6=10K，阻值很大，可以看出也是一個限流電阻對整個電路起保護作用。第4章 光耦合電路原理及光耦合器簡單介紹光電耦合器是近幾年發(fā)展起來的一種半導(dǎo)體光電器件。由于它具有體積小、壽命長、抗干擾能力強、工作溫度寬及無觸點輸入（輸出），在電氣上完全隔離等特點，被廣泛地應(yīng)用在電子技術(shù)領(lǐng)域及工業(yè)自動控制領(lǐng)域中。它可以代替繼電器、變壓器、斬波器等。也可用于隔離電路、開關(guān)電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換、邏輯電路、過流保護、長線傳輸、高壓控制及電平匹配等。4.1 光耦合電路的組成圖4-1 光耦合電路原理圖4.1.1 光耦合電路原理圖4.1.2 工作原理分析光耦合電路由R1、R2、VTL1及VT組成。1R1

12、、R2為限流電阻，在電路中起保護作用，其中R1=10K、R2=2.2K，由歐姆定律得I=U/R，所以通過R1上的電流I1=(220V-UVL)/R1>UV,UVL很小為0.2，所以忽略，則I1=220V/ R1=220V/10K=22mA。在圖中R1，VL與R2，VTL1組成并聯(lián)電路，構(gòu)成光電耦合電路。2VL選用的是型號為HG501的中功率紅外發(fā)射二極管，具有單向?qū)щ娦?，起到開關(guān)作用，工作在導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài)。3VTL1是光敏二極管，在此電路中，當(dāng)光敏二極管VTL1接收到VL發(fā)出的紅外線時使其導(dǎo)通，從而使光敏二極管集電極與IC芯片2腳相連，為其提供工作電壓。4.2 光耦合器的組成光電耦合

13、器主要由兩個元件組成：一是光源，實際上它是一個發(fā)光二極管（LED）。二是光敏器件，它可選用光電池、光敏三極管、光敏單向可控硅等器件。最通用的光電耦合器件是把砷化鉀發(fā)光二極管（LED）和硅光敏三極管封裝在完全與外界光線隔離的外殼中。如圖4-2所示：圖4-2 光電耦合器件結(jié)構(gòu)圖圖4-3 線性工作方式的光電耦合器件原理圖光電耦合器的基本工作過程如下：當(dāng)有電流流過LED時，便產(chǎn)生光源，光的強度取決于激勵電流的強度，此光源照射到封裝在一起的光敏三極管上后，控制光敏三極管產(chǎn)生與LED正向電流成比例的集電極電流。圖4-3表示的是線性工作方式的光耦器件。二極管有正向電流IF時產(chǎn)生光源，使光敏三極管的集電極電流

14、Ic供給負載電阻RL。為了設(shè)計光耦合器件的輸入電路要掌握以下三個參數(shù)：二極管正向電流、二極管正向電壓VF和輸入電壓Vin。限流電阻R可用下式計算： （4-1）一般說來，二極管的正向電流、電壓曲線由生產(chǎn)廠家給出。這樣，按照曲線，就可以確定工作點，限流電阻R的值也就很容易計算了。在光耦器件的輸出部分，有意義的參數(shù)是光敏三極管的集電極電流Ic。在光敏三極管的集電極生成的電流的大小，與二極管的正向電流IF和光耦器件的直流電流傳輸率或稱耦合系數(shù)成正比。如果二極管的正向電流是已知的。光敏三極管的集電極電流可由下式進行計算： （4-2）在生產(chǎn)廠家提供的資料中，會給出在特定的集電極發(fā)射極電壓Vce下的交流電流

15、傳輸率曲線，從這個曲線中，可以求出集電極和發(fā)射極電流，為了得到負載電壓Vout，可以選擇合適的負載RL值。第5章 鎖定電路原理及其中關(guān)鍵元器件的介紹5.1 鎖定電路的組成5.1.1 鎖定電路的原理圖5-1鎖定電路的原理圖5.1.2 工作原理分析鎖定電路由R3、VTL2和IC組成。R3是一個限流電阻，保護光敏二極管VTL2，串聯(lián)在VTL2的集電極，其阻值R3=5.1K。VTL2是一個3DU系列的光敏三極管，它的集電極與IC芯片4腳相連，只有當(dāng)4腳輸出高電平時光敏三極管才導(dǎo)通，整個電路才可以正常工作。所以可以明顯看出此電路實現(xiàn)的是一個鎖定功能，只有IC芯片4腳為高電平時電路才工作。5.2 555定

16、時器的簡單介紹555定時器是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，利用它可以方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，所以555定時器在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到應(yīng)用。1 電路組成555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如圖5-1所示。它由內(nèi)部含有三個5千歐電阻組成的電阻分壓器、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、集電極開路的放電三極管VT以及緩沖器等組成。圖5-2為555定時器的外引線排列圖。圖5-1 CB555的電路結(jié)構(gòu)圖5-2外引線排列圖（1）電阻分壓器由三個3到5千歐的電阻R組成，為變壓比較器C1和C2提供基準(zhǔn)電壓。（2）電壓比較

17、器由C1和C2組成，當(dāng)控制電壓輸入端CO懸空時，C1和C2基準(zhǔn)電壓分別為2/3Vcc和1/3Vcc。C1的反向輸入端TH稱為555定時器的高觸發(fā)端，C2的同向輸入端稱為555定時器的低觸發(fā)端。（3）基本RS觸發(fā)器 基本RS觸發(fā)器由兩個與非門G1和G2構(gòu)成。比較器C1的輸出作為置0輸入端，若C1輸出為0，則Q=0；比較器C2的輸出作為置1輸入端，若C2輸出為0，則Q=1。是定時器的復(fù)位輸入端，只要=0，定時器的輸出端OUT則為0。正常工作時，必須使處于高電平。（4）放電管VTVT是集電極開路的三極管，VT的集電極作為定時器的引出端D。（5）緩沖期緩沖器由G3和G4構(gòu)成，用于提高電路的負載能力。2

18、工作原理555定時器的工作原理比較簡單。為置0輸入端，當(dāng)=0時，定時器的輸出OUT為0；當(dāng)=1時，555定時器具有以下功能：（1）當(dāng)高觸發(fā)端TH>2/3Vcc，且低觸發(fā)端>1/3Vcc時，比較器C1輸出為低電平；C1輸出的低電平將RS觸發(fā)器置于0狀態(tài)，即Q=0，使得定時器的輸出OUT為0，同時放電管VT導(dǎo)通。（2）當(dāng)?shù)陀|發(fā)端<1/3Vcc，且低觸發(fā)端TH<2/3Vcc時，比較器C2輸出為低電平；C2輸出的低電平將RS觸發(fā)器置為1狀態(tài)，即Q=1，使得定時器的輸出OUT為1，同時放電管VT截止。（3）當(dāng)TH<2/3Vcc、>1/3Vcc時，定時器的輸出OUT和放

19、電管VT的狀態(tài)保持不變。根據(jù)以上分析，可以得出555定時器的功能表，見表5-1。表5-1 555定時器的功能表輸入輸出THOUTVT00導(dǎo)通>>10導(dǎo)通<>1不變不變<<1不變截止第6章 電路的仿真此次電路仿真運用的EWB仿真軟件，在仿真過程中也遇到少許問題，例如EWB元器件庫中沒有光電耦合器之類的元器件而只能用開關(guān)代替。而且在仿真電路時不能改變元器件庫里面設(shè)置好的元件參數(shù)。但是，通過努力，最終仿真還是比較成功。對于白天不工作和夜晚工作的電路都通過了仿真。6.1 白天不工作電路的仿真6-1白天有光照不工作的仿真圖6.1.1 仿真電路現(xiàn)象燈泡不亮。6.1.2

20、仿真電路原理如圖6-1，白天有光照射時，VTL2呈現(xiàn)導(dǎo)通狀態(tài)，使IC的4腳（復(fù)位端）為低電平，整個控制電路白天被鎖定而不工作，不管有無人進入控制區(qū)燈泡都不會亮。6.2 夜晚工作電路的仿真圖6-2晚上無光照電路工作的仿真圖6.2.1 仿真電路現(xiàn)象燈泡發(fā)光。6.2.2 仿真電路原理如圖6-2，在晚上，VTL2因無光照射而呈現(xiàn)截止?fàn)顟B(tài)，IC的4腳變?yōu)楦唠娖?，整個光控電路開始進入工作狀態(tài)。當(dāng)有人進人光控區(qū)后，VTLl截止、VT2飽和，IC的2腳變?yōu)榈碗娖剑琁C的3腳輸出高電平，使VT受觸發(fā)而導(dǎo)通（相當(dāng)于仿真圖中開關(guān)閉合），照明燈EL被點亮。當(dāng)人離開光控區(qū)時，光線照射使VTL1飽和、VT2截止，IC的2

21、腳變?yōu)楦唠娖?，電源?jīng)過RP對C1充電，當(dāng)充電結(jié)束時，IC塊7腳變?yōu)楦唠娖剑娐钒l(fā)生翻轉(zhuǎn)，IC塊暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，其3腳恢復(fù)低電平，使VT截止，照明燈EL熄滅?？?結(jié)通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我受到了一次應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題的全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在綜合知識的選用方面，在產(chǎn)品開發(fā)的基本思想、方法方面，以及在常用電路分析思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步。為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。這次在指導(dǎo)老師的幫助下，在同學(xué)的幫助下，基本上完成了設(shè)計任務(wù)，在電路分析與設(shè)計方面也有了一定的提高，為今后走上工作崗位打下了專業(yè)基礎(chǔ)。在這次的畢業(yè)設(shè)計中，讓我深深地體會到進行電子產(chǎn)品的開發(fā)不是一件簡單的事情，它需要設(shè)計者具有全面的專業(yè)知識