光控照明電路課程設(shè)計(jì)(共15頁(yè))

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(jì)報(bào)告題目：光控照明電路目錄一、引言當(dāng)電器照明使得人類(lèi)活動(dòng)的時(shí)域、空域大為延伸時(shí)，人類(lèi)的文明和一切活動(dòng)都已離不開(kāi)照明，然而過(guò)量的照明不僅大量消耗量了能源，加重了能源的浪費(fèi)，而且給環(huán)境污染雪上加霜。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界各國(guó)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(biāo)。目前我國(guó)照明自控裝置的開(kāi)發(fā)水平扔落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，另外各地照明仍存在許多能源浪費(fèi)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(guò)程簡(jiǎn)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(gè)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(gè)照明電路的核心，根據(jù)環(huán)境的明暗程度來(lái)控制燈的開(kāi)啟和關(guān)閉。如上圖，圖1所示，主電路中有兩個(gè)開(kāi)關(guān)K和S ，K是控制電路中繼電器K的隨動(dòng)開(kāi)關(guān)；而S是手動(dòng)開(kāi)關(guān)。當(dāng)環(huán)境比較明亮不需要照明時(shí)，控制電路中的運(yùn)算放大器輸出低電平，晶體管無(wú)輸入偏流而截至，繼電器線圈無(wú)電流流過(guò)，開(kāi)關(guān)K處于斷開(kāi)狀態(tài)，燈不亮；當(dāng)環(huán)境昏暗需要照明時(shí)，運(yùn)算放大電路輸出高電平，晶體管飽和導(dǎo)通，繼電器線圈有電流流過(guò)，隨動(dòng)開(kāi)關(guān)K閉合，燈被點(diǎn)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(dǎo)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(cè)器。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻隨著光照強(qiáng)弱而改變的電阻器，入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。它利用光線的強(qiáng)弱來(lái)控制照明開(kāi)關(guān)的動(dòng)作，動(dòng)作點(diǎn)可根據(jù)實(shí)際光線的強(qiáng)弱調(diào)節(jié)，運(yùn)行時(shí)無(wú)需人工操作，避免了人工操作開(kāi)關(guān)不及時(shí)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(dāng)它收到光的照射時(shí)，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子空穴對(duì)，參與導(dǎo)電，是電路中電流增強(qiáng)，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(jiàn)光光敏電阻器。本次采用的是可見(jiàn)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(jiàn)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(jià)格低廉等特點(diǎn)，所適用的可見(jiàn)光光譜范圍為0.4 0.76m。型號(hào)參數(shù)最高工作電壓/V額定功率/mW亮電阻/k暗電阻/M時(shí)間常數(shù)/s溫度范圍/外徑尺寸/mm封裝形式M40 +705樹(shù)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(guò)一次設(shè)定后就不再需要變

5、動(dòng)的用途上。所以被安置在機(jī)器的內(nèi)部，使其不會(huì)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(dòng)波紋系數(shù)提升高效平滑直流輸出的一種儲(chǔ)能器件，通常把這種器件稱(chēng)其為濾波電容。濾波電容具有電極性，亦稱(chēng)其為電解電容。電解電容的一端為正極，另一端為負(fù)極，正極端連接在整流輸出電路的正端，負(fù)極連接在電路的負(fù)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(huì)使電子電路的工作性能更加穩(wěn)定，同時(shí)也降低了交變脈動(dòng)波紋對(duì)電子電路的干擾。濾波電容在電路中的符號(hào)一般用“C表示，電容量應(yīng)根據(jù)負(fù)載電阻和輸出電流大小來(lái)確定。當(dāng)濾波電容達(dá)到一定容量后，加大電容容量反而會(huì)對(duì)其他一些指標(biāo)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(chēng)輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。5) 晶體管 晶體管是一種固體半導(dǎo)體器件，具有檢波、整流、放大、開(kāi)關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制等多種功能。晶體管作為一種可變電流開(kāi)關(guān)，能夠基于輸入電壓控制輸出電流。與普通機(jī)械開(kāi)關(guān)（如Relay、switch）不同，晶體管利用電訊號(hào)來(lái)控制自身的開(kāi)合，而且開(kāi)關(guān)速度可以非?？欤瑢?shí)驗(yàn)室中的切換速度可達(dá)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?yàn)橐话鉛I至少要比U0大V ，但最大不能超過(guò)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(chǔ)備電流，當(dāng)需要突發(fā)大電流時(shí)變壓器不夠用時(shí)電解電容可以補(bǔ)充瞬間的不足。2. 電路工作原理1) 電源電路設(shè)計(jì)（圖2） 工作原理 接通電源，220V交流電經(jīng)過(guò)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(zhǎng)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(lái)抵消輸入端引線過(guò)長(zhǎng)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(lái)改善輸出端的暫態(tài)響應(yīng)，使得瞬時(shí)增減負(fù)載電流時(shí)不至于引起輸出電壓較大的波動(dòng)，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(yàn)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(guò)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(dāng)白天的時(shí)候，控制電路中的電流為1.132mA，未達(dá)到繼電器工作電流，故開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，燈泡不亮。當(dāng)黑夜時(shí)，電流變?yōu)?1.72mA，超過(guò)了繼電器的工作電流，故開(kāi)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(jì)(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(shí)自動(dòng)停止工作，而在天黑時(shí)自動(dòng)開(kāi)始工作，負(fù)責(zé)照明。這樣不但節(jié)約了能源，避免長(zhǎng)明燈現(xiàn)象，又節(jié)約了人力，還節(jié)省了照

10、明電路的開(kāi)關(guān)設(shè)施?；谶@樣的目的，照明設(shè)備的開(kāi)關(guān)時(shí)刻無(wú)需特別精確。因此，根據(jù)實(shí)際需要，選擇如圖3所示的控制電路，該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本價(jià)格低廉，這本身就順應(yīng)了節(jié)能的初衷。 運(yùn)算放大器和R2、R3、R4、VS構(gòu)成滯回比較器，12V電壓經(jīng)過(guò)R5、RP2分壓為運(yùn)算放大器的同相輸入端提供一個(gè)參考電壓UREF 則同相輸入端的點(diǎn)位U+為 顯然，滯回比較器的兩個(gè)閾值電壓為由于運(yùn)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(qiáng)弱而變化，當(dāng)光照強(qiáng)烈時(shí)，呈現(xiàn)低電阻；沒(méi)有光照時(shí)，呈現(xiàn)高阻值。當(dāng)U1U2時(shí)，晶體管VT截止，繼電器K不動(dòng)作，燈不亮；當(dāng)外界照明昏暗時(shí)，RG的組織開(kāi)始

11、變大，U1點(diǎn)電位降低，當(dāng)達(dá)到U1UT2時(shí)，運(yùn)算放大器輸出高電平，晶體管VT飽和導(dǎo)通，繼電器線圈K得電，其常開(kāi)接觸點(diǎn)K吸合，燈點(diǎn)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(shí)電路，可以吸收雷電等瞬間光線干擾。電路通過(guò)RP1、RP2可以調(diào)節(jié)燈在合適的光線下點(diǎn)亮和關(guān)閉，VD對(duì)繼電器起續(xù)流保護(hù)作用。 電路仿真a. 白晝不需要照明時(shí)的控制電路仿真圖 白晝環(huán)境下，光敏電阻的亮電阻較小（510k）從仿真圖中看出，運(yùn)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(kāi)關(guān)斷開(kāi)，照明燈不亮。b.黑

12、夜需要照明時(shí)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(dá)1M，從仿真圖看出，運(yùn)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(yùn)算放大器輸出為高電平，晶體管飽和導(dǎo)通，其集電極電流為41.72mA，繼電器線圈有電流流過(guò)，開(kāi)關(guān)閉合，所控制的照明電路開(kāi)始工作。3) 所用元器件一覽表編號(hào)元器件名稱(chēng)元器件型號(hào)數(shù)量?jī)r(jià)格/元R1電阻200k10.01R2電阻1k10.01編號(hào)元器件名稱(chēng)元器件型號(hào)數(shù)量?jī)r(jià)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(kāi)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(jì)研究的是光控照明電路，它有如下幾項(xiàng)特點(diǎn)：1. 功耗低，在明亮環(huán)境下幾乎不通電，白天整個(gè)電路理論消耗最大功率為0.73W，實(shí)際消耗掉功率在0.5W

14、以下。2. 抗干擾能力強(qiáng)，采用只會(huì)比較電器，對(duì)短暫的干擾不會(huì)有反應(yīng)，如黑夜里的閃光，車(chē)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(yùn)輸安裝 。 但經(jīng)過(guò)查找資料，發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際電路中，本電路其實(shí)還可以改進(jìn)，即如果在設(shè)計(jì)光控照明燈的基礎(chǔ)上,再加上用單片機(jī)來(lái)控制VT的導(dǎo)通和延時(shí),那么當(dāng)環(huán)境變暗時(shí),光敏電阻阻值上升,從而觸發(fā)單片機(jī)工作,使得VT導(dǎo)通,一旦導(dǎo)通可以使電路連續(xù)工作18h(或者可以自己設(shè)定時(shí)間),則電路性能更能顯示其優(yōu)越性。簡(jiǎn)單介紹一下單片機(jī)。單片機(jī)，全稱(chēng)單片微型計(jì)算機(jī)（英語(yǔ)：Single-Chip Microcomputer），又稱(chēng)微控制器（Microcont

15、roller），是把中央處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)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(jì)算機(jī)。與應(yīng)用在個(gè)人電腦中的通用型微處理器相比，它更強(qiáng)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(diǎn)是體積小，可放在儀表內(nèi)部，但存儲(chǔ)量小，輸入輸出接口簡(jiǎn)單，功能較低。由于其發(fā)展非常迅速，舊的單片機(jī)的定義已不能滿足，所以在很多應(yīng)用場(chǎng)合被稱(chēng)為范圍更廣的微控制器；五、本次課程設(shè)計(jì)的體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)是自己對(duì)一個(gè)完整的電路從陌生到熟悉課程設(shè)計(jì)是以學(xué)生自己動(dòng)手動(dòng)腦，并親手設(shè)計(jì)、制作、組裝與調(diào)試為特色的。它將書(shū)本上學(xué)到的理論知識(shí)和基本技能運(yùn)用到實(shí)踐中，基本工藝知識(shí)和創(chuàng)新啟蒙

16、有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)我們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。作為信息時(shí)代的大學(xué)生，僅會(huì)書(shū)本理論是不夠的，基本的動(dòng)手能力是一切工作和創(chuàng)造的基礎(chǔ)和必要條件。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，使我對(duì)電子工藝的理論有了更深的了解。這些知識(shí)不僅在課堂上有效，在日常生活中更是有著現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，讓我真正體驗(yàn)了一次探索學(xué)習(xí)的過(guò)程。從對(duì)整個(gè)電路的不解和疑惑，到最后經(jīng)過(guò)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(shí)踐，自己的各方面知識(shí)都又有了進(jìn)一步的豐富和提高。本次設(shè)計(jì)的主要收獲是不但鞏固了電子技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，也體驗(yàn)了電路仿真軟件EWB的應(yīng)用，是我對(duì)電子這門(mén)課程有了更深，更全面的了解。通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)，我們深刻體會(huì)到了自己原來(lái)所學(xué)的東西只是一個(gè)表面性的，甚至有時(shí)是理想化的，理論方面的指示，設(shè)計(jì)一個(gè)很簡(jiǎn)單的電路，所要考慮的問(wèn)題要比考試的時(shí)候考慮的多的多，它在現(xiàn)實(shí)中還存在的很多問(wèn)題，如要考慮它的可行性，實(shí)用性等等；正所謂“紙上談兵終覺(jué)淺，覺(jué)知此事要躬行?！睂W(xué)習(xí)任何知