傳感器課程設(shè)計(jì)6號(hào)設(shè)計(jì)doc(共18頁(yè))

1、 題 目 光控延時(shí)照明燈 摘要(zhiyo)隨著(su zhe)電力電子的蓬勃發(fā)展和迅速換代促進(jìn)了交流電動(dòng)機(jī)變流(頻)供電技術(shù)(jsh)的迅速發(fā)展和變流(頻)裝置的現(xiàn)代化，其中逆變技術(shù)的發(fā)展是其中具有代表性的一個(gè)分支，具有很重要的研究?jī)r(jià)值。電流控制電壓型逆變器(Current-controlled PWM)，簡(jiǎn)稱CC-PWM,是一種電壓型逆變器的直接電流控制方法，即：通過(guò)電流的閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)逆變器負(fù)載電流的準(zhǔn)確、及時(shí)跟蹤。在CC-PWM電流控制方案中，滯環(huán)電流控制是應(yīng)用得最經(jīng)常、最廣泛的一種控制方法。本文對(duì)滯環(huán)電流控制的電流跟蹤型逆變器進(jìn)行了原理的分析，并且利用Matlab/Simulink動(dòng)態(tài)

2、仿真工具對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)的仿真，驗(yàn)證了其原理的正確性和可行性，證明了滯環(huán)電流控制具有輸出電流正弦，具有魯棒性好和動(dòng)態(tài)性能好的突出優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：逆變器 電流控制 滯環(huán)電流 仿真目 錄TOC o 1-2 u 一 、設(shè)計(jì)(shj)目的二、設(shè)計(jì)(shj)任務(wù)與要求2.1設(shè)計(jì)(shj)任務(wù)2.2設(shè)計(jì)要求三、設(shè)計(jì)步驟及原理分析3.1設(shè)計(jì)方法3.2設(shè)計(jì)步驟3.3設(shè)計(jì)原理分析四、課程設(shè)計(jì)小結(jié)與體會(huì)五、參考文獻(xiàn) TOC o 1-2 h z u 單相電流跟蹤型逆變器傳感器技術(shù)課程設(shè)計(jì)PAGE 14 PAGE 15一 、設(shè)計(jì)(shj)目的 過(guò)去，在很多用電的公共場(chǎng)所，常采用由值班人員晚上合閘白天拉閘的控制方式，其

3、缺點(diǎn)是人工控制較繁瑣，操作受人為因素影響，有時(shí)天亮著便開(kāi)了燈，有時(shí)天黑卻沒(méi)有(mi yu)照明。本文就來(lái)介紹一種既實(shí)用又便于制作的光控照明燈電路。二、設(shè)計(jì)(shj)任務(wù)與要求 2.1設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)光控延時(shí)照明燈2.2設(shè)計(jì)要求 在光線亮?xí)r，節(jié)電開(kāi)關(guān)呈關(guān)閉狀態(tài)，燈不亮，夜間或光線較暗時(shí)，節(jié)電開(kāi)關(guān)呈預(yù)備工作狀態(tài)。當(dāng)有人經(jīng)過(guò)該開(kāi)關(guān)附近時(shí)，紅外傳感器檢測(cè)到人體信號(hào)把節(jié)電開(kāi)關(guān)啟動(dòng)，燈亮，當(dāng)人離去時(shí)，延時(shí)4050秒后節(jié)電開(kāi)關(guān)自動(dòng)關(guān)閉、燈滅。三、設(shè)計(jì)步驟及原理分析3.1設(shè)計(jì)方法教室感應(yīng)自動(dòng)照明控制電路由紅外傳感器、放大電路、倍壓整流、光控電路、電子開(kāi)關(guān)、延時(shí)和交流開(kāi)關(guān)七部分電路組成。3.2設(shè)計(jì)步驟3.3設(shè)

4、計(jì)原理(yunl)分析圖2-1紅外線傳感器、光控智能(zh nn)開(kāi)關(guān)原理圖 原理(yunl)說(shuō)明電路原理： 紅外傳感器是感應(yīng)人體信號(hào)，VT1、R1、R3、C1組成放大電路。為了獲得較高的靈敏度，VT1 的值選用大于100。R3不宜過(guò)小，否則電路容易產(chǎn)生間歇振蕩，C2、D1和D2、C3構(gòu)成倍壓整流電路。R4、R5和光敏電阻D5組成光控電路。有光照射在D5上時(shí)，阻值變小，對(duì)直流控制電壓衰減很大。VT2、VT3和R7、D3組成的電子開(kāi)關(guān)截止，C4 內(nèi)無(wú)電荷，單向可控硅MCR截止，燈泡不亮。在MCR截止時(shí)，直流高壓經(jīng)R9、R10、D4降壓后加到C3、CW1（穩(wěn)壓管）上端。C3為濾波電容，CW1為穩(wěn)壓

5、值1215V的穩(wěn)壓二極管，保證C3上電壓不超過(guò)15V直流電壓。當(dāng)無(wú)光照射D5時(shí)，D5 阻值很大，對(duì)直流控制電壓衰減很小，VT2、VT3等組成的電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，D3 也導(dǎo)通，使C4充電。R8、C5和單向可控制MCR、D6D9組成延時(shí)與交流開(kāi)關(guān)。C4通過(guò)R8 把直流觸發(fā)電壓加到MCR控制端，MCR導(dǎo)通，燈泡點(diǎn)亮。燈泡發(fā)光時(shí)間長(zhǎng)短由C4、R8 的參數(shù)決定，按圖中所給出的元器件數(shù)值（R8為22K），發(fā)光4050秒左右后，MCR截止，燈熄滅。C5為抗干擾電容，用于消除燈泡發(fā)光抖動(dòng)現(xiàn)象。電路(dinl)各部分介紹紅外線傳感器熱釋電人體(rnt)紅外線傳感器是上世紀(jì)80年代末期出現(xiàn)的一種新型傳感器件?，F(xiàn)在，已

6、得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前，一些書(shū)刊只簡(jiǎn)要介紹了被動(dòng)式熱釋電人體紅外線傳感器的基本應(yīng)用。本文就主動(dòng)式和被動(dòng)式兩方面(fngmin)的基本應(yīng)用原理作大致介紹。目前(mqin)，市場(chǎng)上出現(xiàn)(chxin)的熱釋電人體紅外線傳感器主要有上海產(chǎn)的SD02、PH5324，德國(guó)產(chǎn)的LH1954、LH1958，美國(guó)(mi u)HAMAMATSU公司產(chǎn)P2288，日本NIPPON CERAMIC公司的SCA02-1、RS02D等。雖然它們的型號(hào)不一樣，但其結(jié)構(gòu)、外型和電參數(shù)大致相同，大部分可以彼此互換使用。利用紅外線的物理性質(zhì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量的傳感器。紅外線又稱紅外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。任何物

7、質(zhì)，只要它本身具有一定的溫度（高于絕對(duì)零度），都能輻射紅外線。紅外線傳感器測(cè)量時(shí)不與被測(cè)物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式兩類。檢測(cè)元件按工作原理可分為熱敏檢測(cè)元件和光電檢測(cè)元件。熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時(shí)溫度升高，電阻發(fā)生變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。光電檢測(cè)元件常用的是光敏元件，通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料制成。紅外線傳感器常用于無(wú)接觸溫度測(cè)量，氣體成分分析和無(wú)損探傷，在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境工程等領(lǐng)域得

8、到廣泛應(yīng)用。例如采用紅外線傳感器遠(yuǎn)距離測(cè)量人體表面溫度的熱像圖，可以發(fā)現(xiàn)溫度異常的部位，及時(shí)對(duì)疾病進(jìn)行診斷治療（見(jiàn)熱像儀）；利用人造衛(wèi)星上的紅外線傳感器對(duì)地球云層進(jìn)行監(jiān)視，可實(shí)現(xiàn)大范圍的天氣預(yù)報(bào)；采用紅外線傳感器可檢測(cè)飛機(jī)上正在運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī) 的過(guò)熱情況等。HN911采用熱釋電紅外控制模塊的照明燈，它可以用于衛(wèi)生間、儲(chǔ)藏室、樓梯走廊(zulng)等處，可做到人來(lái)燈亮，人走燈滅，并且還具有白天自動(dòng)封鎖功能。HN911系列模塊是采用新技術(shù)和新工藝，將高靈敏度的熱釋電紅外傳感器、放大器、信號(hào)(xnho)處理及輸出電路組裝在一起制成模塊式電路，它具有從信號(hào)接收至控制輸出的全部功能。在它的輸出端接上晶體管

9、放大電路或單穩(wěn)態(tài)電路可以驅(qū)動(dòng)繼電器，接上光耦合電路可以驅(qū)動(dòng)雙向可控硅。圖2-3 HN911模塊的內(nèi)部電路(dinl)結(jié)構(gòu)單相(dn xin)倍壓整流電路在一些需用高電壓、小電流的地方，常常(chngchng)使用倍壓整流電路。倍壓整流，可以把較低的交流電壓，用耐壓較低的整流二極管和電容器，“整”出一個(gè)較高的直流電壓。倍壓整流電路一般按輸出電壓是輸入電壓的多少倍，分為二倍壓、三倍壓與多倍壓整流電路。圖4-4是二倍壓整流電路。電路由變壓器B、兩個(gè)整流二極管D1、D2及兩個(gè)電容器C1、C2組成。圖2.4單相倍壓整流電路其工作(gngzu)原理如下： e2 正半周（上正下負(fù)）時(shí)，二極管D1導(dǎo)通，D2

10、截止(jizh)，電流經(jīng)過(guò)D1 對(duì)C1充電(chng din)，將電容Cl上的電壓充到接近e2 的峰值，并基本保持不變。e2 為負(fù)半周（上負(fù)下正）時(shí)，二極管D2導(dǎo)通，Dl截止。此時(shí)，Cl上的電壓Uc1E2與電源電壓e2 串聯(lián)相加，電流經(jīng)D2 對(duì)電容C2 充電，充電電壓Uc2e2 峰值12E22E2。如此反復(fù)充電，C2 上的電壓就基本上是2E2了。它的值是變壓器電級(jí)電壓的二倍，所以叫做二倍壓整流電路。在實(shí)際電路中，負(fù)載上的電壓Usc=2x1.2E2 。整流二極管D1和D2所承受的最高反向電壓均為2E2。電容器上的直流電壓Uc1=E2，Uc2=2E2?？梢該?jù)此設(shè)計(jì)電路和選擇元件延時(shí)電路分析RC電路

11、的過(guò)渡過(guò)程時(shí)，不一定只分析電容電壓的變化，可能是任意支路電流或任意元件上的電壓，所以一般用f(t)表示任意一種電量。這里寫出分析RC電路任意電量的過(guò)渡過(guò)程的步驟： (1)計(jì)算換路前最后時(shí)刻t=0-時(shí)電容電壓uc(0-)的值。分析電路時(shí)，要把電容看作開(kāi)路，按直流電路的分析方法計(jì)算；(2)按換路定律(dngl)uc(0+)=uc(0-)，寫出換路后的電容(dinrng)電壓；(3)求電路(dinl)中需要的f(0+)值。注意使用換路后的電路，將uc(0+)作為直流電壓源進(jìn)行分析；(4)求f()值：注意使用換路后的電路，電容看成開(kāi)路用直流電路分析方法；(5)求時(shí)間常數(shù)t：R是從電容兩端看進(jìn)去的等效電

12、阻，注意應(yīng)將電壓源短路、電流源開(kāi)路，再進(jìn)行電阻的串并聯(lián)，然后計(jì)算tRC。(6)用三要素公式求： 所以RC延時(shí)電路的延遲時(shí)間可以通過(guò)改變RC的值來(lái)實(shí)現(xiàn)，它具有改變方便，制作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛用于對(duì)延遲時(shí)間要求不是很高，很長(zhǎng)的電路中。光控電子開(kāi)關(guān)電路的設(shè)計(jì)光控電子開(kāi)關(guān)起到日熄夜亮的控制作用，以節(jié)約用電。圖2-5光控電子(dinz)開(kāi)關(guān)原理圖工作(gngzu)原理電路(dinl)如圖2-4所示，220V交流電通過(guò)燈泡H及整流全橋后XC5215-6BG225I，單向可控硅VS因無(wú)觸發(fā)電流而阻斷。此時(shí)流過(guò)燈泡H的電流2.2mA,燈泡H不能發(fā)光。電阻R1和穩(wěn)壓二極管DW使三極管V偏壓不超過(guò)6.8V，對(duì)三

13、極管起保護(hù)作用。夜晚，亮度小于一定程度時(shí)，光敏二極管D呈現(xiàn)高阻狀態(tài)100K，使三極管V正向?qū)ǎl(fā)射極約有0.8V的電壓，使可控硅VS觸發(fā)導(dǎo)通，燈泡H發(fā)光。RP是清晨或傍晚實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換的亮度選擇元件。紅外線傳感器、光控智能開(kāi)關(guān)的制作與調(diào)試本電路按要求選擇元器件，焊接正確，即可使用推廣。若靈敏度不夠，可減小熱釋電紅外線傳感器串聯(lián)的電阻R1，但R1不夠太小，應(yīng)視具體情況而定。適當(dāng)減小R1后靈敏度仍不夠時(shí)，可更換耦合電容C1，將1uF換成0.7uF，效果將很顯著。制作的如圖2-3所示。圖2-6紅外線傳感器、光控智能(zh nn)開(kāi)關(guān)PCB板光控電子(dinz)開(kāi)關(guān)的安裝(nzhung)與調(diào)試安裝時(shí)將

14、它與受控電燈H串聯(lián)，并讓它正對(duì)著天幕或房子采光窗前較明亮的空間，避免3米以內(nèi)夜間燈光的直接照射。調(diào)試宜傍晚時(shí)進(jìn)行，調(diào)節(jié)RP阻值的大小，使受控電燈H在適當(dāng)?shù)牧炼认率键c(diǎn)亮。制作的如圖2-5所示。圖2-7光控電子(dinz)開(kāi)關(guān)的PCB板四、照明(zhomng)電路中實(shí)際中元件的選用(xunyng)及設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)原理HN911是一款新型熱釋電紅外探測(cè)采用雙列6腳直插式封裝。其管腳排1所示。該傳感器由于內(nèi)部放大器可以將人體輻射保證了傳感器的工作穩(wěn)定性。HN911可在嚴(yán)寒或炎熱等惡劣環(huán)附表為HN911紅外探測(cè)模工作原理HN911紅外探測(cè)模塊內(nèi)部電路主要放大器、比較器、電1腳輸出高電平,2腳輸動(dòng)態(tài)時(shí),即有

15、移動(dòng)發(fā)熱物體傳感器接收到紅外輸出幅度約1mV、頻率0.3的微弱信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)放大器放由比較器比較,經(jīng)信號(hào)處理電路處最后由延時(shí)輸出電路輸出用做驅(qū)HN911模塊內(nèi)放大器具有溫度補(bǔ)探測(cè)器工作時(shí),人體輻射和周當(dāng)背景紅外輻射增強(qiáng)。工作(gngzu)原理采用(ciyng)HN911熱釋電紅外控制(kngzh)模塊的照明燈電路原理圖如圖3-1所示，電路中ICl為HN911熱釋電紅外傳感控制模塊，平時(shí)2腳輸出高電平，當(dāng)它探測(cè)到人體發(fā)出的紅外光線時(shí)，其輸出端2腳可輸出脈沖寬度大于2s的負(fù)脈沖信號(hào)，并直接加至555時(shí)基集成電路IC3的觸發(fā)端2腳。 圖3-1采用HN911熱釋電紅外控制模塊的照明燈電路原理圖HN91

16、1系列模塊共有3種型號(hào)，即通用型（HN911T）、微功耗型（HN911L）和低溫型（HN911D）。HN911系列模塊具有良好的抗干擾性能，尤其是抗電磁波性能十分優(yōu)良，并可在一20（T型和L型）到一3000 (D型）的低溫下穩(wěn)定地工作。HN911系列模塊能在低溫下穩(wěn)定地工作，主要得益于它的溫度補(bǔ)償電路。該電路能在因環(huán)境溫度變化將使放大器的增益發(fā)生變化時(shí)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償，使放大器的增益一直保持穩(wěn)定。HN911的輸出端輸出的是一個(gè)脈沖寬度大于2s的脈沖信號(hào)，其中1腳輸出的是正脈沖信號(hào)，2腳輸出的是負(fù)脈沖信號(hào)。電路中IC3接成典型的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，電路翻轉(zhuǎn)置位，3腳輸出高電平，VT3迅速導(dǎo)通，繼電器K吸合

17、，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合可以接通被控照明燈的電源，使其通電發(fā)光。此時(shí)電源經(jīng)R2向C3充電，約經(jīng)t二11 RZ C3時(shí)間，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，電路復(fù)位，3腳恢復(fù)低電平，VI3截止，k釋放，被控照明燈熄滅。如果有人在IC1的探測(cè)范圍內(nèi)不斷活動(dòng)，IC1的2腳將不斷有負(fù)脈沖輸出，所以照明燈不會(huì)熄滅，直至人離開(kāi)，延遲I 1 RZ C3時(shí)間后，照明燈才熄滅。調(diào)節(jié)電位器RP1可以調(diào)整IC1模塊的探測(cè)靈敏度。111RL, R3, R4等組成光控制電路。在白天，光敏電阻器RL受自然光線照射呈低電阻，VT1導(dǎo)通，故IC3的4腳在低電平，所以IC3被強(qiáng)制復(fù)位，3腳始終保持低電平，照明燈不會(huì)被點(diǎn)亮。只有到了晚上，RL失去自然光線照射

18、，呈高電阻，VT1截止，從而解除對(duì)IC3的強(qiáng)制復(fù)位，電路才能被觸發(fā)工作。調(diào)節(jié)RP2可以改變電路的光控制靈敏度。VT2與R6組成自保電路，它可以解決晚上自身燈光對(duì)電路的干擾。晚上，當(dāng)有人走進(jìn)IC1的探測(cè)范圍，IC3翻轉(zhuǎn)置位，K吸合，由它控制的照明燈點(diǎn)亮。555時(shí)基集成電路3腳輸出的高電平，同時(shí)又經(jīng)R6加至VT2的基極，使VT2迅速導(dǎo)通，故使VT1截止，這就保證了555時(shí)基集成電路的4腳電平不會(huì)因?yàn)镽L受自身光線照射而跌落。如果沒(méi)有自保電路，RL在安裝時(shí)必須要避開(kāi)自身燈光的照射，否則電路不能正常工作。IC2為7805三端穩(wěn)壓集成電路，它為HN911熱釋電紅外傳感模塊提供穩(wěn)定的5V工作電壓。元器件選

19、擇(xunz)ICl選用(xunyng)HN911熱釋電紅外控制(kngzh)模塊；IC2選用LM7805三端穩(wěn)壓集成電路；IC3選用NE555時(shí)基集成電路。RL應(yīng)選擇MG45型光敏電阻器，要求亮阻小于5kn，暗阻大于 IMn，如MG44-03、MG45-13等型號(hào)。其他元器件無(wú)特殊要求可按圖3-1所標(biāo)型號(hào)及參數(shù)選用。四、課程設(shè)計(jì)小結(jié)與體會(huì)通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我受到了一次應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問(wèn)題的全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在綜合知識(shí)的選用方面，在產(chǎn)品開(kāi)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(jì)任務(wù)，在電路分