廣告燈箱照明控制器設計

PAGE四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)第4頁畢業(yè)設計說明書(論文)設計(論文)題目:廣告燈箱燈光自動控制器的設計專業(yè):班級:學號:姓名:指導教師:二00九年十二月十二日信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）任務書學生姓名學號班級專業(yè)應用電子專業(yè)設計（或論文）題目廣告燈箱燈光自動控制器的設計指導教師姓名職稱工作單位及所從事專業(yè)聯(lián)系方式備注講師/工程師設計（論文）內(nèi)容：1．廣告燈箱燈光在白天自動關閉；2．廣告燈箱燈光在夜間自動開啟；3．設計出應用電路圖，并用軟件對電路進行仿真測試。進度安排：第1～2周：查找資料，選擇參考方案；第3～4周：確定方案；第5～8周：查找資料，進行單元電路的設計；第9～13周：整機電路整機與分析；第14～16周：整理報告，確定初稿,檢查定稿；第17周：答辯主要參考文獻、資料：[1]王成安．模擬電子技術．大連理工大學出版社[2]唐程山．數(shù)字電子技術．華中工學院電子學教研室[3]余洪生．電子CAD技能實訓．人民郵電出版社[4]張玉蓮．傳感器與自動檢測技術．機械工業(yè)出版社[5]任為民．電子技術基礎課程設計指導．中央廣播電視大學出版社[6]譚博學．集成電路原理及應用．.電子工業(yè)出版社審批意見教研室負責人：年月日備注：任務書由指導教師填寫，一式二份。其中學生一份，指導教師一份。I目錄摘要 1第1章廣告燈箱燈光自動控制器的概述 2第2章廣告燈箱燈光自動控制器的簡述 32.1設計思路 32.2電路結構方框圖 32.3電路結構的簡述 4第3章廣告燈箱燈光自動控制器的設計步驟 53.1電源電路的設計 53.1.1交流電壓變換電路 53.1.2整流電路 63.1.3濾波電路 73.1.4穩(wěn)壓電路 83.2主控電路部分 93.2.1轉換電路 93.2.2觸發(fā)電路 103.2.3控制電路 11第4章整機工作原理 12第5章電路制作與調試 135.1電路的制作 135.2電路的調試 13結論 14參考文獻 15附錄1整機原理圖 16附錄2元件清單 17第1頁摘要廣告燈箱燈光自動控制器，是能通過電路對廣告燈箱、廣告燈箱等進行自動控制的電子設備。在日常生活中，對于此類廣告燈箱，戶外燈箱等，往往是進行人為的控制，若管理員忘記了在某時關閉不需要的廣告展示牌、廣告燈箱光源，便會造成無意義的能源浪費。對于現(xiàn)在日漸繁華的都市，為了招攬顧客，或者推廣產(chǎn)品，大功率燈管，大能耗的廣告展示牌、廣告燈箱更是隨處可見，如果在不需要的時候點亮，這將是一筆不少的能耗費用。若外界自然光強度適當時自動關閉照明光，而且能在自然光線暗淡時自動開啟照明，這樣既不影響廣告燈箱存在的意義，又能為投放廣告者節(jié)約一筆能耗損失費用。本設計的特點是：能自動感應外界光線的強弱，在設定的光線強度下自動實現(xiàn)廣告燈箱燈光的開關控制；能耗?。粚ν饨绲姆钦Ｓ|發(fā)光線有一定抗干擾能力。關鍵詞光敏電阻；555定時器；施密特觸發(fā)器；繼電器第17頁第1章廣告燈箱燈光自動控制器的概述光控產(chǎn)品在近年來在學校、機關、廠礦企業(yè)等單位的公共場所以及居民區(qū)的公共樓道應用十分廣泛，它避免了老式機械開關常因忘記關閉造成了能源浪費的問題。另外，由于頻繁開關或者人為因素，機械開關的損壞率很高，增大了維修量、浪費了資金。同時，為了加強我們應用電子專業(yè)知識的理解和鞏固，我設計了一種由光控元件構成的的廣告燈箱燈光自動控制器。該設計具有電路新穎、安全節(jié)電、結構簡單、安裝方便、使用壽命長的特點。本設計以光敏電阻、施密特觸發(fā)器、繼電器為主要元件構成。具備以下特點：1.主控電路由直流12V供電，安全穩(wěn)定。2.燈光的亮滅由繼電器控制，可承受大電流。3.設有可調旋鈕，電路對外界光線的反應靈敏度可調。4.電路設有接線端子，方便接線。5.整體電路外形小巧，結構靈活，可適應不同規(guī)格形狀的廣告燈箱。6.適用范圍極為廣泛，工廠、學校、廠礦等公共場所皆可使用。第2章廣告燈箱燈光自動控制器的簡述2.1設計思路本設計的基本理念主要是實現(xiàn)燈光的自動控制，達到使用簡單和實用的效果。在市場蓬勃發(fā)展的今天，廣告燈箱燈組可以說隨處可以見，而廣告燈箱燈組主要應用于室外，而且為了達到廣告效果，常常處于顯目位置，如十字路口、屋頂、或者建筑墻面等，這樣就造成了一定的維護難度。根據(jù)這種實際情況以及我們所學過的專業(yè)知識，我設計了此電路，本設計主要由電源電路、轉換電路、觸發(fā)電路、控制電路這四部分組成。2.2電路結構方框圖主電源主電源220V交流燈組光源外部光源轉換電路控制電路觸發(fā)電路副電源12V直流圖2-1電路結構方框圖2.3電路結構的簡述1.電源電路電源電路分為主電源和副電源兩個部分：主電源主要為發(fā)光源提供電能，還要為副電源提供輸入電壓。副電源主要負責為控制電路提供工作電壓。2.轉換電路為實現(xiàn)電路的自動控制，本設計采用了光敏電阻作為傳感元件將光線的變化轉變?yōu)殡娮璧淖兓?，以實現(xiàn)外界光源對電路的控制。3.信號觸發(fā)電路該電路主要由555定時器構成的施密特觸發(fā)器與外圍元件構成。信號觸發(fā)電路主要負責將轉換電路輸出的信號轉變?yōu)槟軌蛴|發(fā)繼電器工作的控制信號。4.控制電路該電路由繼電器組成，其受觸發(fā)信號的控制，直接控制廣告燈箱燈光的亮或滅。第3章廣告燈箱燈光自動控制器的設計步驟3.1電源電路的設計本設計的電源供電由主、副電源兩部分組成：其中主電源的作用有以下兩種，一種是直接為室外廣告燈箱發(fā)光源提供電能（主要針對大功率、大電壓的發(fā)光源），另一種為副電源提供輸入電壓。副電源的主要作用是為電路部分提供12V的直流電壓。該電壓是由220V交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后得到的。電源電路如圖3-1所示。圖3-1電源電路圖3.1.1交流電壓變換電路本單元主要采用了變壓器來完成。變壓器是一種利用電磁感應原理，從一個電路向另一個電路傳遞電能或傳輸信號的元器件。能進行交流電壓、電流和阻抗的變換。在此設計中是將220V交流電轉變?yōu)?4V交流電。變壓器由鐵芯和線圈構成，有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級繞組，其余的繞組叫次級繞組。當變壓器初級線圈中通有交流電流時，鐵芯中便產(chǎn)生交流磁通，使次級線圈中感應出交流電流。變壓器兩個繞組匝數(shù)分別為N1和N2，N1為初級匝數(shù)，N2為次級匝數(shù)。在初級線圈上加一交流電壓，在次級線圈兩端就會產(chǎn)生感應電動勢。當N2>N1時，其感應電動勢要比初級所加的電壓還要高，這種變壓器稱為升壓變壓器：當N2<N1時，其感應電動勢低于初級電壓，這種變壓器稱為降變壓器。變壓器初級、次級電壓和線圈匝數(shù)間具有下列關系：（3-1）式中k—稱為變壓比(匝比)。變壓器初級、次級電流和線圈匝數(shù)間具有下列關系：另有電流之比（3-2）變壓器圖形符號及實物圖如圖3-2所示。圖3-2變壓器圖形符號及實物圖3.1.2整流電路整流電路是電源的重要組成部分，它是利用半導體二極管的單向導電性能把交流電變成單向脈動直流電。其電路形式多種多樣，其可分為半波整流、全波整流和橋式整流。本設計采用橋式整流電路。橋式整流電路的工作原理可分析如下。為簡單起見，二極管用理想模型來處理，即正向導通電阻為零，反向電阻為無窮大。在U的正半周，電流從正端經(jīng)過二極管D1流向RL，再由二極管D3流回負端，所以D1、D3正向導通，D2、D4反偏截止。在負載上產(chǎn)生一個極性為上正下負的輸出電壓。其電流通路可用圖3-3中實線箭頭表示。在U的負半周，其極性與圖示相反，電流負端經(jīng)過二極管D2流向RL，再由二極管D4流向正端，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向導通。電流流過RL時產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負，與正半周時相同。其電流通路如圖3-3中虛線箭頭所示。圖3-3橋式整流電路根據(jù)上述分析，可得橋式整流電路的工作波形如圖3-4。由圖可見，通過負載RL的電流iL以及電壓UL的波形都是單方向的全波脈動波形。圖3-4橋式整流電路的波形圖3.1.3濾波電路本設計主要采用電容濾波，主要由電容C1、C2構成。220V交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流橋整流后變換成直流電，但是其紋波較大，加入濾波電容后可減少紋波。圖3-5分別是電容濾波原理圖和它的部分波形。這里假設t<0時，電容器已經(jīng)充電到交流電壓V2的最大值。由于電容的充放電作用，使得輸出波形平滑。濾波電路如圖3-5(a)，波形圖如圖3-5(b)所示。圖3-5a)濾波b)波形圖3.1.4穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路主要由LM7812三端穩(wěn)壓器來完成。三端穩(wěn)壓器是一種標準化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等特點，成為目前穩(wěn)壓電源中應用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。之前在經(jīng)過變壓、整流、濾波后的直流電壓并不十分穩(wěn)定(該電壓常常會因為市電電壓的波動或負載的變化等原因而發(fā)生變化)。此直流電壓經(jīng)過LM7812的穩(wěn)壓和電容C2的濾波后在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了紋波小、穩(wěn)定度好的12V直流電。外接電容C3用以抵消因輸出端線產(chǎn)生的電感效應，防止自激振蕩，外接電容C4可消除因負載電流越變而引起的輸出電壓的較大波動。如圖3-6所示。圖3-6穩(wěn)壓3.2主控電路部分當光敏電阻R5受到光照時，其內(nèi)阻變小，555定時器的2腳和6腳電壓高于，3腳輸出低電平，繼電器觸點處于斷開狀態(tài)，燈不亮。當光敏電阻R5得不到光照或光照微弱時，其內(nèi)阻變大，555定時器的2腳和6腳電壓低于，3腳輸出高電平，繼電器線圈獲電觸點吸合，燈被點亮。為了防止繼電器斷開時產(chǎn)生較高的電動勢而損壞555定時器，增加D6對電路加以保護。電容C5主要起延遲作用，比如類似閃電的突然閃亮造成瞬間燈滅的現(xiàn)象。D5可作為室內(nèi)的工作指示燈。主控電路部分如圖3-7所示。圖3-7主控電路3.2.1轉換電路轉換電路的設計采用了光敏電阻，下面簡單介紹一下光敏電阻的制作材料及其結構原理。光敏電阻是采用半導體材料制作，利用內(nèi)光電效應工作的光電元件。它在光線的作用下其阻值往往變小，這種現(xiàn)象稱為光導效應，因此，光敏電阻又稱光導管。圖3-8所示是光敏電阻結構示意圖及圖形符號。光敏電阻的原理結構如圖3-8所示。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子—空穴對增加了半導體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對將逐漸復合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復原值。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。在本設計中光敏電阻是R5，就是通過光敏電阻在光線變化時電阻的變化來控制555定時器2腳和6腳上電壓的變化來影響后方燈光的亮滅，從而實現(xiàn)光控行為。圖3-8光敏電阻原理結構圖及實物圖3.2.2觸發(fā)電路本單元電路主要采用了由555定時器所構成的施密特觸發(fā)器。由其對前面采集到的光電信號加以轉換，輸出，從而控制繼電器的吸合和釋放。施密特觸發(fā)器電路工作波形圖該施密特觸發(fā)器的參數(shù)：施密特觸發(fā)器電路工作波形圖正向閾值電壓（上觸發(fā)電平）反向閾值電壓（下觸發(fā)電平）由555定時器構成的施密特觸發(fā)器如圖3-9所示。圖3-9施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器的應用一般有三個方面：1.波形變換—利用施密特觸發(fā)器可以將變化緩慢的波形變換成矩形波。2.脈沖整形—畸變的波形通過施密特觸發(fā)器可以獲得比較理想的矩形脈沖波形。3.脈沖鑒幅—將一系列幅度各異的脈沖信號加到施密特觸發(fā)器的輸入端，只有那些幅度大于Ut+的脈沖才會在輸出端產(chǎn)生輸出信號。3.2.3控制電路本單元電路主要作用的控制發(fā)光源電路的通斷，經(jīng)過考慮，采用了繼電器控制的方案，因其具有小電流控制大電流、安全可靠、帶負載能力強等性質?，F(xiàn)對其作以簡單介紹：直流電磁繼電器一般由一個線圈、鐵心、一組成幾組帶觸點的簧片組成。觸點有動觸點和靜觸點之分，在工作過程中能夠動作的稱為動觸點，不能動作的稱為靜觸點。電磁繼電器的工作原理是這樣的：當線圈通電以后，鐵心被磁化產(chǎn)生足夠大的電磁力，吸動銜鐵并帶動簧片，使動觸點和靜觸點閉合或分開；當線圈斷電后，電磁吸力消失，銜鐵返回原來的位置，動觸點和靜觸點又恢復到原來閉合或分開的狀態(tài)。應用時只要把需要控制的電路接到觸點上，就可利用繼電器達到控制的目的。繼電器的觸點有三種基本形式：1.動合型（H型）線圈不通電時兩觸點是斷開的，通電后，兩個觸點就閉合。以合字的拼音字頭“H”表示。我所采用的繼電器即為這種動合型觸點。2.動斷型（D型）線圈不通電時兩觸點是閉合的，通電后兩個觸點就斷開。用斷字的拼音字頭“D”表示。3.轉換型（Z型）這種觸點組共有三個觸點，即中間是動觸點，上下各一個靜觸點。這樣的觸點組稱為轉換觸點。用“轉”字的拼音字頭“z”表示。此外，一個繼電器還可以有一個或多個觸點組，但均不外乎以上三種形式。KK圖3-10繼電器圖形符號與實物圖第4章整機工作原理首先由電源電路將220V交流電經(jīng)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓步驟輸出穩(wěn)定的12V直為后面的主控電路提供工作電壓。當光敏電阻R5受到光照時，其內(nèi)阻變小，555定時器的2腳和6腳電壓高于，3腳輸出低電平，繼電器觸點處于斷開狀態(tài)，燈不亮。當光敏電阻R5得不到光照或光照微弱時，其內(nèi)阻變大，555定時器的2腳和6腳電壓低于，3腳輸出高電平，繼電器線圈獲電觸點吸合，燈被點亮。為了防止繼電器斷開時產(chǎn)生較高的電動勢而損壞555定時器，增加D6對電路加以保護。電容C5主要起延遲作用，比如類似閃電的突然閃亮造成瞬間燈滅的現(xiàn)象，防止了發(fā)光源以及電路的安全。D5可作為室內(nèi)的工作指示燈，以便知曉外部廣告燈箱的工作情況。綜上所述，本設計達到了廣告燈箱燈光白天自動關閉，夜間自動打開的功能。整機原理圖見附錄1。第5章電路制作與調試5.1電路的制作首先準備元件與工具，仔細對比元件與元件清單有無差錯，元件是非完好，如其外表是否破損、功能是否正常等。檢查工具的是否齊全完整，如電烙鐵、萬用表是否工作正常，以及剪刀、鑷子等工具。再按照先對元器件引腳進行整形，然后再按照小后大、先低后高的原則根據(jù)原理圖依次焊接，其中需掌握好焊接方法和時間，避免出現(xiàn)虛焊、橋接或元器件損壞等現(xiàn)象出現(xiàn)。特別注意在焊接集成電路時要先檢查型號、引腳位置是否符合要求。焊接時先焊邊沿的二只引腳，以使其定位，然后再從左到右自上而下逐個焊接。焊接好后先對照原理圖仔細觀察是否有錯誤，然后再剪去多余長度的引腳。5.2電路的調試當電路完成時切勿直接通電測試，以避免連接錯誤產(chǎn)生事故。首先要仔細對照電路查看是否有誤，再根據(jù)原理用萬用