热释电红外自动节能灯设计.doc

河南科技学院机河南科技学院机电电学院学院 电电子子课课程程设计报设计报告告 题目：热释电红外自动节能灯题目：热释电红外自动节能灯 专业班级： 应用电子技术教育 092 姓 名： 崔靖贤 时 间：2011-12-05 2011-12-23 指导教师： 张伟 邵锋 徐涛 完成日期：2011 年 12 月 22 日 1 热释电红外自动节能灯设计任务书 1设计目的与要求 设计一个热释电红外自动节能灯控制电路，要认真并准确地理解有关要求，独立完成 系统设计，要求所设计的电路具有以下功能： （1）人在灯亮，人走后延时灯灭； （2）采用热释电红外传感器，进行人员检测； （3）光源负载为白炽灯。 2设计内容 （1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系； （2）确定元器件及元件参数； （3）电路仿真； （4）sch 文件生成与打印输出； （5）pcb 文件生成与打印输出。 3编写设计报告 写出设计的全过程，附上有关资料和电路图，有总结体会。 4答辩 在规定时间内，完成叙述并回答问题。 2 目目录录 1 引 言.3 2 总体设计方案.3 2.1 设计思路.3 2.2 设计方框图.3 3 设计原理分析.3 3.1 前置电路.4 3.2 放大电路.4 3.3 555 延时器5 4 总结与体会.6 参考文献：.6 附录 1 仿真图：.7 附录 2 pcb 图7 3 热释电红热释电红外自外自动节动节能灯能灯 摘要摘要：本次设计，通过对模拟和数字电子电路的学习和掌握，自己动手动脑来设计一个热释电红外 自动节能灯，通过红外线传感器接收红外信号，并利用 555 延时器来满足人来灯亮，人走后延时灯灭 的要求。 关关键键字：字：红外传感器 555 延时电路 可控硅 1 引引 言言 日常生活中我们最常见到的声光控灯需要人通过拍掌或制造其他声音来使灯点亮， 本次设计的电路具有同样的效果，但是相对于声光控灯来说，热释电红外传感自动节能 灯更为便捷，当人走进红外传感区时，不需要拍掌或制造声音来使灯点亮，电路中的红 外传感器会在人走近 6-10 米距离时自动感应，从而接通电路，点亮节能灯，人走后，灯 延时灭。本设计主要应用的是 555 延时电路，通过对模拟电子技术的学习和掌握，自己 来设计电路，并掌握基本方法和思路，对以后的学习打下好的基础。在设计电路之前，我 通过查阅资料，对 555 延时电路的基本原理有了进一步的了解，从而对我设计的方案进 行定论。 2 总总体体设计设计方案方案 2.1 设计设计思路思路 设计题目分析: a)要求人来灯亮，需要用到红外传感器，传感器会在人来是感应红外线并转变成 电信号，为后续电路提供一定的条件。 b)要求人走后灯延时灭，选用 555 延时电路来完成，延时时间由 555 延时电路上 的 6 脚 7 脚上所接电阻电容值的大小决定，即 t=1.1rc。 c)由于红外传感器接收到的信号会非常微弱，所以要用放大电路来放大，放大电 一般采用运放来完成。 结论：通过分析得出电路最前端采用红外传感器接收信号，然后由运放对信号进行 放大，触发 555 电路，使灯点亮. 2.2 设计设计方框方框图图 红外传感器放大电路延时电路白炽灯 4 图 1 设计方框图 3 设计设计原理分析原理分析 由传感器接收到红外信号，经两个 ca3140 运放放大，以足以驱动 555 延时电 路，运放放大后的信号接 555 延时器的 2 脚，用来触发 555 工作，3 脚输出接可控 硅，当可控硅导通后，白炽灯即点亮。 3.1 前置前置电电路路 红外传感头由热释电红外传感器 p228 和菲涅尔光学透镜组成，可使遥感距离 在 10 米开外，p228 输出的人体移动时的传感信号的频率大致在 0.3 到 5hz 范围 内，据此可设计放大该微弱信号的高增益低频放大器。 vt1 采用高增益高频小功率管 2n3904，它和 r2，c2 组成前置放大器，对 p22 8 检测到的红外电信号进行前置放大，从集电极取出的放大后的电信号并将其直接 耦合到 ic1 运算放大级. 3.2 放大放大电电路路 ptc1 gnd 3 2 1 u2a 5 6 7 u2b ca3140 100k r4 1.5k r6 2m r5 0.033uf c4 r7 gnd vcc 图 2 放大电路 ic1 采用低噪声，高增益运放 ca3140，它与 r5， r4， c4 等组成高增益低频 放大器，其通频带为 0.1 到 8hz，闭环增益高达 20 倍。 ca3140 5 ic2 也采用 ca3140 器件，但这里利用它与 r7，ic1 输出的固定电位组成一个 电压比较器，当输入到 ic2 同向端的信号大于调定的反向端的基准电压时，比较器 输出高电平脉冲，并经 r7 加至 vt2 的基极，vt2 和 r8 组成一个倒相放大器，经 它放大后为 ic3 提供负跳变触发脉冲，使触发器置位，为 555 提供工作电压，其 3 脚转成高电平，加至可控硅的控制端，可控硅触发导通，白炽灯得电点亮。可控硅 导通时间取决于 555 的单稳态暂稳时间，即单稳电路的充电时间常数，其值为 t=1. 1r10c7. 3.3 555 延延时时器器 没有触发信号时 u1 处于高电平（u1vcc/3），如果接通电源后 q=0，uo=0，t 导通， 电容通过放电三极管 t 放电，使 uc=0，u0 保持低电平不变，如果接通电源后 q=1，放 电三极管就会截止，电源通过电阻 r 向电容 c 充电，当 uc 上升至 2vcc/3 时，由于 r=0， 图 3 555 延时电路 s=1，锁存器置 0，uo 为低电平，此时，放电三极管导通，电容 c 放电，uo 保持低电平 不变，因此电路通电后在没有触发信号时，电路只有一种稳定状态 uo=0. 1 2 3 4 5 6 7 8 555 0.01uf c c 1 1k r? res2 gnd vcc uo u1 6 若触发输入端施加触发信号（ui2vcc/3vcc/310导通 vcc/31不变不变 4 总结总结与体会与体会 纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，是实习三周以来最大的体会，以前只是单纯的 学习理论知识，书上写什么，就认为是什么，根本不加以思考，研究，但真正自己动手设 计电路，才发现很多知识还有更广的拓展范围，比如电路中要用到可控硅，随便就从元 件库中调出来一个，以为所有的可控硅的性能都一样，但实际上却还有很大的差别。 。我 在经过这次设计后对自己的认识又有了很高的提升。在这次课程设计中，我对模拟电子 技术的掌握程度又有了很大的提升。很多原来我不懂的知识或者本来不熟悉的知识都让 我掌握了，并且应用能力有了很大的提高。 经过这三周课程设计的学习，我感觉有很大的收获：首先，通过学习新的知识使自 己的学习能力有一个质的提高，同时又加深自己对课本知识的理解，也达到复习课本的 目的。在此期间，我充分的利用图书馆以及互联网资源查资料，学到了许多课本以外的 知识，能对 dxp 和 multisim10.0 等仿真软件进行操作，能达到学以致用的目的。对我们 学生来说，理论与实际同样重要，这是我们以后在工作中说明自己能力的一个重要标准。 参考文献：参考文献： 1 康华光 模拟电子技术基础 高等教育出版社 2模拟电子技术基础实验与课程设计 哈尔滨工程大学出版社 7 3 陈永甫 红外探测与控制电路人民邮电出版社 附附录录 1 仿真仿真图图及及 pcb 图图： r1 10m r2 10k r3 100mx1 120v_100w v1 120 vrms 60 hz 0 j1 key = a 5 6 vcc out u1 555_timer_rated gnd dis rst thr con tri c1 10nf 3 c2 100uf r4 3k 9 v2 9 v q1 2n3904 d1 mac228a-8 84 r5 10k 7 12 2 1 0 附附录录 2 pcb 图图: 8 附附录录 3 sch 文件文件 9 q2 2n3904 10nf c 8100pf c 7 c ap q3 triac2 3 4 5 6 7 1 vc c 555 gnd uo ui1 ui2 r d非 uic uo 8 u3 ptc 1 9.1k r 9 9.1k r 8 r es2 3k r 10 r es2 ds 1 lamp b t2 b attery gnd 3 2 1 u2a c a3140 5 6 7 u2b c a3140 q1 2n3904 910k r