电子技术课程设计-感应式延时照明灯课程设计.doc

课程设计名称： 电子技术课程设计 题 目： 学 期：20*-20*学年第2学期专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 辽宁工程技术大学课 程 设 计 成 绩 评 定 表评定标准评定指标标准评定合格不合格单元电路及整体设计方案合理性正确性创新性仿真或实践是否进行仿真或实践技术指标或性能符合设计要求有完成结果设计报告格式正确内容充实语言流畅标准说明：以上三大项指标中，每大项中有两小 项或三小项合格，视为总成绩合格。总成绩日期年 月 日课程设计任务书一、设计题目感应式延时照明灯二、设计任务1. 采用非接触式控制，有人或物体靠近则灯亮，延时一段后自动熄灭。2. 延时时间人工调节，可在1530秒之间可调。3. 要求外接交流220V电源即可工作。三、设计计划电子技术课程设计共1周。第1天：选题，查资料；第2天：方案分析比较，确定设计方案；第34天：电路原理设计与电路仿真；第5天：编写整理设计说明书。四、设计要求1. 要求有两种或以上方案比较、设计。2. 对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求。3. 画出整体电路图，写出设计说明书。 指 导 教师：谢国民时 间： 年 月 日11摘要资源不是取之不尽的，节能也受到越来越多的人关注，越来越多人的重视。其实，只要我们在生活中做个有心人，会发现很多地方可以节能。本课题介绍两种不同的方法来分析对比两种的优点缺点。第一种方法采用韩国生产的红外接收集成电路KA2184制作红外线感应式延时照明灯，电路用IC1（NE555 )时基集成电路组成的多谐振荡器作为红外发射管的驱动电路，光敏电阻使电路不能在白天触发，只有在夜间才能被触发。 电路采用红外线反射式电路结构，红外发射器与接收器需安装在同一方向的同一平面内，这就需使发射器与接收器成为一体化结构，并使用同一个电源供电。这种工作方式也正好适应该电路的长期待机、短时工作的工作状态。第二种方法是声光控延时照明灯来制作。 本电路可以用于家庭走廊、储藏室、卫生间照明或梳妆台镜前灯，只要人走近灯就亮，离开灯延时一段后又自动熄灭，使用十分节能方便。关键词 KA2184集成电路，555定时器，电容，红外接收管PH302目录1 绪论1 1.1 课题描述11.2 基本工作原理12 相关元件介绍22.1 555定时器芯片22.1.1 555定时器内部结构介绍22.1.2 555定时器引脚图及应用32.2 KA2184集成电路的介绍42.2.1 KA2184集成电路的内部结构介绍42.2.2 KA2184的工作过程42.2.3 KA2184的主要参数43 红外感应式延时照明灯和声光控延时照明灯的总体设计与比较5方案1 3.1 红外感应式延时照明灯电路5 3.2 红外感应式延时照明灯的制作与调试 .8 方案2 3.3 声光控延时照明灯电路.9 3.4声光控延时照明灯分析.10 3.5两种方案的比较.104 总结105 参考文献121 绪论1.1 课题描述 随着科学技术的发展电力/电子产品日益多样化、复杂化所应用的电路保护元件已非昔日简单。随着科学技术的发展，一大批新颖的电子模块，取代了过去由分立元件与集成电路等组成的繁琐复杂的电子线路，是电子产品的设计与制作得到了大幅度的简化，同时提高了电子产品的可靠性。目前，电子产品也更加普遍，更加环保节能。本课题将介绍主要以555定时器，感应接收集成电路KA2184等组成红外感应式延时照明灯，当人走近时灯就亮，离开灯延时一段后又自动熄灭，主要应用在家庭走廊、储藏室、卫生间照明或梳妆台镜前灯。1.2 基本工作原理本课程设计的感应式延时照明灯由555定时器，集成电路KA2184，红外接收管PH302，电容等元件组成。其基本工作原理：当红外接收管PH302接收到红外反射信号后输入KA2184，通过电路内对输入的信号放大与解调，输出的低电平驱动PNP三极管，发射极输出的低电平作为由555时集成电路的脉冲启动型单稳态触发器，控制继电器的通断来控制电灯的亮与否。 2 相关元件介绍2.1 555定时器芯片2.1.1 555定时器内部结构介绍 如2.1 555定时器原理图所示：分压器为两个电压比较器C1、C2提供参考电压。如5端悬空，则比较器C1的参考电压为，加在同相端；C2的参考电压为，加在反相端，是复位输入端。当0时，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。正常工作时=1。当 u11和u12分别为6端和2端的输入电压。当u1123Ucc u12 时，C1输出为低电平，C2输出为高电平，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。当u1123Ucc，u12 13Ucc时，C1输出为高电平，C2输出为低电平，基本RS触发器被置1，晶体管T截止，输出端u0为高电平。当u1123Ucc，u12 13Ucc时，基本RS触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。 图2.1 555定时器原理图 555功能表如表2.1所示：表2.1 555定时器功能表 输 入 输 出 复位U11 U12 输出U0晶体管T 0 0 导通 1 23Ucc 13Ucc 0 导通1 23Ucc 13Ucc 1 截止1 23Ucc 13Ucc 保持 保持2.1.2 555定时器引脚图及应用 555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为555。 555属于CMOS工艺制造.引脚图如图2.2所示： 图2.2 555定时器引脚图 555各引脚介绍如下： 1地 GND 2 触发 3 输出 4复位 5控制电压 6门限(阈值） 7放电 8电源电压Vcc555定时器应用：555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。2.2 KA2184集成电路的介绍2.2.1 KA2184集成电路的内部结构介绍 KA2184由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器及整形电路构成。其中的电平自动控制电路可以保证在输入弱信号时前置放大器有较高增益，在输入强信号时前置放大器不会过载，可以保证在一定遥控距离（约10m）内工作可靠。其内部设置的滤波器中心频率f0由其5脚外接电阻调节，范围可从30KHz60KHz，引脚图如图2.3所示： 图2.3 KA2184引脚图 2.2.2 KA2184的工作过程 KA2184的工作过程大致如下：其中的前置放大器将外接红外光敏二极管或三极管产生的脉冲电压进行放大，电压增益约7779dB。然后将信号送限幅放大器，使其变为矩形脉冲，再由滤波器进行频率选择，滤除干扰信号，由检波器滤掉载频检出指令信号，再经整形后，由7脚输出指令信号。实际上，KA2184的功能用一句话概括，就是当接收到与KA2184滤波器中心频率相符的红外光信号时，其输出端7脚就输出低电平。2.2.3 KA2184的主要参数KA2184的主要参数如下：电源电压典型值为5V，最大17V。电源电流1.12.5mA(典型值为1.8mA)。输出低电平0.2V。电压增益7779dB。输入阻抗27K。滤波器中心频率30HZ60HZ。允许功耗0.8W。 3 红外感应式延时照明灯和声光控延时照明灯总体设计与比较 方案1 3.1外感应式延时照明灯电路的分析本例电路采用红外线反射式电路结构，红外发射器与接收器需安装在同一方的同一平面内，这就需使发射器与接收器成为一体化结构，并使用同一个电源供电。这种工作方式也正好适应该电路的长期待机、短时工作的工作状态。 图3.1 红外感应式延时照明灯电路图如3.1图红外感应式延时照明灯的照明电路主要由驱动电路，红外线的接收电路，启动型单稳态触发电路组成。电路中，IC1（NE555 )时基集成电路组成的多谐振荡器作为红外发射管的驱动电路。多谐振荡器的振荡频率由（RlR2）、R3与Cl的值决定。通常用于红外发射的驱动频率为38一40kHz，电路中采用可调电阻R1将其频率调整在这一范围内，并与接收电路的中心频率相一致，使接收电路呈最佳接收状态。多谐振荡器的振荡频率可由公式f=1.443/（R1R22R3）C1来计算，如3.2图。 图3.2 驱动电路当红外接收管PH302接收到红外反射信号后输人KA2184，通过电路内对输人信号的放大与解调后，由7脚输出低电平。这一低电平通过R3驱动PNP型三极管，使其导通，发射极输出低电平，这一低电平又作为下一级单稳态触发器的触发信号，如图3.3。 图3.3 红外线的接收 IC3是一个由555时基集成电路组成的脉冲启动型单稳态触发器，平时电路处于稳态，2脚为高电，3脚输出低电平。当有负向脉冲或低电平加至它的2脚后，电路立即翻转，3脚变为高电平，这一高电平使继电器K通电吸合，将电灯的电源电路接通，电灯EL亮。当IC33脚输出高电平时，电路进人暂稳态，同时由电源通过电阻器RII向电容器C8充电。电容器C8的充电过程便是该暂稳态的暂稳时间，当C8充电电压达到电源电压vDD的2/3（6脚的翻转电压）时，电路翻转，单稳态电路的暂稳过程结束，3脚变为低电平。继电器K失电后释放断开电灯的电源电灯E灭。如图 3.4 图3.4 脉冲启动型单稳态触发器 电路中，电灯开启后需要保持多长时间，可以通过电路中电容器C8的容量和电阻器R11的阻值来确定。一般情况下，这种单稳态电路的最大延时时间可达2一3min。在IC3的4脚与地之间接有光敏电阻RL，它的作用是：使电路不能在白天被触发，只有在夜间才能被触发。它是利用光敏电阻在白天的亮阻远小于夜间的暗阻这一原理，将555时基集成电路的强复位端（4脚）在白天置于低电平，使电路保持复位状态而不能被触发翻转。而在夜间，由于RL阻值变大，使4脚恢复高电平，将电路的复位解除，电路进入正常控制工作状态。本电路采用发射、接收一体化固定安装，电路处于长期待机、短期工作的状态，因此采用交流供电方式。交流电源经降压电容C11降压、VD2一VD5桥式整流、CIO滤波以及VD6稳压后向工作电路供电。由于KA2184的工作电压为5V，因此由VD7将9V电压再次稳压为5V以供电路使用。电路中R9为9V电源与5V电源之间的隔离电阻，如图3.5。 图3.5 电源电路3.2红外感应式延时照明灯制作与调试焊接好的电路板可装入体积合适的绝缘小盒内，注意在盒面板为RL开出感光孔。改变R12阻值，可调整光控灵敏度。红外发射管与接收管的安装方法如图所示，两管之间可间隔8一10cm安装。安装时，应使两管中心线呈一定的夹角且应在50cm左右处相交，以保证发射光能被反射到接收管。电路的调整较为简单。接通电源后，在发射管与接收管的前面放置一块反射挡板，适当地移动挡板并调节发射器的可调电阻R1，测量接收器IC2的7脚的输出电压，使输出电压的负值达到最大即可。 方案 2 3.3 声光控延时照明灯电路R1=9.1k R2=200K R3=10k R4=820K R5=20K R6=15K R7=680K C=0.68u C2=100u C3=0.47u C4=47u C5=0.01u H60W SCR 1A 400V D1 1N 4022 DW1 2DW4 10V IC2 555 IC1 BH-SK-13.4 声光控延时照明灯分析白天光照较强，照明灯始终处于关闭状态，不论声音有多大，电灯不会点亮；也晚天暗，拾音器只要捡拾到一个猝发音响，如沉重的脚步或击掌声等，电灯便会自动点亮，为过路行IC1采用声控专用集成电路BH-SK-I器件，它内含高增益放大器、整形级、选频级和T型触发器等。当拾音话筒检测到拾音信号并转化成电信号加到IC1的输入端1脚，经集成块内部放大、整形等后，使其T触发器翻转，输出端转呈高电位。该跳变信号经VT1倒相放大后，触发IC2单稳态触发器。IC2采用时基电路555，它与R4、C2等组成一个单稳态触发电路，该触发器在有触发脉冲的情况下能否被触发，取决于555的4脚电位的高低。4脚为555的强制复位端，当4脚低于0.4V时，555会被强制复位，即3脚呈低电位。利用这一特性，在它的4脚接一光电开关，VT2、VT3.白天光照强光敏三极管（3DU5）导通，VT2在正偏压下饱和导通，使VT2的集成电位约为0.3V，从而使555处于强制复位状态；夜晚天昏暗，3DU5处于关闭状态，VT2截止，则555的4脚呈高电位（VDD）。当2脚有负跳变脉冲到来时，555触发翻转置位，3脚的高电平输出经限流后触发双向可控硅SCR，SCR导通，电灯得电点亮。灯亮的时间即单态的暂稳时间， T=1.1R4C2图示参数的照明时间为90秒钟。1分半钟之后，灯自动熄灭，节电节能。安装时，C5应选用耐压较高（不低于400V）的无极性电容器；SCR应选用400V以上耐压的双向可控硅，其工作电流视负载情况而定；拾音器应选用灵敏变较高的驻极体微型话筒。3.5两种方案的比较红外线感应照明灯与声光控延时照明灯有很大的不同，红外线结构较复杂。造价比较高。声光控延时照明灯电路设计比较简单，造价较低，我们日常生活中比较常用声光控照明灯。所以总体来说声光控照明灯比较好。 4 总 结在本次课程设计过程中，把以前学习到和现在学习的数电知识有了更进一步的理解和认识，它们之间不能断然分开，一种电路功能的实现必须综合运用两者才能实现。而俩种的比较是更为困难的，我们都要好好掌握知识，才能够分的清楚。当然，我在课程设计中碰到了很多的问题，比如：电路功能的理解；用什么办法更好的实现其功能；如何用画图工具绘图等。在绘制