楼道照明自动控制电路设计.doc

商丘师范学院学士学位毕业设计2012届本科毕业设计楼道照明自动控制电路设计姓 名： 系 别： 物理与电气信息学院 专 业： 电子信息工程 学 号： 指导教师： 2012年5月13日10目 录摘要II关键词II0 引言11 设计电路时用到的相关电子元器件及基础知识11.1 光敏电阻的结构和工作原理11.1.1 结构11.1.2 工作原理11.2 新型热释电红外探测模块（HN911L）11.3 555单稳态电路类型用途21.4 W7812集成稳压器31.5 光耦合器31.5.1 光耦合器的结构31.5.2 光耦合的主要特点41.5.3 光耦合器的工作原理42 楼道照明灯自动控制电路设计原理图42.1 电源电路42.2 光控电路和延时控制电路42.3 热释电红外感应电路52.4 电话控制电路73 元器件的选择74 结 语8参考文献8致谢8 楼道照明灯自动控制电路的设计摘要 本论文介绍了楼道照明灯自动控制电路，它利用光敏传感器和热式电红外传感器等器件对楼道、住宅小区等处照明灯具进行自动控制，使电灯白天不亮（光控），夜间有人来的时候自动点亮，人走后延时一段时间自动熄灭，从而达到节能的目的，同时还加上一个电话控制系统以保证电路在异常情况下可以远程控制。 关键词 红外感应；自动照明；光敏电阻；HN911L；延时 Design of automatic control for circuit of corridor lightingAbstract This paper mainly introduces that automatic control for circuit of corridor lighting.It use photosensitive sensor and thermal infrared sensor type electrical devices such as corridor, residential area of the place such as lighting lamps and lanterns for automatic control,makes the light the day not bright daytime (light-operated),The night when someone to be lit,People go after a period of time delay to go out,So as to achieve the purpose of saving energy,Also add a phone control system to ensure that the circuit in exceptional cases can remote control. KeywordsInfrared induction；Automatic lighting；Photoconductive resistance；HN911L；Delay商丘师范学院学士学位毕业设计商丘师范学院学士学位毕业设计0 引言 节能与环保已经成为当代产品开发的首要考虑因素和最大卖点1。由于我国在新能源研发方面处于落后局面目前市场上的普通型开关、拉线开关占据着灯具开关市场的主要位置。然而由于许多不可控因素的出现及人们日常习惯所限造成了大量的电能的浪费24。这种现象在我们的生活中随处可见。非常安静的楼道内、灯火通明卫生间无人使用却不熄灭灯光。全国每年因此而损耗的电能可以以亿度计量，同时因灯具使用时间的过长也缩短了灯具的使用寿命频繁的更换灯具也造成了人力财力的大量浪费。所以通过这种直接和间接的损耗每年电能的损失就达数亿元5。近十年以来我国建筑体系的不断发展也对照明系统提出了更高的要求6。随着大量采用电子技术的家用电器面市、住宅电子化出现79。近几年楼宇智能化智能家居是以家为平台兼备建筑、网络通讯、信息家电、网络家电、自动化和智能化集系统、结构、服务、管理、控制于一体的高效、舒适、安全、便利、节能、健康、环保的家居环境。其中实现自动照明系统可以减少电能浪费成为实现现代化住宅的重要一笔1013。本课题从实际出发对红外线楼道自动照明系统进行设计，有效节省照明用电费用，方便了人们夜间在楼到中行走。 1 设计电路时用到的相关电子元器件及基础知识1.1 光敏电阻的结构和工作原理1.1.1 结构 光敏电阻器的结构和电路图形符号如图1所示。 图1光敏电阻器的结构（左）和电路图形符号（右） 光敏电阻器（photovaristor）又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。如图1所示的光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。无光照时候，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小，当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减少，电路中电流迅速增大。一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵魂度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级，亮电阻在几千欧以下。1.1.2 工作原理用于制造光敏电阻的材料主要是金属硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常接出引线，封装在具有透光的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。1.2 新型热释电红外探测模块（HN911L） 热释电红外传感器是最常用的红外检测器之一，其工作原理是利用热释电效应，即在钛酸钡、 图2光敏电阻电流大小受光照的影响 一类晶体上、下表面设置电极，在上表面加以黑色膜，若有红外线间歇地照射，其表面温度上升T，其晶体内部的原子排列将产生变化，引起自发极化电荷，在上下电极之间产生电压U。常用的热释电红外线光敏元件的材料有陶瓷氧化物和压电晶体，例如，钛酸钡、钽酸锂、硫酸三甘肽及钛铅酸铅等。热释电红外传感器的电路图、外形图如图3所示。 图 3 图3热释电红外传感器的电路图（a）及外形图（b）热释电红外温度传感器的特点是反应速度快、灵敏度高、准确度高、测量范围广、使用方便，尤其非接触式测量使红外温度传感器和以红外传感器为核心的红外测温模块、红外测温仪在工业场所、国防建设、科学研究等领域得以广泛应用。主要应用于铁路、车辆、石油化工、食品、医药、塑料、橡胶、纺织、造纸、电力等行业的温度测量、温度检测、设备故障的诊断，特别适用于高温和危险场合的远距离测温。1.3 555单稳态电路类型用途555单稳工作方式，可分为2种。如图4和图5所示。 图 4 （a）人工启动单稳（b）工启动单稳 第1种（图4）是人工启动单稳，又因为定时电阻定时电容位置不同而分为2个不同的单元，并分别以（a）和（b）为代号。“RT-6.2-CT”(1)特点：人工启动，稳态；,暂稳态（td）。(2)公式：。（3）用途：定时，延时。“CT-6.2-RT”(1)特点：人工启动，稳态；,暂稳态（td）。(2)公式：。（3）用途：定时，延时。第2种（图5）是脉冲启动型单稳，也可以分为2个不同的单元。他们的输入特点都是“RT-7.6-CT”， 图5 （a）脉冲启动型单稳（b）脉冲启动型单稳都是从2端输入。（a）电路的2端不带任何元件，具有最简单的形式；（b）电路则带有一个RC微分电路。其公式都为：，用途：定（延）时、消抖动、分（倍）频，脉冲输出、L、C速率检测。1.4 W7812集成稳压器W7800系列三端式集成稳压器的输出电压是固定的，在使用中不能进行调整。W7800系列三端式稳压器输出正极性电压，一般有5V、6V、9V、12V、15V、18V 、24V 七个档次，输出电流最大可达1.5A（加散热片）。 同类型78M系列稳压器的输出电流为0.5A，78L系列稳压器的输出电流为0.1A。图6为 W7800系列的外形和接线图，它有三个引出端： 输入端（不稳定电压输入端） 标以 “1” 输出端（稳定电压输出端） 标以 “3” 公共端 标以 “2”集成稳压器为三端固定正稳压器W7812，它的主要参数有：输出直流电压 ，输出电流 L:0.1A，M:0.5A，电压调整率 10mV/V，输出电阻 R00.15，输入电压UI的范围1517V 。因为一般UI要比 ，才能保证集成稳压器工作在线性区。 图6为 W7800系列的外形和接线图1.5 光耦合器1.5.1 光耦合器的结构光电耦合器的主要结构是把发光器件和光接收器件组装在一个密闭的管壳内，然后利用发光器件的管脚作输入端，而把光接收器的管脚作为输出端。当在输入端加电信号时，发光器件发光。这样，光接收器件由于光敏效应而在光照后产生光电流并由输出端输出。从而实现了以“光”为媒介的电信号传输，而器件的输入和输出两端在电气上是绝缘的。这样就构成了一种中间通过光传输信号的新型半导体电子器件。光电耦合器的封装形式一般有管形、双列直插式和光导纤维连接三种。1.5.2 光耦合的主要特点 （1）输入和输出端之间绝缘，其绝缘电阻一般都大于 10M，耐压一般可超过1kV，有的甚至可以达到10kV以上。 （2）由于“光”传输的单向性，所以信号从光源单向传输到光接收器时不会出现反馈现象，其输出信号也不会影响输入端。 （3）由于发光器件（砷化镓红外二极管）是阻抗电流驱动性器件，而噪音是一种高内阻微电流电压信号。因此光电耦合器件的共模抑制比很大，所以，光电耦合器件可以很好地抑制干扰并消除噪音。 （4）容易和逻辑电路配合。 （5）响应速度快。光电耦合器件的时间常数通常在微秒甚至毫微秒级。1.5.3 光耦合器的工作原理 在光耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，该光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电-光-电的转换。 2 楼道照明灯自动控制电路设计原理图楼道照明灯自动控制电路设计总电路图如图7和图 10所示，它由电源电路、光控电路和延时控制电路、热释电红外感应电路以及电话控制电路四部份组成。220V电压经过电源电路部分进行降压、整流、滤波及稳压后，为其它电路提供12V的直流工作电压。同时通过光敏电阻、新型热释电红外传感器及时基集成电路NE555共同控制，使白天灯不亮，夜间有人来的时候灯自动点亮，人走后延时一段时间自动熄灭，从而达到节能的目的。电路还加上一个电话控制系统以保证电路在异常情况下可以远程控制。2.1 电源电路 电源电路如图8所示，它由电阻R6、电容C3C5、IC3集成稳压器和整流二极管VD1VD4组成,通过降压、桥式整流、滤波与稳压后，为光控电路和延时控制提供稳定的12V直流电源。2.2 光控电路和延时控制电路 光控电路和延时控制电路如图9所示 图 7楼道照明灯自动控制电话控制电路光控电路由光敏电阻器RG、可变电阻PG1、电阻器R2、R3和晶体管V1组成。延时控制电路由电阻器R3R5、电容器C1、C2、可变电阻PG3、时基集成电路NE555、晶体管V2、JZC-6F电磁继电器、二极管VD1及开关S1、S2组成。白天，RG受光照射而呈现低阻状态，使晶体管V1的基极电位低，从而使IC2的2脚电压高于2Vcc/3，其3脚输出低电平，使晶体管V2处于截止状态，不能够驱动常开继电器工作，使电路处于截止状态，EL不亮。夜晚，RG因为没有光照（或光照极弱）而呈现高阻态，使晶体管V1的基极电位高，从而使IC2的2脚电压低于Vcc/3，其3脚输出高电平，使晶体管V2导通，从而驱动常开继电器，电路导通，EL亮。同时，C1通过PG3缓慢放电，使IC3的3号脚电压下降，直到晶体管V2截止，EL熄灭。 图 8楼道照明灯自动控制电源电路 图 9光控电路和延时控制电路 调节PG2的阻值，可改变光控的灵敏度。调节PG3的阻值，可以改变延时的时间。开关S1，S2为应急开关，将S1接通，不管白天还是晚上，EL都亮。将S2接通，C1的电量被放掉，EL熄灭。2.3 热释电红外感应电路 热释电红外感应电路如图11所示，它由新型热释电红外探测模块（HN911L），电阻R1和PG1组成。HN911L内部集成有高灵敏度热释电红外传感器PIR、放大器、信号处理电路、输出电路等，能够遥测人体移动时所发出的微弱红外信号。当有人在附近走动时PIR会将人体发出的红外信号变换成电信号，该电信号经过放大、整形处理后，使1号脚输出高电平经晶体管V1到IC2的2号脚为低电平，最后使IC3的3号脚输出高电平，晶体管V2导通，使继电器动作，EL亮。调节RP1的阻值，可以改变HN911L监测的灵敏度。图10 楼道照明灯自动控制电路2.4 电话控制电路电话控制电路如图7所示它由整流二极管VD5VD8、光耦合器VLC以及电话线L1、L2组成。主要用于应急控制，保证在异常情况下可以远程控制。平时电话线路没有电流通过，光耦合器内部的发光二极管不发光，光敏晶体管处于截止状态。当摘机拨打电话或有人打电话进来时，电话线中有电流通过，使光耦合器内部的发光二极管发光，光敏晶体管导通，输出低电平，接入IC2的2号脚，使IC2的3号脚输出高电平，晶体管V2导通，使继电器动作，EL亮。图11热释电红外感应电路3 元器件的选择 IC1：HN911L IC2：NE555型时基集成电路 IC3：W7812 K:JZC-6F电磁继电器，额定电压12V，线圈直流电阻400 RG：MG45-13型光敏电阻，额定功率10Mw，最高工作电压50V， 。 VD1VD4和VD5VD8：均选用IN4007型硅整流二极管 VLC：选用4N25型光耦合器 V1：S9014 V2：S9013RP1：1kRP2：410KRP3：50K R1：200 R2：2.7K R3：3k R4：1M R5：1K R6：10K C1：220U C2：0.01U C3：0.01U C4：220U C5：0.47U VD1：IN41484 结 语采用新型热释电红外传感器（HN911L）组成的新型热释电红外模块电路作为红外线光控电路，通过已学的模拟电子和电路知识设计红外感应灯控制开关电路，再利用由光敏电阻组成的光敏电路来控制感应灯开关的触发与否，将控制开关与节能灯组成节能楼道照明系统。红外线感应楼道照明系统特点：1.基于红外线技术的自动控制产品，当有人进入感应范围时，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，感应开关自动接通负载。人不离开且在活动时，感应灯持续导通；人离开后，感应灯延时自动关闭负载，人到灯亮，人离灯熄，亲切方便，清洁节能。2.具有过零检测功能：无触点电子感应灯，接通负载的瞬间无大的冲击电流，延长负载使用寿命，无触点、开关无火花。3.应用光敏控制：感应灯自动测光，光线强时不感应。 参考文献1 何社成，李友玲.电源 开关控制 保护应用电路M.济南: 山东科学技术出版社，2007.2 陈永甫，红外探测与控制电路M.北京：人民邮电出版社，2004 .3 阎石.数字电子技术基础（第三版）M. 北京：高等教育出版社.1989.4 高吉祥.基本技能训练与单元电路设计M.北京：电子工业出版社.2007.5 顾光旭. 智能密码电子锁设计J. 盐城工学院学报(自然科学版), 2009,8(01)：30-40.6洪家平基于PIC系列单片机的智能湿度测量J仪器仪器仪表标准化与计量，2006,(5)44-46.7 曹胜男,刘理云,贺小华.一种简易光控照明电路的设计J. 甘肃联合大学学报(自然科学版)2009,23(1):57-59.8 索明何,王立刚,饶运涛. 基于555定时器的声光双控照明灯设计J. 科技信息(科学教研),2008(1):246.9赵海兰.智能温度传感器DS18B20,J.电子世界,2003(7):46-47.10邢献芳.数字式温湿度数据采集器的研制J.工业计量,2006,16(6):11-13.11Pu Rui liang,GONG Peng,MICHISHITARyo,eta1.Assessment of multi-resolution and multi-sensor data for urban surface temperature retrieval J.Remote Sensing of Environment,2006，104(2):211-22512SobrinoJA，