台灯自动开关广西科技大学.doc

模拟与数字电子技术 课程设计报告设计课题： 台灯自动开关盒 专业班级： 电气111班 学生姓名： 李永凯 指导教师： 覃启锦 设计时间： 2013.9.30 目录第一章 绪论 1.1绪论第二章 任务和要求2.1 设计目的2.2 设计要求2.3 功能介绍第三章 设计原理3.1 设计结构3.1.1 结构图 3.1.2 结构图说明3.2 设计电路3.2.1 电路图3.2.2 电源部分3.2.3 感应部分3.2.4 控制部分3.3 电路原理第四章 设计体会4.1 设计体会第五章 参考文献第一章 绪论1.1 摘要电路通过使用模拟电子元件和数字电子元件构成一个台灯自动开关盒的设计。采用热释电红外传感专用控制模块制作而成的红外感应自动灯，真正做到有人灯亮，人走灯灭。同时，装置还设置了光控电路，白天电路自动封闭，无论有人否，电灯都不会亮。第二章 任务和要求2.1 设计目的设计并制作一个“台灯自动开关盒”2.2 设计要求它有两根交流电源输入线和一个交流电源输出插座，后者可插额定电压为220V，功率不超过60W。1一个光敏元件（光敏管或电池）。可将它安在开关盒上恰当的位置。 2一个对人体敏感的传感器，它可以是台灯的金属灯罩。如果灯罩是非金属制器，则可粘贴铝箔或铁皮等作为传感器。3自动开关盒做好后，将台灯（220V，不超过60W）的电源插头插入开关盒的交流电源输出插座。4除220V交流电源外，不许外接其他电源2.3 功能介绍（1）在晚上，当没有光源照射到光敏元件上时，若有人靠近台灯，它便自动接通电源发光。人离开台灯后，它能自动断开电源。（2）在白天有足够的光线（以适合阅读为标准）照射到光敏元件上时，无论是否有人靠近台灯，它都不会亮。第三章 设计原理3.1 设计结构 3.1.1 结构图人移动信号-人体红外感应模块台灯控制单元光信号-光敏感应器 图13.1.2结构图说明 图1中有三个主要部分：（1）光敏传感器，其作用就是将感觉到的光信号的强弱转化为电阻的大小，并实时告诉控制元件；（2）人体红外感应模块，其作用是感觉近距离内有没有人靠近，并实时告诉控制元件；（3）控制元件，其作用是根据台灯周围的光线和是否有人靠近来控制灯的亮与灭。3.2 设计电路3.2.1 电路图 图23.2.2 电源部分如图2，LM7805的左边为电源部分，由小型变压器、电容C3、二极管D1、D2、D3、D4，三端稳压器LM7805共同组成。使用小型变压器将交流220V电降至15V左右，经二极管D1、D2、D3、D4构成的单相整流电桥整流和电容C3滤波后，由三端固定稳压器LM7805输出稳定的5V直流电压。电容C1和C2用于抑制7805可能产生的自激 一.小型变压器 工作原理：降压变压器两组线圈圈数分别为N1和N2，N1为原边圈数，N2为副边圈数。初级次级电压和线圈圈数间具有下列关系：U1/U2=N1/N2 （N1N2) 。电网供电电压交流220V，频率50HZ。首先由变压器变压将220V电压降到15V左右电压。然后将降压后的交流电通过桥式整流电路变化为单相直流电。 二.桥式整流电路输出电压平均值UO(AV) (a) (b)图14-1-2 单相全波桥式整流电路由图14-1-2的波形图可知，桥式整流电路的输出电压波形与全波整流电路一样，所以其输出电压平均值 输出电压的脉动系数S 整流二极管正向平均电流ID(AV) 在桥式整流电路中，整流二极管D1、D3和D2、D4是两两轮流导通的，因此，流过每个整流二极管的平均电流是电路输出电流平均值的一半， 最大反向电压URM 桥式整流电路因其变压器只有一个副边绕组，在U2正半周时，D1、D3导通，D2、D4截止，此时D2、D4所承受的最大反向电压为U2的最大值，即同理，在U2负半周时，D1、D3也承受同样大小的反向电压。变压器副边电流的有效值I2流过变压器副边绕组的电流正半周是半个正弦波，负半周是另一半正弦波，所以副边电流中无直流分量，变压器副边电流的有效值 桥式整流电路与单相半波整流电路和单相全波整流电路相比，其明显的优点是输出电压较高，纹波电压较小，整流二极管所承受的最大反向电压较低，并且因为电源变压器在正负半周内都有电流流过，所以变压器绕组中流过的是交流，变压器的利用率高。在同样输出直流功率的条件下，桥式整流电路可以使用小的变压器，因此，这种电路在整流电路中得到广泛应用3. 三端稳压器LM7805 （1）LM7805 简单介绍：其中1接整流器输出的+电压，2为公共地(也就是负极)，3就是我们需要的正5V输出电压（2）LM7805结构 LM7805是常用的三端稳压器，一般使用的是TO-220封装，能提供DC 5V的输出电压，应用范围广，内含过流和过载保护电路。带散热片时能持续提供1A的电流，如果使用外围器件，它还能提供不通的电压和电流。（3）三端集成稳压器的电路结构及主要特性参数三端集成稳压器大多采用串联稳压方式。从图所示方框图中可以看出，它由启动电路、基准电路、误差放大器、调整管、取样电阻及保护电路等组成。它与分立元件的串联调整稳压器电路工作原理完全相同。（4）LM7805电参数 参数符号测试条件最小值典型值最大值单位输出电压VoTj=254.85.05.2V5.0mA1o1.0A,Po15W Vi=7.5v to 20v4.755.005.25V线性调整率VoTj=25,Vi=7.5V to 25V4.0100mVTj=25,Vi=8V to 12V1.650mV负载调整率VoTj=25,lo=5.0mA to 1.5A9100mVTj=25,lo=250mA to 750mA450mV静态电流IQTj=255.08mA静态电流变化率IQlo=5mA to 1.0A 0.030.5mAVi=8V to 25V0.30.8mA输出电压温漂Vo/Tlo=5mA 0.8mV/ 输出噪音电压VNf=10Hz to 100KHz,Ta=2542V纹波抑制比RRf=120Hz,Vi=8V to 18V 6273dB输入输出电压差Volo=1.0A,Tj=252V输出阻抗Rof=1KHz15m短路电流1SCVi=35V,Ta=25230mA峰值电流1PKTj=252.2A3.2.3 感应部分一 人体红外感应模块：人体红外感应模块电路主要由人体红外传感器、菲涅尔透镜、专用芯片BISS0001组成。当有人出现在它的探测区，传感器便能探测到信号并把信号传给单片机，单片机再根据实际情况是否该开启器件设备或让房间的电器设备处于一种可开启状态。热释人体红外模块电路如图3所示。 图3工作原理：上图中，SW1是工作方式选择开关，当SW1与1端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当SW1与2端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。图中R6可以调节放大器增益的大小，原厂图纸选10K，实际使用时可以用3K，可以提高电路增益改善电路性能。输出延迟时间Tx由外部的R9和C7的大小调整，触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，R9/R10可以用470欧姆，C6/C7可以选0.1U。BISS0001芯片介绍 BISS0001是一款传感信号处理集成电路。静态电流极小，配以热释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式的热释电红外传感器。广泛用于安防、自控等领域能。特点：CMOS工艺 数模混合 具有独立的高输入阻抗运算放大器 内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰 内设延迟时间定时器和封锁时间定时器 采用16脚DIP封装 3.1.1.1管脚图表3-1 管脚说明引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发2VOO控制信号输出端。由VS的上跳前沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。3RR1-输出延迟时间Tx的调节端4RC1-输出延迟时间Tx的调节端5RC2-触发封锁时间Ti的调节端6RR2-触发封锁时间Ti的调节端7VSS-工作电源负端8VRFI参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位9VCI触发禁止端。当VcVR时允许触发(VR0.2VDD)10IB-运算放大器偏置电流设置端11VDD-工作电源正端122OUTO第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端151IN-I第一级运算放大器的反相输入端161OUTO第一级运算放大器的输出端二光敏传感器。（1）光敏电阻功能-感知光线的强度，它是电阻值随光线强弱的变化而变化，光强时阻值变小，光弱时阻值变大。 （2）光敏电阻结构通常由光敏层、玻璃基片（或树枝防潮膜）和电极等组成的。 （3）特性光敏电阻器是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化。它在无光照射时，呈高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小。 （4）光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻如图所示。为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。构成光敏电阻的材料有金属的硫化物、硒化物、碲化物等半导体。 半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。3.2.4 控制部分 由555多谐振荡器，三极管T1、T2，继电器，电阻R2、R3、R4、R5、R6，电容C5，共同组成。555的1、2、3、4、6、8端分别为接地端、低电平触发输出复位端、高电平触发端、电源端。为了防止光线在一定的范围内发生微小的变化而使得台灯时阴时暗，在555的2端（低电平触发端）接一个三极管T2，以锁定台灯的工作状态。一.555定时器构成多谐振荡器 (1)555 定时器的电路结构及其功能 图 4- 为 555 定时器的内部逻辑电路和外引脚图，从结构上看， 555 电路由 2 个比较器、 1 个基本 RS 触发器、 1 个反相缓冲器、 1 个集电极开路的放电晶体管和 3 个 5k 电阻组成分压器组成。图 4- 555 逻辑电路图和引脚图如图8-4，由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端放电，使电路产生振荡。电容C在2/3Vcc和1/3Vcc之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应的波形如图8-5所示。输出信号的时间参数是： T= =0.7（R1+R2）C =0.7R2C 其中，为VC由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的时间，为电容C放电所需的时间。555电路要求R1与R2均应不小于1K，但两者之和应不大于3.3K。(2) 555定时器真值表外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此，这种形式的多谐振荡器应用很广。3.3电路原理当光线不够强，且有人靠近的时候，微波感应器检测到人活动时的移频信号，感应器的控制电路将输出一个低电平，在图2中我们可以看到这个低电平加在了T1管的基极，三极管T1截止，从而使得T1的集电极处于高电平，由555定时器构成的多谐震荡器便开始工作。由于光线比较弱，光敏电阻阻值较大，此时GM与R4的分压点的电压低于1/3*VCC，555电路的输出端（图2中555的第3端）输出高电平，使得继电器导通，台灯点亮。同时这个高电平通过R5加在了三极管T2的基极，使T2管导通，T2管的集电极则处于低电平，从而锁定此种工作。当人离开后台灯一定距离时，微波感应器的输出端将输出高电平，T1管经R2偏置导通，T1管的基电极便处于低电平，555多谐震荡器不工作。所以即使光线暗灯也不会亮。当光线比较强时，光敏电阻的阻值就比较小，GM与R1的分压点的电压高于1/3*VCC，555电路的输出端输出低电平，则可控硅截止，此时，即使有人靠近灯也不会亮。 第四章 设计体会 经过这次课程设计，我从中学到了很多东西! 第一，对我在大学所学的知识进行了一次系统的检测和巩固，让我更加好的理解和掌握这些知识！第二，对所学知识进行运用的考验，理论联系实际，经过这次使我对知识的运用能力得到了一定提高！第三，要学会查找和收集资料，并合理有效的利用这些资料！提高我收集处理资料的能力。第四，深深体会了团队合作的重要性，我和搭档在做课程设计期间相互帮助，相互讨论，一起努力，一起奋斗，虽然所用的时间不多，但是我们学到很多东西，对我以后