光控灯的设计

课程设计 论文 说明书 题 目 光控灯的设计 院 系 专 业 学生姓名 学 号 指导教师 职 称 在学校 机关 厂矿企业的单位的公共场所以及居民区的公共楼道 长明 灯现象非常普遍 这就造成了能源的大量浪费 另外 由于频繁开关或者人为 因素 墙壁开关的损坏率很高 增大了维修量 浪费了资金 在这里我设计了 光控灯 光控灯会随着环境光线的变化自动的控制灯的亮灭 适合于控制路灯 走廊灯等 同时也达到了省电节能和延长灯泡使用寿命的效果 当傍晚光强减 弱到一定程度的时候 电路就会自动接通点亮路灯 当早上光强增大到一定强 度的时候 电路就会自动切断 从而实现灯自动熄灭的功能 关键词 光敏电阻 555 芯片 光控灯 Abstract In schools offices residential ares factories mines and enterprises and other units of public places and streets in public gardens as well as residential corridor long light that is widespread which caused a great waste of energy In addition due to frequent switching or man made factors wall switches the high failure rate increasing the amount of maintenance waste of money Here I designed a light control lights As the circumstances change in the light the light control light will automatically control turn the light on or off for control of the street lamps the corridor lights also to save energy and electric light bulb of life effect when the light down to a certain extent the circuit is automatically connected to light lamps as early and increased to a certain polish strength the circuit is automatically cut out the automatic function Key words light dependent resistor 555chips optical control lamp 目 录 引言 1 1 光控灯原理 1 1 1 光控灯的意义与背景 1 1 1 2 设计思路与原理 1 1 2 光控灯电路的设计方案 1 1 2 1 方案特点 1 1 2 2 元器件的选择 2 2 2 3 主要原器件的介绍 2 2 2 3 1 光敏电阻的介绍 2 2 2 3 2 555 芯片的介绍 3 3 2 3 3 发光二极管的介绍 4 4 3 电路 4 4 3 1 原理图的设计及说明 4 4 3 2 电路仿真 5 5 4 电路板的制作及调试 7 7 4 1 PCB 电路图的制作 7 7 4 2 电路板的制作 7 7 4 3 电路板的调试 7 7 4 4 测试结果 8 8 5 结束语 8 8 谢辞 9 参考文献 10 引言 路灯在我们日益更新的生活中越来越普遍 一般路灯是白天关闭 夜晚开 启 如果人工控制路灯的开关 不但费时费力 而且在天气变化时 不容易掌 握开关路灯的时间 给群众带来很大的不便 在本设计中介绍一种自动光控灯 这样不但省时省力 节约资源 而且可以提高灯的寿命 采用 555 时基电路施 密特触发器 及电阻 二极管或门组成自动光控灯智能电路 会给我们带来新 颖智能的便利 当光线好时 灯不会发光 到光线很差时 灯会自动开启照明 虽然本文介绍的光控灯只有 1 个简单的芯片和电阻电容构成 却可以模拟光控 灯 也达到了节电节能的目的 同时它的原理也有广泛的应用 1 光控灯原理 1 1 光控灯的意义与背景 站在新世纪的门槛上 我们感受到的是高速发展的现代科技 降低能耗 节约能源 注重环保 简洁方便是当今家居生活的主题 也因如此 照明灯的 需求也在不断的发展 人类有意识的采用各种方法改进它 以适应我们日常生 活的各种需要 用光控开关来代替路灯开关 住宅小区的楼道上的开关 只有 在光线不足时灯会自动点亮 白天光线充足时不会亮 可以达到节能的目的 同时光控电路具有电路简单 制作容易 工作可靠的特点 可广泛应用于各种 楼房走廊的照明设备 1 2 设计思路与原理 电路采用光敏电阻来感受外界光的强弱 然后采用 555 多谢振荡器改变输 出电压 从而改变发光二极管两端的电压 进而控制了灯的亮灭 在发射结接 上一个继电器 可以控制外接电路的开路或短路 此设计也可以看做是一个用 发光二极管指示的光控开关 要求电路在日光照射下 接通 5V 电源后 发光 二极管四熄灭的 没有光照的时候 发光二极管是亮的 接通 5V 电压 在光线充足的情况下光敏电阻的阻值很小 分压很小 则 输入 555 芯片的 TH 和 TR 端为高电平 此时 555 芯片的输出端为低电平 不能 提供足够的电压给发光二极管 则灯不亮 在光线不足时 光敏电阻的阻值很 大 分压很大 输入 555 芯片的 TH 和 TR 端为低电平 则 555 芯片的输出为高 电平 此时可以提供足够的电压给发光二极管 灯就发光 2 光控灯电路的设计方案 2 1 方案特点 产生光控电路的方案有很多 本方案的选择主要从以下几个方面考虑 1 设计难度 2 实现难度 3 成本 4 调试难度 5 电路原理 由于我在大二时期已经学了数字电路和模拟电子电路 而且这个方法比较 简单 又实用 能充分体现出我对所学知识的掌握程度 所以我利用所学的数 字电 路方法 力求从简单的基础知识中学到更多的东西 为今后的学习做好准备 采取一种最简单的方式实现光控电路的设计 2 2 元器件的选择 1 发光二极管 1 只 2 555 芯片 1 只 3 继电器 1 只 4 电容 1 只 5 三极管 1 只 6 光敏电阻 1 只 7 可调电阻 100K 1 只 8 电阻 560 1 只 1K 一只 9 排针 二孔 1 只 三孔 1 只 2 3 主要原器件的介绍 2 3 1 光敏电阻的介绍 光敏电阻又称光导管 常用的制作材料为硫 化镉 另外还有硒 硫化铝 硫化铅和硫化铋等 材料 这些制作材料具有在特定波长的光照射下 其阻值迅速减小的特性 这是由于光照产生的载 流子都参与导电 在外加电场的作用下作漂移运 动 电子奔向电源的正极 空穴奔向电源的负极 从而使光敏电阻器的阻值迅速下降 光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的 一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器 入射光强 电阻减小 入射光弱 电阻增大 光敏电阻器一般用于光的测量 光的控制和光电转换 将光的变化 转换为电的变化 常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器 它是由半导体材料制 成的 光敏电阻器的阻值随入射光线 可见光 的强弱变化而变化 在黑暗条 件下 它的阻值 暗阻 可达 1 10M 欧 在强光条件 100LX 下 它阻值 亮 阻 仅有几百至数千欧姆 光敏电阻器对光的敏感性 即光谱特性 与人眼对 可见光 0 4 0 76 m 的响应很接近 只要人眼可感受的光 都会引起它的 阻值变化 设计光控电路时 都用白炽灯泡 小电珠 光线或自然光线作控制 光源 使设计大为简化 第 3 3 页 共 1010 页 2 3 2 555 芯片的介绍 555 时基电路是一种双极型的时基集成电路 工作电源为 4 5V 18V 输出 电流为 200mA 工作可靠 它含有两个电压比较器 一个基本 RS 触发器 一个 放电开关 T 比较器的参考电压由三只 5K 的电阻器构成分压 它们分别使高 电平比较器 C1 同相比较端和低电平比较器 C2 的反相输入端的参考电平为 2 3Vcc 和 1 3Vcc C1 和 C2 的输出端控制 RS 触发器状态和放电管开关状态 当输入信号输入并超过了 2 3Vcc 时 触发器复位 555 的输出端 3 脚输出低 电平 同时放电 开关管导通 当输入信号自 2 脚输入并低于 1 3Vcc 时 触 发器置位 555 的 3 脚输出高电平 同时放电 开关管截止 是复位端 当其为 0 时 555 输出低电平 平时该端开路或接 Vcc Vco 是控制电压端 5 脚 平时输出 2 3Vcc 作为比较器 A1 的参考电平 当 5 脚接一个输入电压 即改变了比较器的参考电平 从而实现对输出的另一种控 制 在不接外加电压时 通常接一个 0 01 F 的电容器到地 起滤波作用 以消 除外来的干扰 确保参考电平的稳定 T 为放电管 当 T 导通时 将给于脚 7 的电容器提供低阻放电电路 第 4 4 页 共 1010 页 555 电路的引脚功能如下图 2 3 3 发光二极管的介绍 发光二极管简称为 LED 由镓 Ga 与 砷 AS 磷 P 的化合物制成的二极管 当电子与空穴复合时能辐射出可见光 因 而可以用来制成发光二极管 它是半导体二极管的一种 可以把电 能转化成光能 发光二极管与普通二极管 一样是由一个 PN 结组成 也具有单向导电 性 当给发光二极管加上正向电压后 从 P 区注入到 N 区的空穴和由 N 区注入到 P 区 的电子 在 PN 结附近数微米内分别与 N 区的电子和 P 区的空穴复合 产生自发 辐射的荧光 不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同 当电子和 空穴复合时释放出的能量多少不同 释放出的能量越多 则发出的光的波长越 短 常用的是发红光 绿光或黄光的二极管 3 电路 3 1 原理图的设计及说明 第 5 5 页 共 1010 页 图 3 1 用 Protel 绘制的原理图 原理图说明 接通 5V 的电压 通过光敏电阻可以调节电阻的分压作用 改变 6 脚和 2 脚的输入电压 从而达到改变 555 的输出电压 从而达到控制发光二极管的亮 灭 的作用 同时经过三极管的放大作用 控制继电器 继电器是具有隔离功能的 自动开关元件 当光照到光敏电阻时 其电阻变小 是的 6 脚和 2 脚的电压变大 经过 555 芯片 由 555 的原理可知 从输出管脚 3 输出低电平 此时发光二极管不 能导通 是灭的 当没有光照时 其电阻变大 使得 6 脚和 2 脚的电压变小 经过 555 芯片 由 555 的原理可知 从输出管脚 3 输出高电平 此时发光二极 管导通 灯亮 因为继电器具有能反映一定输入变量 如电流 电压等 的感应机构 输 入部分 有能对被控电路实现 通 断 控制的执行机构 输出部分 在 继电器的输入部分和输出部分之间 还有对输入量进行耦合隔离 功能处理和 对输出部分进行驱动的中间机构 驱动部分 所以 此电路还能作为一个光控 开关 控制外部电路 3 2电路仿真 仿真电路如下 第 6 6 页 共 1010 页 图 3 2 有光照时 用小电阻代替光敏电阻的仿真图 图 3 3 没有光照时 用大电阻代替光敏电阻的仿真图 由于在仿真时 没有找到光敏电阻 因此我根据光敏电阻的原理特点 用 电阻来代替 因为在光照时 光敏电阻的阻值很小 我用小电阻代替 在没有 光照时 光敏电阻的阻值很大 用大电阻代替 经过仿真 得到两个图 对比 可知此电路实现了光控的原理 第 7 7 页 共 1010 页 4 电路板的制作及调试 4 1 PCB 电路图的制作 是英文印制线路板的简称 通常把在绝缘材上 按预定设计 支撑 印制线路 尹志远见或两者组合而成的导电图形成为印制电路 而在绝缘基材 上提供元器件之间电气连接的导电图形 称为印制线路 这样就把印制电路或 印制线路的成品板称为印制线路板 亦称为印制板或印制电路板 仿真成功后 画出正确的 图 图 4 1 PCB 图 4 2 电路板的制作 制作电路板时 先用砂纸打磨铜板 把铜板打磨光亮 然后用熨斗将打印 的 PCB 图印制在铜板上 然后用盐酸和双氧水以一定的比例混合将铜板腐蚀 腐蚀后再用砂纸将打印上去的黑线磨掉 然后就可以看到留下的铜线电路图 接着就按照电路图上的孔印打孔 打完孔就可以进行焊接元器件了 在装元器 件时一定要注意元器件的正负极 不能装反了 在焊接完毕后 必须检查是否 存在虚焊 漏焊以及由于焊锡流淌造成的元件短路情况 4 3 电路板的调试 电路板制作完成后要进行测试 使其满足要求 测试需要仪器 直流稳压电源 1 台 调试过程 第 8 8 页 共 1010 页 1 调节直流稳压电源 使其输出为 5V 的电压 先不要打开电源开关 将 输出端接到电路板上 2 连接好后检查线路的正负端有没有接错 然后打开电源开关 观察二极 管的发光情况 看其是否在有光的情况下不发光 在没有光照的情况下 发光 可以用障