光控流水灯设计

编号 课程设计 论文 说明书 题 目 光控流水灯设计光控流水灯设计 院 系 信息与通信学院 专 业 电子信息工程 学生姓名 段超宁 学 号 0900220411 指导教师 蒋俊正 2012 年 12 月 10 日 桂林电子科技大学实训说明书专用纸 2 摘要摘要 光控流水灯控制器是一个通过外界光线的强度来控制输出方波的频 率 通过它可以自动实现一些控制 通过感光装置 光敏电阻 实现自动 化开关有利于许多生产与生活 例如在车间里可以安装光控开关来控制车间 里的照明灯 这样既利于车间的照明又有利于节约电 光足够亮时开关会自 动关掉照明灯 在其他面也可以广泛应用 光控流水灯在日常生活中的应用已经全面在市场上开始推广 但毫无 疑问 这一设计的应用前景是很广阔的 本文概述了光敏电阻的基本原理和 特点 并介绍了光敏电阻的基本结构和用于实现电路控制的功能 并介绍了 其用于控制路灯的设计方案 并对程序进行调试及性能分析 关键字关键字 光敏电阻 光控流水灯 桂林电子科技大学实训说明书专用纸 3 目目 录录 1 1 光敏电阻的结构与工作原理光敏电阻的结构与工作原理 3 3 2 2 光敏电阻的主要参数光敏电阻的主要参数 5 5 3 3 光敏电阻的特性光敏电阻的特性 5 5 3 13 1 伏安特性伏安特性 5 5 3 23 2 光谱特性光谱特性 6 6 3 33 3 温度特性温度特性 6 6 3 43 4 频率特性频率特性 6 6 4 4 继电器的类型参数继电器的类型参数 7 7 5 5 稳压二极管参数稳压二极管参数 7 7 6 6 三极管参数三极管参数 8 8 7 7 系统原理系统原理 8 8 8 8 原理图原理图 9 9 9 9 工作原理及过程工作原理及过程 9 9 10 10 元件的选取列表及参数元件的选取列表及参数 1010 11 11 结束语结束语 1010 12 12 附录 实物图参考附录 实物图参考 1111 桂林电子科技大学实训说明书专用纸 4 1 1 光敏电阻的结构与工作原理光敏电阻的结构与工作原理 光敏电阻又称光导管 它几乎都是用半导体材料制成的光电器件 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 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 急剧减小 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 敏电阻的灵敏度高 实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级 亮电阻值在几 千欧以下 它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 它是在一块匀质的光电导体两端加上电极构成 两电极加上一定电 压后 当光照射到光电导体上 由光照产生的光生载流子在外加电场作用下沿 一定方向运动 在电路中产生电流 达到光电转换目的 它以其高度的稳定性 而广泛地应用在自动化技术 光敏电阻结构图光敏电阻结构图 RL E I a b c Ra 0 05 0 10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 0 40 00 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 1 4 I mA lm a 光敏电阻结构 b 光敏电阻电极 c 光敏电阻接线图 桂林电子科技大学实训说明书专用纸 5 2 2 光敏电阻的主要参数光敏电阻的主要参数 1 暗电阻 光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻 此时流过的电 流称为暗电流 2 亮电阻 光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻 此时流过的电流称 为亮电流 3 光电流 亮电流与暗电流之差称为光电流 3 3 光敏电阻的特性光敏电阻的特性 光敏电阻的光照特性 光敏电阻的光照特性是描述光电流 I 和光照强之间的关系 绝大多数光敏 电阻光照特性是非线性的 下图为硫化镉光敏电阻的光敏特性 光敏电阻的光照特性光敏电阻的光照特性 1 1 伏安特性伏安特性 在一定光照度下 光敏电阻两端所加的电压与其光电流之的关系 成为伏 安特性 图是 CdS 光敏电阻的伏安性曲线 它是线性电阻 服从欧姆定律 但 不同照度下具有不同的斜率 注意光敏电阻的功耗 使用时保持适当的工作电 压和工作电流 0 05 0 10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 0 40 00 20 4 0 6 0 81 0 1 2 1 4 I mA lm 桂林电子科技大学实训说明书专用纸 6 CdSCdS 光敏电阻的伏安特性光敏电阻的伏安特性 2 2 光谱特性光谱特性 光谱特性表征光敏电阻对不同波长的光其灵敏度不同的性质 光敏电阻 的光谱特性如图所示 光敏电阻的光谱踏特性曲线光敏电阻的光谱踏特性曲线 3 3 温度特性温度特性 在光照一定的条件下 光敏电阻的阻值随温度的升高而下降 即温 度特性 CdSCdS 光敏电阻的温度特性曲线 光照一定 光敏电阻的温度特性曲线 光照一定 4 4 频率特性频率特性 光敏电阻上升和下降时间的长短 表示其对动态光信号响应的快慢 即频 桂林电子科技大学实训说明书专用纸 7 率特性 如图所示 光敏电阻的频特性不仅与元件的材料有关 而且还与光照 的强弱有关 光敏电阻的频率特性 3 CD40173 CD4017 引脚图引脚图 电路图电路图 原理图资料原理图资料 CD4017CD4017 功能简述功能简述 CD4017 是 5 位 Johnson 计算器 具有 10 个译码输出端 CP CR INH 输入端 时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能 对输入时钟脉冲上升和下降时间无限 制 INH 为低电平时 计算器在时钟上升沿计数 反之 计数功能无效 CR 为高电平 时 计数器清零 Johnson 计数器 提供了快速操作 2 输入译码选通和无毛刺译码输 出 防锁选通 保证了正确的计数顺序 译码输出一般为低电平 只有在对应时钟周 期内保持高电平 在每 10 个时钟输入周期 CO 信号完成一次进位 并用作多级计数链 的下级脉动时钟 CD4017CD4017 逻辑结构图逻辑结构图 CD4017 Logic Diagram 逻辑图 cd4017 引脚功能 芯片有 10 个译码输出 Q0 Q9 MR 为清零端 CP0 和 CPl 是 2 个 桂林电子科技大学实训说明书专用纸 8 时钟输入端 三个输出端的控制 0Y1Y2Y 每个译码输出一般处于低电平 且在时钟脉 冲由低到高的上升沿输出高电平 每个高电平输出维持 1 个时钟周期 每输入 10 个时钟 脉冲 输出一个进位脉冲 因而进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号 在清零输 入端 R 加高电平或正脉冲时 只有输出端 Q0 为高电平 其余各输出端都为低电平 0 CD4017CD4017 引脚功能 引脚功能 CD4017 内部是除 10 的计数器及二进制对 10 进制译码电路 CD4017 有 16 支脚 除电 源脚 VDD 及 VSS 为电源接脚 输入电压范围为 3 15V 之外 其余接脚为 A 频率输入脚 CLOCK Pin14 为频率信号的输入脚 B B 数据输出脚 数据输出脚 a Q1 Q9 Pin3 2 4 7 10 1 5 6 9 11 为解码后的时进制输出接脚 被 计数到的值 其输出为 Hi 其余为 Lo 电位 b CARRY OUT Pin12 进位脚 当 4017 计数 10 个脉冲之后 C C OUTOUT 将输出一个脉 波 代表产生进位 共串级计数器使用 D D 控制脚 控制脚 a CLEAR Pin15 清除脚或称复位 Reset 脚 当此脚为 Hi 时 会使 CD4017 的 Q0 为 1 其余 Q1 Q9 为 0 b CLOCK ENABLE Pin13 时序允许脚 当此脚为低电位 CLOCK 输入脉波在正缘时 会使 CD4017 计数 并改变 Q1 Q9 的输出状态 端功能符号端功能符号 CO 进位脉冲输渊 CP 时钟输入端 CR 清除端 INH 禁止端 Q0 Q9 计数脉冲输出端 CD4017CD4017 引脚图引脚图 桂林电子科技大学实训说明书专用纸 9 6 6 三极管参数三极管参数 半导体三极管也称为晶体三极管 可以说它是电子电路中最重要的器件 它最主要的功能是电流放大和开关作用 三极管顾名思义具有三个电极 本设 计中是用于电流放大 三极管管脚识别方法 a 判定基极 用万用表 R 100 或 R 1k 挡测量管子三个电极中每两个极 之间的正 反向电阻值 当用第一根表笔接某一电极 而第二表笔先后接触另 外两个电极 均测得低阻值时 则第一根表笔所接的那个电极即为基极 b 这时 要注意万用表表笔的极性 如果红表笔接的是基极 b 黑表笔分别接在其他两 极时 测得的阻值 都较小 则可判定被测管子为 PNP 型三极管 如果黑表笔接 的是基极 b 红表笔分别接触其他两极时 测得的阻值较小 则被测三极管为 NPN 型管如 8050 9014 9018 b 判定三极管集电极 c 和发射极 e 以 PNP 型三极管为例 将万用表置 于 R 100 或 R 1K 挡 红表笔基极 b 用黑表笔分别接触另外两个管脚时 所 测得的 两个电阻值会是一个大一些 一个小一些 在阻值小的一次测量中 黑 表笔所接管脚为集电极 在阻值较大的一次测量中 黑表笔所接管脚为发射极 不拆卸三极管判断其好坏的方法 在实际应用中 小功率三极管多直接焊接在印刷电路板上 由于元件的安 装密度大 拆卸比较麻烦 所以在检测时常常通过用万用表直流电压挡 去测 量被测管子各引脚的电压值 来推断其工作是否正常 进而判断三极管的好坏 如果是像 8050 9014 一样 NPN 的用万用表检测他们的引脚 黑表笔接一 个极 用红笔分别接其它两极 两个极都有 5K 阻值时 黑表笔所接就是 B 极 这时用黑红两表笔分别接其它两极 用舌尖同时舔 其实也可以先用舌头舔湿 桂林电子科技大学实训说明书专用纸 10 一下手指然后用手指去摸 反正都不卫生 黑表笔所接那个极和 B 极 表指示 阻值小的那个黑表所接就是 C 极 以上所说为用指针表所测 数字表为红笔 数字万用表内部的正负级是和指针表相反的 7 7 系统原理系统原理 本设计主要是运用光敏元件的特性来实现当光照强度足够进自动关闭路灯 而当光照强度不足时 控制继电器吸合 接通路 灯回路的电源 达到自动开启 路灯的轼能 在设计时主要围绕光敏电阻 继电器的工作原理开展的 通过光敏电阻采集 外部照明信息 而用继电器实现开关的目的 要想达到这一目的就要设计出适 当的电路 使光线强时继电器断开 反之闭合工作 为此我利用三极管特性以 及利用电阻分压实现三极管各极电压控制 在电源方面我利用二极管的单向导 电性 用电桥电路接法使电流恒从某一方向通过 这样发光二极管就可以正常 工作 如此 我的设计就分为分压电路 含有光敏电阻 继电器 通过三极管接 到分压电路 电源电路 以及一些稳压电路 8 8 原理图原理图 9 9 工作原理及过程工作原理及过程 桂林电子科技大学实训说明书专用纸 11 1 由两个 NPN 8050 三极管 T1 T2 组成自激多谐振荡器 R3 R 是 T1 T2 的集电极负载电阻 电阻 R1 R2 分别给 T1 T2 加以正向偏压 两个三 极管 T1 T2 经过两个电容 C1 C2 进行交流耦合 通电后 电容 C1 C2 交替充 放电 使 T1 T2 轮流导通和截止 从 T2 集电极输出一定频率和一定脉冲宽度 的方波 2 方波从 CD4017 的 14 脚 时钟输入脚 输入 给予连续不断的时钟信号 使发光二极管依次不断闪烁 R5 是光敏电阻 入射光越强电阻越小 反之越大 通过光照可以改变输出方波的频率 从而使 LED 的闪烁速度改变 3 工作时序 由此可见 当 CD4017 有连续脉冲输入时 其对应的输出端依次变为高电平状态 10 10 元件的选取列表及参数元件的选取列表及参数 元件元件说明说明数量数量元件元件 桂林电子科技大学实训说明书专用纸 12 电解电容电解电容2 2uf2 个个电解电容电解电容 电阻电阻10k 200 欧欧 各一个各一个电阻电阻 电阻电阻2k2 个个电阻电阻 可调电阻器 精调 可调电阻器 精调 50k1 个个可调电阻器 精调 可调电阻器 精调 芯片芯片 CD4017直插直插1 个个芯片芯片 CD4017 三极管三极管8050 NP N 2 个个三极管三极管 发光二极管发光二极管 普通普通11 个个发光二极管发光二极管 排针排针用作电源用作电源 接口接口 2 个个排针排针 11 11 结束语结束语 关于光控灯在日常生活中的应用已经全面在市场上开始推广 但毫无疑问 这一设计的应用前景是很广阔的 在这次的设计中 我学