光控照明控制电路设计毕业论文.doc

光控照明控制电路设计毕业论文目录摘要绪论1第一章 总体方案设计21.1 设计内容21.2 设计要求21.3 设计方案2第二章 电路设计32.1 电路框图32.2 电路原理图及解析42.3 电路分析及计算52.3.1 电源电路52.3.2光控电路52.3.3 555振荡电路62.3.4 照明电路72.3.5 显示电路8第三章 软件设计93.1 Keil uVision4简介93.2 Keil uVision4使用方法93.3程序流程图10第四章调试与仿真114.1 PCB板制作114.1.1布线注意事项114.1.2布线思路114.1.3制作PCB板124.2电路的调试134.2.1电路的初步调试134.2.2故障寻、检常用方法134.3.3电路的最终现象134.3电路的仿真134.3.1仿真元件144.3.2仿真结果15结结语16致 谢17参考文献18附录A1922摘 要: 本设计所讲述的是一种光控照明电路的设计与制作。主要由电源电路、光控电路、555振荡电路、照明电路、单片机控制的液晶显示电路组成。采用89C52作为主控制器来控制液晶的点亮与显示,555构成的多谐振荡器来控制LED,电源电路供电，光控电路利用光敏三极管3DU5C对光敏感的特性和开关管的开关特性来实现，即白天或光线较亮的时候，控制灯及液晶不亮，而在晚上或光线较暗时控制灯及液晶点亮。本设计完成了硬件电路和软件的设计, 对提高我们的动手能力，增强创新意识，锻炼思维的活跃，以及加强团队合作精神都有很大的帮助。同时，我也能通过这次的研究设计让自己进一步了解光控照明灯，而不是局限于课本知识，从小的突破点入手，掌握一项科技知识，从而实现课堂外的又一次提高。关 键 词:单片机、LCD、555振荡器、光敏三极管Abstract:The design of a solar warning about the circuit design and production. Mainly by the solar circuit, the light control circuit, 555 oscillation circuit, flashing circuit, microcontroller-controlled liquid crystal display circuit. Using STC12C5A60S2 as the main controller to control the light and the LCD display, consisting of multi-vibrator 555 to control the leds flashing, the battery charging solar panels to power the entire circuit, the light control circuit for use phototransistor 3DU5C light-sensitive properties and the switching characteristics of the switch to achieve, that is, the brighter the light during the day or time, control lights and the LCD does not light, dark or light in the evening to control lights and liquid crystal light. The design is completed the hardware circuit and software design, implementation of the flashing warning function. Expansion of the system convenient, practical and safe, and achieved good social benefits. Use of solar energy, light-sensitive resistors as sensor, easy to adjust the time and frequency flicker, effectively played a warning.Keywords :microcontroller, LCD, oscillator 555, phototransistor绪 论引言：随着电子技术的发展，尤其是数字技术的发展，用数字电路技术实现灯的自动发光、节能节电、延迟灯的寿命变得越来越重要，而且贴近我们的实际生活。光控电路已成为人们日常生活中的必需品，它不需要开关，当光线强度降到一定程度时，光控开关控制路灯工作，路灯工作一段时间后，开关自动断开，路灯停止工作。由于本电路广泛应用于人们的日常生活中，所以具有很大的作用和研究价值。研究目的和意义：主要目的：通过本次课题研究我们希望在理清它的发展脉络上进一步了解它的发明原理，将平日所学知识运用于试验探索中。通过对光控日光灯工作基本原理的了解，结合所学电路知识,设计出合理的电路图，然后通过试验验证并调试所设计的电路。全面掌握电子线路设计、制造及使用方面的知识，资料查阅方法，总结报告、论文的写作方法，科研过程与思路，科研中发现问题和解决问题的方法与创新。本次研究对于提高我们的动手能力，增强创新意识，锻炼思维的活跃，以及加强团队合作精神都有很大的帮助。同时，我也能通过这次的研究设计让自己进一步了解光控照明灯，而不是局限于课本知识。从小的突破点入手，掌握一项科技知识，从而实现课堂外的又一次提高。研究意义：用光控开关代替路灯内的手动开关，只有在天黑之后，路灯会自动点亮，提供照明，路灯持续工作几个小时后会自动熄灭。在白天，路灯不会点亮，可以达到节能的目的。光控开关不仅可以用于路灯，也可以用于住宅去的楼道，办公楼等公共场所。它具有体积小、外形美观、制作容易、安全可靠的优点。第一章 总体方案设计1.1设计内容该课题的主要内容是：设计一个光控路灯延时开关，该电路能由光信号控制灯的亮与灭，起到节约用电的作用。要求在光较强时，灯泡不能亮。在晚上或光线微弱到设定值后，灯泡就会点亮。1.2设计要求1.能控制功率100W的装置；2.提供完整的电路设计框图和原理图；3.有电路原理概述与分析；4.对相关设计参数进行计算与分析；5.设计一个光控照明电路，此电路对周围光线的强弱做出反应（以人眼感官为准）时，能自动打开照明装置，并根据周围光线强弱自动分级调节周围亮度；1.3设计方案该电路主要由电源电路、光控电路、晶闸管开关电路、照明电路等几部分组成。电源电路主要为控制电路提供工作电压，本次设计采用传统的电源电路设计方法。即降压、整流、滤波、稳压，是电路输出12V直流电压供给控制电路。光控电路利用光敏电阻的特性，根据光线的强弱来决定电灯的亮灭。白天光敏三极管因光照呈低阻状态，通过控制电路使电灯不亮。夜晚光敏三极管呈高阻，控制电路控制电灯发亮。晶闸管电路受光控电路输出端控制，为照明电路提供信号。当其输出低电平时，晶闸管截止，由于照明灯与晶闸管串联，所以灯熄灭；当其输出高电平时，晶闸管导通，照明灯点亮。 第二章 电路设计2.1 电路框图电源电路光控电路555振荡电路液晶显示晶闸管开关照明电路图2.1电路框图2.2 电路原理图及解析图2.2 电路原理图图1.3电路原理图解析：白天：白天光敏三极管因光照呈低阻状态，VT1截止，VT2导通，晶闸管BT169D因G端为低电平而截止，电压无法通过555振荡器、单片机及液晶，导致发光二极管不亮，液晶无显示。夜晚：夜晚光敏三极管呈高阻，VT1导通，VT2截止，晶闸管BT169D导通，电压通过晶闸管BT169D的阴极为555振荡器供电，这时发光二极管即可点亮。再经过场效应管7805给单片机及液晶供电。在单片机中加载程序，即可点亮液晶。2.3电路分析及计算2.3.1电源电路 一般地，电源变换采用整流滤波后稳压的方法。具体电路如下：图2.3.1 电源电路首先，电压经过变压器耦合进行降压，然后通过一个由二极管组成的整流桥进行整流。二极管整流的原理是（如上图）：当变压器副边输出在正半周时，电流分别经过D1，R1，D4回到变压器；当变压器副边输出在负半周时，电流分别经过D3，R1，D2回到变压器。这样，不管是在正半周还是负半周，始终有电流流过R2，而且方向不变。即全波整流。2.3.2光控电路光控电路由光敏三极管3DU5C，三极管9011、9014，单向晶闸管BT169D及几个电阻组成。如图：图2.3.2 光控电路为了达到设计的要求，我们选用了阻值范围为5K-50M的光敏三极管。白天：RVTS=5K UVT1b=9*(5/(300+5)0V VT1不导通 IVT2=U/R2=9/5.12mAIQ VT2导通 Uce=0.2V IR4=Uce/R4=0.2/300=0.67AIQ VT1导通 UVT2b0V VT2不导通 IVSG=U/(R3+R4)=9/(3.3+0.3) =2.5mA Ivs触 =2mA VS导通根据以上计算可得：白天光敏三极管因光照呈低阻状态，VT1截止，VT2导通，晶闸管BT169D因G端触发电流不够而截止。夜晚光敏三极管呈高阻，VT1导通，VT2截止，晶闸管BT169D导通。2.3.3 555振荡电路如图就是555组成的多谐振荡器，电路很简单只要给它输入一定的电压就可以工作了。本设计中输入的电压为8V。555可输入的电压范围为4.5V至12V。RP1、R5、R6、C1为定时元件，和555时基电路共同组成了振荡电路的振荡频率。D1为回流二极管C2为滤波电容各引脚功能：引脚功能脚接地脚输出端脚控制信号输入、脚接电源、脚信号输入端Vi=8V图2.3.3 555振荡电路Uoutmax=8-0.3=7.7V Uoutmin=0.3VT=0.7（Rrp1+R5+R6）C1Tmax=0.7(100+100+470)*10*0.001=5sTmin=0.7(100+100) *10*0.001=0.7s调节RP1可以改变电路的振荡周期。在1至5秒范围内，调节RP1至醒目的闪光间隔，引人注意。2.3.4 照明电路 图2.3.4照明电路照明电路由发光二极管、限流电阻、驱动电路组成。R7为限流电阻驱动电路由555振荡电路组成Vi=8VVomax=8-0.3=7.7V Vomin=0.3VLED正向饱和电压为3V UR7=5V PR7=（UR7* UR7）/R7=25/300=0.08W因此电路设计没有问题输出端会产生一定频率的输出信号来使LED闪烁，可以改变输出频率来改变LED的闪烁间隔。2.3.5显示电路图2.3.5显示电路显示电路由单片机、液晶及其外围电路组成。电路的电源部分是通过场效应管7805给单片机及液晶提供+5V的电压。YT1为晶振C3、C4为起振电容YT1、C3、C4、C5、R8组成了单片机的晶振复位电路R9为限流电阻调节RP2的阻值可以改变液晶的亮度 本设计中12864液晶的使用很方便，、脚接地，、脚接电源，-及-脚接单片机的数据端,脚与电源之间接一个调节亮度的电位器RP2，-脚悬空即可。显示电路分析：将程序加载到单片机中来驱动液晶显示。电路连接好之后通电，液晶上会显示”毕业设计”，调节RP2的阻值可以改变液晶的亮度。第三章 软件设计3.1 Keil uVision4简介使用汇编语言或C语言要使用编译器，以便把写好的程序编译为机器码，才能把HEX可执行文件写入单片机内。Keil uVision4是众多单片机应用开发软件中最优秀的软件之一，它支持众多不同公司的MCS51架构的芯片，甚至ARM，它集编辑，编译，仿真等于一体，它的界面和常用的微软VC+的界面相似，界面友好，易学易用，在调试程序，软件仿真方面也有很强大的功能。因此很多开发51应用的工程师或普通的单片机爱好者，都对它十分喜欢。3.2 Keil uVision4使用方法(1)先建一个空文件夹，把工程文件放在里面；(2)点击桌面上的Keil uVision4图标，出现启动画面；(3)点击“project - New uVision Project”新建一个工程；(4)在弹出的对话框中，选择放在刚才建立的文件夹下；(5)在CPU类型下找到并选中“Atmel”下的STC1205A60S2；(6)以上工程创建完毕，接下来开始建立一个源程序文本；(7)在空白处写入一个完整的C程序后存为.c文件；(8)将源程序文件加入到工程项目文件中；(9)设置晶振；(10)在Output栏选中Create HEX File；(11)编译无错误后下载到单片机；开始液晶初始化While(1)=1Line=1Line=2LCDdata=wrcommandLCDdata=wrdata结束NYNYNY3.3程序流程图第四章调试与仿真4.1 PCB板制作4.1.1布线注意事项1.地线、电源线最好要比其它的走线粗很多，因为导线粗会使得导线上的电阻变小，这样电源的功率在导线上的消耗就会变小，减少了功率的浪费； 2. 当走线在转弯处应该有一个过渡，最好是45或者135度角过渡，而不应该采用直角转弯，因为这样会减少信号受到干扰； 3.电源电路部分最好放在板子的边缘部分，因为电源会产生热量，这样可以避免电源部分对其它各部分电路造成干扰； 4. 数字电路与模拟电路部分要分开，这样可以避免相互之间的干扰； 5. 高频部分要与低频部分严格分开，这样可以避免低频信号对高频部分产生干扰； 6. 有高频的地方，对这部分要单独敷铜，其它部分可以一起敷铜，这样可以避免其它部分对高频部分产生影响，进而减少干扰； 7. 有对称的电路，尽量布置在一起，这样既方便了走线，也会给人以美观的感觉； 8. 尽量使走线能够平行，这样会减少信号间的相互干扰，也会使布线变的容易，还会使效果更加美观； 9. 走线的时候，尽量先别连地线，因为地线的网络线一般情况下很多，先连起来以后可能会使其它走线变得不容易； 10.尽量在布线的时候，在板子上面多加一些地的过孔，这样会使得地的网络能够自动的连接在一起； 11.每一块电路部分要使得元器件放置在一起，这样的话，走线也会很容易； 12.元件的封装大小一定要按照合理的参数进行设置。4.1.2布线思路在PCB设计中不限时完成产品设计是重要步骤，在整个PCB中，布线的设计过程限定最高，技巧最细，工作量最大，本设计中采用PCB布线中的单面布线，单面板布线在布线规则中可以设置采用底层布线地线的宽度为50mil，电源线的宽度为40mil，信号线的宽度为30mil。在布线规则中还必须要设置的是线与线之和元器件与元器件之间的安全间距，这里我设置的安全间距为10mil。PCB中元器件的封装在Protel 99 SE原件中部分的元器件是需要自己画的，如光敏三极管、单向晶闸管等。因为元器件购买时间的问题，我们在元器件没到之前已经开始画PCB了，而一些元器件的封装我们只能预留一些位置给这些元器件，元器件一到我们就画出了封装，但是由于我们预留的位置不够导致液晶的空间略小了些。导致后面单面板的制作出现了一些问题。元器件导入PCB之后首先要做的是元器件的排布，这是布线的开始也是最重要的一个环节，元器件的排布的好坏直接影响了PCB的效果和质量，所以我们采用按照原理图的摆放排布元器件，元器件摆放的过程中遇到了一些问题，因为原理图的画法是左右结构，而导入到PCB之后左右结构明显太窄上下太宽，所以我们把部分元器件稍微旋转了一下，这样一来就解决了元器件摆放的结构问题。另外个别元器件的摆放也是有讲究的，我们按照的原则就是元器件的摆放让飞线的交叉数目最小的原则。元器件排布完了之后就是布线了，布线的方法有两种一种是自动布线，一种是手动布线，自动布线有很多缺点，比如它不是走的最简的路线而且需要手动调整，本设计采用了手动布线，手动布线过程中遇到一些问题，比如需要跳线，所谓跳线就是打两个过孔在顶层上步一条线，然后用线连在顶层。4.1.3 制作PCB板曝光显影腐蚀打孔焊接曝光时把用硫酸纸打印好的PCB图放到PCB单面板上，应该注意的是打印的图要放在PCB板的中间，曝光的时间为420秒。显影过程中注意的是显影剂的投放量，不能太多，太多了容易把曝光的部分也显影掉，也不能太少，太少了显影时间太长，通常是100mL水中放入20g的显影剂为最佳。腐蚀是把显影过的PCB板放到腐蚀液中打开气泵和加热管，气泵和加热管的作用是加快腐蚀的速度，等到PCB板上的铜层全部腐蚀掉就行了，拿出来用清水冲洗一下。焊接过程中我们采用的原则是从元器件的高低循序进行焊接。4.2电路的调试4.2.1电路的初步调试 打开电源，强光下，看发光二极管是否发光。若灯亮了，则应该用5.2中的方法来判断故障部位，并加以改正。用手遮住光敏电阻，看灯是否亮，若亮了，再观察它到底能够亮多久。 4.2.2 故障寻、检常用方法： 故障寻、检常用方法有：直观检查法包括电阻法、电压法、电流法 。通过眼、耳、鼻、手来查找故障部位。即是看元器件有无断线、互碰、烧焦、脱焊等现象；听声音有无异常；闻有无焦味；摸器件是否过热等。用普通万用表的欧姆档检查各点的阻值，粗查是否有短路、断路或元器件错焊等情况。用万用表测量电路中各点对地的电阻以及元器件的阻值，以此来判断故障部位测量晶体管的管脚电压和集成块各脚的电压或波形，据此电压值判断故障。 调试前，先将焊好的电路板对照印刷电路图认真核对一遍，不要有错焊、漏焊、短路、元件相碰等现象发生。通电后，人体不允许接触电路板的任一部分，防止触电，注意安全。如用万用表检测时，只用将万用表两表笔接触电路板相应处即可。 本电路调试时请先将光敏电阻的光挡住，这时灯应亮，若用光照射光敏电阻，这时灯不亮，说明光敏电阻完好，这时即告本套件制作成功。若不成功应仔细检查有无虚假错焊和拖锡短路现象。4.2.3电路最终现象给电路通电，白天的时候发光二极管不亮。到了夜晚（可以用手遮住光敏三极管模拟夜晚）就可以看到发光二极管闪亮。4.3电路的仿真4.3.1仿真元件元器件型号 (参数）数量电阻RES (500)1电阻RES (5K)1可调电阻TOP (10K)1继电器RTE24005F1光敏电阻LDR11三极管NPN1灯泡LAMP1Led灯LED-RED1续流二极管1N40071运算放大器LM3241图4.3.1仿真元件4.3.2仿真结果图4.3.2仿真结果当白天光的亮度达到一定程度(如图中光照参数44.1)，光敏电阻阻值很小，相当于导线，此时LM324的“-”输入端为高电平，而“+”输入端由于电位器的分压其电压小于“-”输入端，这时LM324输出为低电平，NPN关断，继电器不吸合，灯灭。当光的亮度降到一定强度以下(如图中光照参数44.1)，光敏电阻阻值变大，使LM324的“-”输入端比“+”输入端的电平高。此时，LM324输出高电平，NPN导通，继电器吸合，灯亮。结束语此次的毕业设计使我对光控照明电路的工作原理及工作特点都有了进一步的了解，并对有关的知识有了更进一步的掌握，对它的性能和特点也有了更全面的把握，明白了关于它的很多理论和实践知识，了解了其电路结构，工作性能及功能，可用常用的电子元器件构成与较低的成本。在此设计过程上中也存在着一些问题与不足，比如负载的性能稳定问题，光敏电阻的敏感性问题，电路识别能力导致的误操作问题等，但总体上还是比较顺利的。在这次的设计中感受最多的还是自己的实践动手能力不太好，而且对学过的知识的运用还不太熟，学过的东西不知道该怎么应用，不可避免地遇到了不少的问题，也学会了自己去思考怎样分析问题和解决问题，锻炼了自己动脑、动手的积极性，同时也是对学过的知识的一种复习和加深，同时也让自己学会了如何运用已学过的知识来解决实际问题，对自己也是一种提高和锻炼。通过这次的毕业设计，使我懂得了很多，也学到了很多的东西，可以说收获不少，其实学习的真正意义也就是能够将学到的东西运用到实际的应用中，为社会作贡献，为人们的生活服务，而我们的任务就是把我们所学到的知识运用到实际生活中，只有这样我们才真正地达到了学习的真正目的。我相信天道酬勤，相信在以后的时间里我会更加努力！致 谢这次毕业论文能够得以顺利完成，是指导过我的老师，帮助过我的同学，一直支持着我的家人对我的教诲、帮助和鼓励的结果。我要在这里对他们表示深深的谢意！ 首先，要特别感谢我的指导老师XX老师。XX老师在我毕业设计的过程中，给我提供了极大的帮助和指导。从开始选题到中期修正，再到最终定稿，XX老师给我提供了许多宝贵建议。XX老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。 其次，要感谢所有曾经给我们10电子班任课的老师，老师们教会我的不仅仅是专业知识，更多的是对待学习、对待生活的态度。再次，感谢我的室友及其他同学，因为有你们的帮助，我的论文得以顺利完成。感谢你们，大学三年给我了那么多的帮助与鼓励，在我不开心的时候，总能让我开心起来。不会忘记，大学三年里我们一起度过的欢乐时光，那些开心的日子，总是那么令人难以忘怀。 最后对老师，同学和家人再次致以我最衷心的感谢！教导过我的老师，你们的人格魅力永记我心间。身边的同学和朋友，有你们，我的大学才算完整。寝室的好友，你们的天赋犹如上天恩赐，有了你们我的生活更加精彩！参考文献1.数字电子技术基础M，北京：高等教育出版社，20052康华光.模拟电子技术基础M，北京：高等教育出版社，20053.趙福按. 电子电路设计与实践M. 山东:山东科学出版社, 2001.4.吕思忠.数字电路实验与课程设计M. 哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2001.5.高吉祥.电子技术基础实验与课程设计M. 北京: 电子工业出版社, 20026.范爱平.电子电路实验与虚拟技术M.济南:山东科学技术出版社,2002.7.谢自美.电子线路设计.实验.测试M. 武汉:华中科技大学出版社,2001.8.路勇.电子电路实验与仿真M. 北京: 清华大学出