灯光转换电路

1、传感器课程设计报告书传感器课程设计报告书 课题名称课题名称 灯光亮度自动转换电路灯光亮度自动转换电路 姓姓 名名 学学 号号 院、系、院、系、 部部 电气工程系电气工程系 专专 业业电气工程将及其自动化电气工程将及其自动化 指导教师指导教师 20162016 年年 7 7 月月 3 3 日日 20142014级传感器级传感器 课程设计课程设计 目录 第 1 章设计目的.- 1 - 第 2 章设计要求.- 1 - 第 3 章硬件电路设计.- 1 - 3.1基本原理 .- 1 - 3.2基本原理框图 .- 2 - 基本原理图如图 3-1 所示 .- 1 - 3.3工作原理 .- 2 - 3.4单元

2、电路设计、仿真与分析 .- 2 - 3.4.1 概述.- 2 - 3.4.2仿真 .- 3 - 仿真电路图如图 3-2 所示 .- 3 - 3.4.3器件介绍 .- 5 - 第 4 章设计总结.- 6 - 参考文献.- 7 - - 0 - 第 1 章设计目的 当夜晚行车远光灯打开时，若前方有相对行驶车辆，则驾驶员通常会将远光变 为近光，避免对面车辆因受强光照射而无法正确判断前面路段情况，造成危险的情 况。但在传统方式下，驾驶员手动调光所需延迟时间较长，并且驾驶员因频繁手动 调光容易造成注意力分散，极易因此而引发交通事故。为了人身的安全以及驾驶员 的舒适驾驶，设计构思了一种汽车远近灯自动控制系统

3、。 第 2 章设计要求 设计一个汽车灯自动控制开关电路，用光敏传感器实现自控，能在对面行驶车辆 光照时自动切换到近光灯，无光照时又自动切换到远光灯。 (1)利用光敏三极管作为光敏传感器，555 作为滞后比较器来设计电路。 (2)当光线强时，555 的输出跳变，当光线暗到一定程度时，555 发生跳变。 第 3 章硬件电路设计 3.1基本原理 灯光亮度自动调节电路，它主要是通过光敏二极管的光电耦合作用来控制晶体 管集电极电流的大小,即控制电容充电的快慢,也就控制了单结晶体管的导通时刻,即 改变电灯两端的电压,使灯光亮度得到调节当光线较强时,光敏二极管的集电极电流 减小,电容充电放慢,单结晶管导通时

4、刻后移,控制角增大,电灯两端电压减小,则灯光 亮度减弱.当光线较弱时,情况相反。这一电路能根据外界光线的强弱来自动调节灯 光亮度。设计思想就是通过光敏三极管的特性，利用 555 定时器构成的施密特触发 器来控制继电器的关断与闭合，使路灯亮灭。 - 1 - 3.2基本原理框图 基本原理图如图 3-1 所示 图 3-1基本框图 3.3工作原理 当被面对行驶车辆的灯光照射时，传感器接受的信号呈低阻状态，单向晶闸管 导通,近光灯亮，远光灯灭；反之，远光灯亮，近光灯灭。 3.4单元电路设计、仿真与分析 3.4.1 概述 设计思想就是通过光敏三极管的特性，利用 555 定时器构成的施密特触发器来 控制继电

5、器的关断与闭合，使路灯亮灭。 施密特触发器是一种整形电路，它能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的 矩形脉冲。与普通触发器相比，它有以下特点： （1）具有两个稳定的状态，但没有记忆作用，输出状态需要相应的输入电压来维 持。 （2）属于电平触发，能对变化缓慢的输入信号作出响应，只要输入信号达到某一 额定值，输出即发生翻转。 （3）具有回差特性，电路对从低电平上升和从高电平下降的输入信号具有不同的 - 2 - 阈值电压，这种回差特性使其具有较强的抗干扰能力。 利用 555 定时器构成的施密特触发器，当有光时，输出产生低电平，使 PNP 三极管 导通，点亮近光灯；利用 555 定时器构成的施密特

6、触发器，当在无光时，输出产生 高电平，使 NPN 三极管导通，远光灯亮。 光电转换路就是按照光敏三极管有光或无光时，呈现低阻或高阻状态设计的，它采 用两个电阻分压来实现。电子开关就是利用三极管正偏饱和导通和截止状态来设计 的。555 定时器是一种将模拟电路与数字电路的功能巧妙结合在一起的多用途单片 集成电路。施密特触发器是一种整形电路，它能将边沿变化缓慢的电压波形整形为 边沿陡峭的矩形脉冲。与普通触发器相比，它有以下特点。具有两个稳定的状态， 但没有记忆作用，输出状态需要相应的输入电压来维持。属于电平触发，能对变化 缓慢的输入信号作出响应，只要输入信号达到某一额定值，输出即发生翻转。具有 回差

7、特性，电路对从低电平上升和从高电平下降的输入信号具有不同的阈值电压， 这种回差特性使其具有较强的抗干扰能力。所以用 555 定时器构成施密特触发器来 做控制电路。 3.4.2仿真 仿真电路图如图 3-2 所示 图 3-2仿真电路 当开关闭合时，相当于有光照射。当有光照射的情况下，光敏三极管导通，使触 - 3 - 发器的输入端为高电平，输出低电平，控制指示灯 D2 亮如图 3-3 所示。 图 3-3近光灯亮 当开关断开时，相当于无光照射。当无光照射的情况下，使触发器的输入端为 低电平，输出高电平，远光灯路灯亮，控制指示灯 D1 亮如图 3-4 所示。 图 3-4远光灯亮 - 4 - 3.4.3器

8、件介绍 光敏三极管和普通三极管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只 是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。 通常基极不引出，但一些光敏 三极管的基极有引出，用于温度补偿和附加控制等作用。 光敏三极管又称光电三极 管，它是一种光电转换器件，其基本原理是光照到 P-N 结上时，吸收光能并转变为 电能。当光敏三极管加上反向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的改变而改 变，光照强度越大，反向电流越大，大多数都工作在这种状态。当具有光敏特性的 PN 结受到光辐射时，形成光电流，由此产生的光生电流由基极进入发射极，从而在 集电极回路中得到一个放大了相当于 倍的信号电流。不同材料制成的光

9、敏三极管 具有不同的光谱特性，与光敏二极管相比，具有很大的光电流放大作用，即很高的 灵敏度。 当具有光敏特性的 PN 结受到光辐射时，形成光电流，由此产生的光生电流由 基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了相当于 倍的信号电流。不 同材料制成的光敏三极管具有不同的光谱特性，与光敏二极管相比，具有很大的光 电流放大作用，即很高的灵敏度。 晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核 心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的 PN 结，两个 PN 结把正 块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有 PNP 和 NPN 两种

10、，如图从三个区引出相应的电极，分别为基极 b 发射极 e 和集电极 c。 发射区和基区之间的 PN 结叫发射结，集电区和基区之间的 PN 结叫集电极。基 区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP 型三极管发射区发射的是空穴，其移 动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN 型三极管发射区发射的是自由 电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。发射极箭头向外。发射极 箭头指向也是 PN 结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有 PNP 型和 NPN 型两种类型。虽然重点学习了晶体管的放大作用，但是我对晶体管的 开关作用更感兴趣。半导体就像一个开关，可以通过导通与截止来

11、控制电路。 光敏晶体管就是一种重要的衍生物。视觉是人体最重要的感觉，因此，我觉得通 过光来控制电路真是太精妙了，而光敏的二极管三极管恰好就完成这个任务。因为 光敏三极管由于还具有放大作用，因此应用比二极管更加广泛。 光敏三极管用于测 量光亮度，经常与发光二极管配合使用作为信号接收装置。 - 5 - 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振 荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广 泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。 555 定时器可工作在三种工作模式下： 单稳态模式：在此模式下，555 功能为单次触发。应用范

12、围包括定时器，脉冲丢 失检测，反弹跳开关，轻触开关，分频器，电容测量，脉冲宽度调制等。 无稳态模式：在此模式下，555 以振荡器的方式工作。这一工作模式下的 555 芯片 常被用于频闪灯、脉冲发生器、逻辑电路时钟、音调发生器、脉冲位置调制等电路 中。如果使用热敏电阻作为定时电阻，555 可构成温度传感器，其输出信号的频率 由温度决定。 双稳态模式或称施密特触发器模式：在 DIS 引脚空置且不外接电容的情况下， 555 的工作方式类似于一个 RS 触发器，可用于构成锁存开关。 第 4 章设计总结 此次的课程设计使我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

13、西不知道该怎么应用，不可避免地遇到了不少的 问题。但是正是因为这些使我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，知道了如何 运用已学过的知道来解决实际问题，如对路灯控制器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，明白了很多关于它的很多理论和实践知识，其电路结构简单，工作性 能稳定，功能容易实现，其可用常用的电子元器件构成，因此成本较低。在此基础 上也确实存在着一些间题与不足，比如负载的性能稳定问题，光敏电阻的敏感性问 题，还有声控电路的声音感应敏感性问题，电路识别能力导致的误操作问题但总体 上还是比较简单实用的。 - 6 - 参考文献 1胡向东，刘京成，余成波传感器与检测技术M机