数字电路光控照明灯自动开关电路课程设计 马彩兵

1、陕西科技大学 课程设计成绩考核表课程设计名称： 专业： 班级： 学号： 姓名 下表由指导教师按实际情况进行填写：考核内容所占比例得分设计方案15说明书15图纸、程序、计算、作品等的完成质量30创新与发挥情况10答辩（口试）情况20出勤率10指导教师评语总评成绩评定等级成绩与等级对应表优90100良8089中等7079及格6069不及格59分以下指导教师签字： 教研室主任签字： 200 年 月 日 职业技术学院 学生课程设计报告课程名称： 专业班级： 姓 名： 学 号： 学 期： 目 录 摘 要： 1一、课程设计目的: 2二、课程设计题目描述和要求: 2三、课程设计报告内容 2四、主要元器件介绍

2、 6五、仿真结果12六、心得体会13七、参考文献14光控照明灯自动开关电路 摘 要：自动控制电路是一种采用声响效果激发拾音器进行声电转换来控制电器的开启，并经过延时后能自动断开电源的节能电子开关。用光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出声音时,楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。在本设计中介绍了声光控路灯控制器的组成、性能，适用范围及工作原理，给出各电路原理图及元件参数选择 ，本设计还增加了扩展功能，采用热释电红外探头将接收到的微弱信号加以放大，然后

3、使晶闸管导通，制成红外热释电感应开关。本开关能探测来自移动人体的红外辐射，只要人体进入探测区域，开关会自动开启。 关键字：光敏电阻 可控开关 延迟电路 话筒放大 热释电传感器Automatic Design of the Lighting Circuit Abstract: The automatic control circuit is a sound effects stimulate pickup for acoustic-electric conversion to control the opening of the electrical and energy-saving elec

4、tronic switch of the power automatically disconnected after a delay. Switch on the sound and light control delay switch instead of the residential area of the corridor, only after dark, through the staircases, the sound corridor lantern automatic lights, lighting, when people enter the house or out

5、of the apartment, The corridor lights automatically switch off the delay after a few minutes. During the day, even if there is sound, the corridor lights are not bright, you can save energy. This design, sound and light control the composition of the street lamp controller, performance, scope of wor

6、ks given to the circuit diagram and component parameter selection, the design also adds extended functionality, pyroelectric infrared sensor will receive the weak signal to be amplified, then the thyristor, made infrared pyroelectric sensor switch. This switch can detect infrared radiation from the

7、mobile body, as long as the human body into the detection region, the switch will automatically open.Keyword:Photoresistor,Controllable switch, Delay circuit, Microphone amplification,light control circuit, Pyroelectric sensor一、课程设计目的:1. 了解自控照明灯电路组成及工作原理.2了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。3希望通过本次研究能够有新的突破

8、，研究出更加高效的照明电路。二、课程设计题目描述和要求:设计一个适宜路灯使用光控照明灯自动开关电路，具有延长灯泡寿命的设计；设计备注： 1. 光控照明灯白天自动关闭照明灯。 2. 当黄昏光线变暗时，点亮照明灯。 3. 进行电源电路设计。 4. 完成光控电子开关电路设计。 5. 本电路具有适宜路灯使用的软启动功能，即夜幕降临时，自然光线是逐渐缓慢变弱，灯泡有一个逐渐变亮的软启动过程。三、课程设计报告内容3.1实验任务： 1用中、小规模集成电路设计电源电路。2设计演示处理电路。3将各个分电路组成一受到光控的开关。4调节可变电阻可以改变红外线传感器的灵敏度。3.2课程设计题目描述和要求: 3.2.1

9、原理框架图：驻极体话筒拾音三极管信号放大放大控制芯片cd4011及外围电路热释电传感器感应热释电红外控制模块晶闸管开关灯泡光敏电阻感光 3.2 .2方案设计及工作原理 本设计主要有电源模块，光控模块，红外控制模块，延时模块组成。3.2.3电源模块电源模块的整流电路采用桥式整流电路，二极管稳压电路加上滤波电容。可控硅开关起开关作用，非常重要，由这个开关去控制整流电路的工作与否，从而控制灯的亮和灭。图3-2电源模块原理图3.2.4光控模块为实现声控功能，要设制话筒放大电路，主要是由话筒拾音电路（就是把声音信号变为电信号电路，由于声音微小，所以加放大电路）和放大电路组成。光敏控制电路实现光控的功能，

10、可以有光敏电阻来实现。音频放大电路 因话筒输出的音频信号小，不能满足检波的需要，设制三极管音频放大电路，倍数几千上万倍。检波电路 音频信号是交流信号，不用交流信号控制可控硅，需转换为直流信号，才能控制可控硅，因是小信号，要反映信号的蜂值电路线变化。延迟电路在灯点亮时需要有延迟，检波输出直流电压通过延迟电路是电压消失，保持一段时间，所保持时间的长短由延迟电路的参数决定，实际上延迟电路由RC电路组成，时间常数=RC，这是可控制电压。控制电路是控制可控硅栅极的开关电路，它的输入由延时端的延时电路送来的电压控制，输出控制可控硅的导通情况。图3-3声光控及延时部分原理图3.2.5红外控制模块由人体热释电

11、传感器接收人体发出的红外线，把信号传送给红外线控制模块，由它发出信号来控制晶闸管的导通，从而控制电路的通断。光敏电阻可以使电路只在白天工作，调节可变电阻可以改变红外线传感器的灵敏度。图3-4红外控制部分原理图3.2.6工作原理 电路的工作电源由交流220v经过全波整流并有电阻、分压，电容滤波后获得。在白天光线明亮时，光敏电阻的阻值较小，远小于，与分压后，使得与非门的一个输入端电位接近0，因此输出为高电平，经过反相后输出低电平，二级管截止，输出高电平，输出低电平，晶闸管无触发信号处于关闭状态，灯灯泡不亮。此时即使有声音信号输入，也使输入为低电平，电路不会被触发。在夜间光线较暗时，光敏电阻的阻值变

12、得较大，远大于的阻值，与电阻分压后接近电源电压，使的一个输入端为高电平，如果有声音信号由驻极体话筒接受，经电容耦合到晶体管的基极，音频信号的负半周使晶体管瞬间截止，的2输入端跳变为高电平，此时的两个输入端均为高电平，输出为低电平，输出为高电平，隔离二极管导通，并迅速对电容充电，输出为低电平，输出为高电平，晶闸管获得触发信号导通，灯泡点亮。当声音信号消失后，输出端恢复原态，但电容上已充满电荷，可以使输出仍为高电平，并持续一段时间。到电容放电完毕后，输入高电平，输出低电平，晶闸管失去触发信号关闭，灯泡熄灭。红外控制模块采用pir传感器和人体热释电红外控制模块来完成，pir是人体专用红外线传感器，T

13、wh9513是热释电红外控制模块之一，采用直流12伏供电，可以直接驱动晶闸管。其中G、D、S引脚接热释电传感器，是内部电路的公共端，接电源负极，OT是控制信号输出端，可提供驱动电流，V+是电源正极，接12V直流电源，R接3001兆欧的电位器，用来调节电路的控制灵敏度。是光控端，外接光敏电阻，可使电路仅在夜间工作。 热释电红外传感器的输出的信号经内部电路处理后在OT端输出高电平，驱动晶闸管导通，光敏电阻在白天阻值较小，与R10分压后使模块的输出为低电平，电路不工作，到了晚上，阻值升高，输出为高电平电路工作，调节电位器可以控制电路的探测灵敏度。通过这两个元件的协同工作能很好的完成红外控制功能。四、

14、主要元器件介绍4.1 Cd4011图4-1 Cd4011内部结构图与非门选用cmos数字集成电路Cd4011，它采用5v直流电压供电，其里面含有四个独立的与非门电路。内部结构见上图，vss是电源的负极，vdd是电源的正极。 4.2 晶闸管图4-2 晶闸管外形图可控硅的原理：可控硅是可控硅整流元件的简称,是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件,一般由两晶闸管反向连接而成.它的功用不仅是整流，还可以用作无触点开关以快速接通或切断电路，实现将直流电变成交流电的逆变，将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电等等。可控硅和其它半导体器件一样，其有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等优点。它的出

15、现，使半导体技术从弱电领域进入了强电领域，成为工业、农业、交通运输、军事科研以至商业、民用电器等方面争相采用的元件。 图4-3 晶闸管原理图晶闸管在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。从晶闸管的内部分析工作过程：晶闸管是四层三端器件，它有、三个PN结图一，可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管图。当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导通，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。图中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此，两个互相

16、复合的晶体管电路，当有足够的门极电流流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。设PNP管和NPN管的集电极电流相应为和；发射极电流相应为和；电流放大系数相应为和，设流过J2结的反相漏电电流为,晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为从而可以得出晶闸管阳极电流为： （11） 硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数和随其发射极电流的改变而急剧变化。当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未受电压的情况下，式（11）中，,很小，故晶闸管的阳极电流晶闸关处于正向阻断状态。当晶闸管在正向阳极电压下，从门极G流入电流,由于足够大的流经NP

17、N管的发射结，从而提高起点流放大系数,产生足够大的集电极电流流过PNP管的发射结，并提高了PNP管的电流放大系数,产生更大的集电极电流Ic1流经NPN管的发射结。这样强烈的正反馈过程迅速进行。当和随发射极电流增加而时，式（11）中的分母,因此提高了晶闸管的阳极电流这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定。晶闸管已处于正向导通状态。式（11）中，在晶闸管导通后，,即使此时门极电流Ig=0,晶闸管仍能保持原来的阳极电流而继续导通。晶闸管在导通后，门极已失去作用。在晶闸管导通后，如果不断的减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流减小到维持电流1A以下时，由于和迅速下降，当时，晶闸管恢复阻

18、断状态。4.3 驻极体话筒及光敏电阻驻极体选用的是一般收录机用的小话筒，它的测量方法是：用r100档将红表笔接外壳的s、黑表笔接d，这时用口对着驻极体吹气，若表针有摆动说明该驻极体完好，摆动越大灵敏度越高；光敏电阻选用的是625a型，有光照射时电阻为20k以下，无光时电阻值大于100m，说明该元件是完好的。先用手拿住两只引脚，使其对着光，然后，用数字表测出值；再用握住使其背光，测出其值。4.4 二极管、三极管、电容二极管采用普通的整流二极管1n40011n4007。总之，元件的选择可灵活掌握，参数可在一定范围内选用。二极管测试：二极管主要分为三种：整流二极管、稳压二极管、发光二极管；此外，还有

19、开关二极管。先打磨引脚，再用指针表测试，因二极管具有单相导电性，所以，在测试时，红笔接负极，黑笔接正极，若是导通，且红笔接正极，黑笔接负极，为截止，则表明二极管是正常的，若不是则表明二极管是坏的。注：发光二极管用10K，其它用1K档；发光二极管的光线是非常微弱的，因此，在观察是要仔细。半导体二极管的极性判别一般情况下，二极管有色点的一端为正极，如2AP1-2AP7，2AP11-2AP17等。如果是透明玻璃壳二极管，可直接看出极性，即内部连触丝的一头是正极，连半导体片的一头是负极。塑封二极管有圆环标志的是负极，如1N4000系别。三极管测试：和所有元件一样三极管也要打磨引脚，然后在进行测试。用手

20、拿住元件，用指针表来回测量六次，判断出基极、是PNP型还是NPN型。 若：红笔不动PNP型； 黑笔不动NPN型。如果是NPN型：用手捏住三支引脚，用表笔测试两边引脚，并交换表笔；若指针偏转较大，黑表笔接的是集电极，另一方则是发射集。如果是PNP型：步骤与NPN型一样，但当指针偏转较大是，黑笔接的是发射极，另一方则是集电极。三极管除了判断其管型和极点外，还要判断出它所处的状态，是截止、饱和、还是放大。电容在测试时先把指针表满偏同时将指针表打到1K档，其次：用表笔对电容进行放电，在用表进行测试，用红笔接负极，黑笔接正极；最后：看指针的偏转，且还要指针还原，如能还原就表明电容正常，不能回到原位则表明

21、电容漏电。测试漏电电容方法：用万用表的电阻挡（R*100和R*1K），将表笔接触电容器两引线。刚接触时，由于电容充电电流大，表头指针偏转角度大，随着充电电流减小，指针逐渐向R=方向返回，最后稳定处即漏电电阻值。一般电容器的漏电电阻为几百至几千兆欧，漏电电阻相对小的电容质量不好。测量时，若表头指针指到或接近欧姆零点，表示电容器内部短路。若指针不动，始终指在R=处，则意味着电容器内部短路或已失效。对于电容量在0.1F以下的小电容，由于漏电电阻接近无穷，难以分辨，故不能用此法测漏电阻或判定好坏。电解电容器的极性检测： 电解电容的正负极性不允许接错，当极性接反时，可能因电解液的反向极化，引起电解电容器

22、的爆裂。当极性标记无法辨认时，可根据正向连接时漏电电阻大、反向连接时漏电电阻相对小的特点判断极性。交换表笔前后两次测量漏电电阻，阻值大的一次，黑表笔接触的是正极，因为黑表笔与万用表内电池正极相接（采用数字万用表时，红表笔接电池正极）。但用这种办法有时并不能明显地区分正、负向电阻，所以使用电解电容时，要注意保护极性标记。4.5 pir人体热释电传感器人体热释电红外线传感器的工作原理及特性图4-4人体热释电传感器原理及外形图普通人体会发射10m左右的特定波长红外线，用专门设计的传感器就可以针对性的检测这种红外线的存在与否，当人体红外线照射到传感器上后，因热释电效应将向外释放电荷，后续电路经检测处理

23、后就能产生控制信号。这种专门设计的探头只对波长为10m左右的红外辐射敏感，所以除人体以外的其他物体不会引发探头动作。探头内包含两个互相串联或并联的热释电元，而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，于是输出检测信号。为了增强敏感性并降低白光干扰，通常在探头的辐射照面覆盖有特殊的菲泥尔滤光透镜，菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，

24、控制越严密。传感器的光谱范围为110m，中心为6m，均处于红外波段，是由装在TO5型金属外壳的硅窗的光学特性所决定。热释电红外传感器不但适用于防盗报警场所，亦适于对人体伤害极为严重的高压电及X射线、射线工业无损检测。 人体红外线传感器的功耗很小，能长期可靠工作。同时由于其不发射任何类型的辐射信号，不易被常规手段侦测到，所以在安全监控领域得到大量使用。人体红外线传感器容易受各种热源、光源、射频辐射的干扰，其穿透力也较差，人体的红外辐射容易被各种物体遮挡，并且当环境温度和人体温度接近时，探测灵敏度会明显下降，严重时还会造成探测失效，因此在设计及安装使用时应注意上述问题。红外线热释电传感器对人体的敏

25、感程度还和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感, 而对于横切方向 (即与半径垂直的方向)移动则最为敏感，在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。 检测信号处理电路： 当人体进入传感器监测的范围内时，传感器将输出一个有效的检测信号，此信号经检测信号处理电路进行放大、滤波、比较后输出一个电压去驱动控制电路，以此完成侦测过程。完成检测信号的处理工作，可以使用专用的集成电路，如HT7610、PT8A2620等，也可以采用LM324等普通运算放大器来实现，这样可使整机成本得到降低。 控制及执行电路：在照明领域中，我们通常希望传感器侦测到人

26、体活动后能开启一个照明灯具，依据负载类型的不同、产品成本的考虑等因素，可以选择双向可控硅或继电器等器件来作为控制及执行电路。通常，当我们需要点亮一个如白炽灯类的负载时，使用双向可控硅是比较常用的方法；若驱动的是非阻性的负载时，则常常使用继电器作为执行器件。至于在安全监控领域应用时，通常是将控制电压通过有线或无线的方式去驱动指示灯、迅响器或其他受控电路。电源电路：由于人体红外线传感器及后级电路的功耗很小，在产品设计中通常使用电容降压式的电源电路。当产品用于安全监控领域时，通常会使用电池供电，这种情况下，必须设计有电池欠压指示电路。 人体红外线热释电传感器的误报率与安装的位置和方式有极大的关系，正确的安装应满足下列条件： a.感器开关应离地面2.0-2.4米。 b.传感器远离空调,、冰箱、火炉等易造成空气温度变化的物体。 c.感器开关探测范围内不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。 d.感器开关不要安装在有强气流活动的地方。4.6 twh9513热释电红外控制模块图4-5 TWH9513内部结构图TWH9513是热释电红外控制模块之一，