光控流水灯设计

1、编号： 课程设计（论文）说明书题 目： 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1桂林电子科技大学实训说明书专用纸摘要: 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

2、，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： 光敏电阻， 光控流水灯 目 录1. 光敏电阻的结构与工作原理 32. 光敏电阻的主要参数 53 光敏电阻的特性 53.1 伏安特性 53.2 光谱特性 63.3 温度特性 63.4 频率特性 64 继电器的类型参数 75 稳压二极管参数 76. 三极管参数 87. 系统原理 88. 原理图 99. 工作原理及过程 910. 元件的选取列表及参数 1011. 结束语 1012. 附录：实物图参考

3、 111. 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

4、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(a) 光敏电阻结构； (b) 光敏电阻电极； (c) 光敏电阻接线图2. 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 光敏电阻的特性v 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

5、化镉光敏电阻的光敏特性。 光敏电阻的光照特性 （1）. 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。 CdS光敏电阻的伏安特性（2）. 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（3）. 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CdS光敏电阻的温度特性曲线（光照一定） （4）. 频率特性光敏电阻上升和下降时间

6、的长短，表示其对动态光信号响应的快慢，即频率特性，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.CD4017引脚图,电路图,原理图资料CD4017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

7、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。 CD4017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Q0Q9;MR为清零端,CP0和CPl是2个时钟输入端,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&q

8、uot;0".CD4017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315V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、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、 OUT将输出一个脉波，代表产生进位，共串级计数器使用。D、 控制脚：a、 CLEAR(Pin1

9、5)：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 CD4017引脚图6. 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

10、×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

11、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

12、可以先用舌头舔湿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. 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

13、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. 原理图9. 工作原理及过程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

14、，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. 元件的选取列表及参数元件说明数量元件电解电容2.2uf2个电解电容电阻10k，200欧各一个电阻电阻2k2个电阻可调电阻器（精调）50k1个可调电阻器（精调）芯片CD4017直插1个芯片CD4017三极管8050（NPN）2个三极管发光二极管 普通11个发光二极管 排针用作电源接口2个排针11. 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，我学到了更多有关于传感器的知识，对光敏传感器有了更深的认识，了解了各种三极管，二极管，在