光控課程設計---光控系統的設計

1、<p><b>　　光控系統的設計</b></p><p>　　[摘要]本設計是基于光敏電阻及繼電器實現的光控系統，光敏電阻在外界光的變化下阻值改變通過三極管控制繼電器可以實現發(fā)光二極管的亮與滅。其中的繼電器我們采用的是HK4100F系列的信號繼電器，其工作電壓為5V，這是我們很容易實現的。而在系統的電路設計方面我們使用9012和9013兩種類型的三極管來組成我們的放大電路，其工作

2、電路的設計比較簡單，同時也節(jié)省了時間和成本。根據系統的要求以及實際情況在此次設計中我們使用的是可見光光敏電阻，它具有體積小、靈敏度高以及可靠性高等一系列的特點。此外，我們對系統進行了整體的分析和設計，使各個元器件能夠布局合理的連接起來從而達到我們要實現的目的。</p><p>　　[關鍵詞] 光控 繼電器 光敏電阻 放大電路</p><p>　　LIGHT CONTROL SYSTE

3、M DESIGN</p><p>　　[Abstract]This article is based on a relay and a resistance to achieve optical system design, photosensitive resistance in the outside light changes through the relay can control the on and

4、 off of the light emitting diode. The relay which we are using the HK4100F series signal relay, the working voltage of 5V, it is easy for us to achieve. In the circuit design of system we use 9012 and 9013 type two three

5、 triodes to form our amplification circuit, the circuit design is relatively simple, but al</p><p>　　[KeyWords] Light control Relay Photosensitive resistance Amplification circuit</p><p>

6、<b>　　目錄</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p>　　第1章 光控系統的設計目的和要求2</p><p>　　1.1 設計目的2</p><p>　　1.2 設計要求2</p><p>　　第2章 光控系統的總體方案論證3<

7、;/p><p>　　2.1 方案論證3</p><p>　　2.1.1 方案一3</p><p>　　2.1.2 方案二4</p><p>　　2.1.3 方案三6</p><p>　　2.2 方案的比較6</p><p>　　第3章 系統硬件設計與實現8</p><

8、p><b>　　3.1光敏電阻8</b></p><p><b>　　3.2 繼電器9</b></p><p>　　3.3 三極管10</p><p>　　3.4 二極管11</p><p><b>　　總結13</b></p><p>

9、<b>　　致謝14</b></p><p><b>　　參考文獻15</b></p><p>　　附錄 電路原理圖16</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　目前，隨著生活科技的飛速發(fā)展，人們生活節(jié)奏越來越快，生活上人們也開始追求智能化。其中，

10、電燈作為人們生活作息不可或缺的必需品，人們有意識地采用各種方法改進它，主要發(fā)展趨勢是節(jié)能與便利，從而使得照明燈不停地發(fā)展前進。其中課題所研究的光控日光燈就廣泛地運用于城市街道，走廊樓道等公共場所，給人們的生活帶來極大地方便。</p><p>　　本次研究的課題主要是陣對采用光敏電阻和照明控制繼電器為基本元件組成的照明光控制電路。這種照明光控制電路的特點是可以根據光線的亮度自動控制照明, 與人工操作比較,開關及時,

11、 具有好的節(jié)能效果。自從我國加入WTO后，國際上一些知名品牌大企業(yè)相繼進入國內產銷領域，使得國內競爭國際化。努力增加節(jié)能光源和不同檔次、花樣、不同用途的照明器具的開發(fā)，加快綠色、節(jié)能光源產品的開發(fā)推廣和應用是我國目前照明器材行業(yè)結構調整的重點。我國照明器材行業(yè)將面臨著前所未有的機遇和挑戰(zhàn)，而由此帶來的巨大商業(yè)利益也成為一些企業(yè)矚目的焦點。隨著電子技術的發(fā)展，尤其是數字技術的發(fā)展，用數字電路技術實現燈的自動發(fā)亮、節(jié)能節(jié)電、延長燈的壽命變得

12、越來越重要，而且貼近我們的實際生活。在學校、機關、廠礦企業(yè)等單位的公共場所以及居民區(qū)的公共樓道，長明燈現象十分普遍，這造成了能源的極大浪費。另外，由于頻繁開關或者人為因素，墻壁開關的損壞率很高，增大了維修量、浪費了資金。光控燈電路是通過外界環(huán)境中光線的強弱來控制電路工作的，當光線較強時，電路停止工作，燈泡不發(fā)光；當光線較弱時，電路開始工作，燈泡發(fā)光。</p><p>　　綜上所述，本設計以光敏電阻為傳感器，901

13、2和9013組成的放大電路，由繼電器來最終控制發(fā)光二級光的亮與滅的，同時此系統在人們的日常生活中得到了廣泛的應用。</p><p>　　第1章 光控系統的設計目的和要求</p><p><b>　　1.1 設計目的</b></p><p>　?。?） 熟悉光控系統的基本構件；</p><p>　?。?） 熟悉光控系統的

14、電子元器件的基本形狀及其功能；</p><p>　?。?） 掌握各電子元器件的焊接步驟；</p><p>　　（5） 掌握各電子元器件的工作原理；</p><p>　　（6） 掌握系統的設計原理；</p><p>　?。?） 掌握系統的電路圖的繪制；</p><p>　?。?） 掌握電子元器件的焊接技巧；</p&

15、gt;<p>　?。?） 掌握電路板元器件的布局規(guī)則；</p><p>　?。?0）提到查找問題的能力；</p><p>　?。?1）通過本次設計實驗，對自己的專業(yè)知識掌握和運用有一個系統的考核；</p><p><b>　　1.2 設計要求</b></p><p>　　自我設計一個基于光敏電阻為傳感器的光

16、控系統。</p><p><b>　?。?）5V供電；</b></p><p>　?。?）光傳感器采用光敏電阻；</p><p>　?。?）放大電路采用9012和9013元器件；</p><p>　?。?）由HK4100F型號的繼電器來控制發(fā)光二極光。</p><p>　?。?）設計光控系統的原理

17、圖，學習用PROTEL畫出該原理圖；</p><p>　?。?）焊接硬件電路，進行調試。</p><p>　　第2章 光控系統的總體方案論證</p><p><b>　　2.1 方案論證</b></p><p>　　完成同一目的方案有很多種，下面我就盡可能多的提出完善的方案并介紹原理框圖和工作原理，然后比較其優(yōu)點及缺點，

18、最終根據設計的要求選擇最適合的方案來實現光控檢測系統設計。</p><p><b>　　2.1.1 方案一</b></p><p>　　電路中，光控觸發(fā)器電路由光敏電阻器RG、電阻器R1、R2，電位器R6，穩(wěn)壓二極管D1和電解電容C1以及LM339組成，電源電路由電阻器R3、R4、R5，穩(wěn)壓二極管D2，二極管IN4007，NPN9013和3mm發(fā)光二極管以及繼電器組成

19、。</p><p>　　在白天，光敏電阻器RG受光照而呈低阻狀態(tài)，LM339的7腳電位降低，1腳輸出電壓低，穩(wěn)壓管的反向電流較小，9013處于截止狀態(tài)，從而發(fā)光二極管不被點亮。</p><p>　　當黃昏來臨時光照度逐漸減弱，光敏電阻RC的阻值逐漸增大，LM329的7腳電壓增大，1腳輸出電壓高，穩(wěn)壓管的反向電流較大，9013導通，發(fā)光二極管被點亮。</p><p>

20、　　直到第二天黎明來臨時，光照度逐漸增強，RG的阻值逐漸減小，LM339的7腳電位降低，1腳輸出電壓低，穩(wěn)壓管的反向電流較小，9013處于截止狀態(tài)，從而發(fā)光二極管熄滅。</p><p>　　調節(jié)RP的阻值，可控制該燈光自動控制器電路在不同光照下的動作。</p><p><b>　　2.1.2 方案二</b></p><p>　　此電路主要由光敏

21、元件（光敏電阻）、三極管、繼電器和發(fā)光二極管等組成，其總體設計方框圖如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3方案二系統框圖</p><p>　　此系統中的繼電器我們采用的是HK4100F系列的信號繼電器，光敏電阻采用了可見光光敏電阻。其原理是光敏電阻在外界光的變化下電阻值也相應的發(fā)生變化（當光線強時，光敏電阻器呈低阻狀態(tài)，當光線變弱時，光敏電阻阻值逐漸變大），同時流過光敏電阻的電流大

22、小也發(fā)生了改變，之后由三極管、電阻組成的放大電路將電流進行放大后傳送給繼電器來控制發(fā)光二級管，其電路原理圖如下：</p><p>　　圖2-4 方案二電路原理圖</p><p><b>　　2.1.3 方案三</b></p><p>　　此設計由光敏電阻，滑動變阻器，電阻，NPN三極管及運算放大器LM358組成，其電路原理圖如圖2-5所示：&l

23、t;/p><p>　　圖2-5 方案三電路原理圖</p><p>　　方案三的電路原理：當光敏電阻受光照時，電阻減小，運放同向輸入端為低電平；當光照較弱時，電阻增加，運放同向輸入端為高電平。光控電路的輸出信號經過電壓跟隨器后，將比較微弱的電流信號放大到單片機能夠識別的電流，然后由運放輸出端將放大后的信號傳給單片機的P1.6口。電路圖中的集電極電阻R16作為限流電阻，保護三極管；調節(jié)變阻器R15

24、能夠改變基極電流，從而控制發(fā)射結和集電極電流，進而控制整個光控電路對光信號的靈敏度。</p><p><b>　　2.2 方案的比較</b></p><p>　　以上三種方案都是可行的，第一種方案具有較高的靈敏性，但所用的元件多不易于制作。第二種方案的元器件較少，成本自然也是低，但是靈敏度不及第一種方案。第三種方案是我們基于單片機為主控制器的實現光控功能的光控電路，它

25、比較適合功能復雜的集成電路，在靈敏度以及可靠性方面大大優(yōu)于前兩種方案，但是綜合比較后，我們還是決定采用第二種方案。這是因為我們此次的設計是一個獨立的光控系統，集成度不是很高，其功能也是很單一的，我們在靈敏度以及可靠性方面的要求也不是那么的嚴格，是很容易實現的。這次的課程設計就是對我們的專業(yè)知識的一個小測試、一次小的實踐，同時老師要求我們必須要實現光控這個功能，這也是選擇這個方案的另一個因素。綜合了以上的各個方面因素，我們最終采用了方案二

26、。</p><p>　　第3章 系統硬件設計與實現</p><p>　　本次系統的設計在硬件方面我們使用了光敏電阻、繼電器、三極管、二極管等器件，這些都是我們日常所接觸的比較常見的的電子元器件。在整個系統的設計方面我們采用了如下圖所示的流程圖來實現硬件各器件的連接和最終系統功能的實現。</p><p>　　圖3-1 光控系統的流程圖</p><p

27、><b>　　3.1光敏電阻</b></p><p>　　光敏電阻器又叫光感電阻，是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器，其特點是：入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化），光敏電阻通常都工作于直流或低頻狀態(tài)下。</p><p>　　光敏電阻的光照特性：在一定外

28、加電壓下，光敏電阻的光電流和光通量之間的關系。不同類型光敏電阻光照特性不同，但光照特性曲線均呈非線性。因此它不宜作定量檢測元件，這是光敏電阻的不足之處。一般在自動控制系統中用作光電開關</p><p>　　光敏電阻的光譜特性：光譜特性與光敏電阻的材料有關。硫化鉛光敏電阻在較寬的光譜范圍內均有較高的靈敏度，峰值在紅外區(qū)域；硫化鎘、硒化鎘的峰值在可見光區(qū)域。因此，在選用光敏電阻時，應把光敏電阻的材料和光源的種類結合起

29、來考慮，才能獲得滿意的效果。</p><p>　　光敏電阻的伏安特性曲線：在一定照度下，加在光敏電阻兩端的電壓與電流之間的關系稱為伏安特性。在給定偏壓下，光照度較大，光電流也越大。在一定的光照度下，所加的電壓越大，光電流越大，而且無飽和現象。但是電壓不能無限地增大，因為任何光敏電阻都受額定功率、最高工作電壓和額定電流的限制。超過最高工作電壓和最大額定電流，可能導致光敏電阻永久性損壞。</p><

30、;p>　　光敏電阻的溫度特性：其性能(靈敏度、暗電阻)受溫度的影響較大。隨著溫度的升高，其暗電阻和靈敏度下降，光譜特性曲線的峰值向波長短的方向移動。</p><p><b>　　3.2 繼電器</b></p><p>　　繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統（又稱輸入回路）和被控制系統（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制

31、較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。它具有動作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長、體積小等優(yōu)點。廣泛應用于電力保護、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。此次設計中我們采用的是HK4100F系列的信號繼電器，它是我們普遍使用的一種繼電器，它具有六個管腳管其腳圖如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 繼電器的管腳圖</p><p>　　其中的1、6間

32、電阻為0，2、5間電阻較大，3、4間不接通，4、6間電阻為0，1、4間電阻為0，其他的都不接通。我們在通常的使用時就按照2、5為線圈，1、6為公共端，3、4一個常開一個常閉的方式進行連接</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　3.3 三極管</b></p><p>　　三極管通常作為系統的放大

33、電路的主要器件，在此次的系統中我們同樣由三極管和電阻共同組成了電流放大電路。電阻是我們再熟悉不過的一種電子元器件了，在這里不做過多的介紹了。三極管在我們學習電子方面的知識中可以說是相當重要的元器件了，它可以分為兩種類型：PNP型三極管、NPN型三極管。而此次我們同時用到了這兩種管子，即9012和9013。</p><p>　　圖3-3 9013的封裝管腳圖</p><p>　　圖3-4 9

34、012的封裝管腳圖</p><p>　　由三極管和電阻組成的電流放大電路的電路原理圖如圖3-5所示：</p><p>　　圖3-5 電路的放大電路</p><p><b>　　3.4 二極管</b></p><p>　　此次的系統設計我們使用兩種二極管，即發(fā)光二極管和穩(wěn)壓二極管。二者的類別相同，但是功能不同。</p

35、><p>　　發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當電子與空穴復合時能輻射出可見光光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路中作為指示燈。按其封裝結構及封裝形式除可分為金屬封裝、陶瓷封裝、塑料封裝、樹脂封裝和無引線表面封裝外，還可分為加色散射封裝（D）、無色散射封裝（W）、有色透明封裝（C）和無色透明封裝（T）。按其封裝外形可分為圓形、方形、矩形、三角形和組合形等多種。其伏安特

36、性曲線如圖3-6所示：</p><p>　　圖3-6 發(fā)光二級管的伏安特性曲線</p><p>　　穩(wěn)壓二極管(又叫齊納二極管)它的特性是:此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導體器件。在這臨界擊穿點上,反向電阻降低到一個很小的數值,在這個低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定,穩(wěn)壓二極管是根據擊穿電壓來分檔的,因為這種特性,穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準元件使用。穩(wěn)壓二極管

37、可以串聯起來以便在較高的電壓上使用,通過串聯就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。其伏安特性曲線和動態(tài)電阻如圖3-7和3-8所示：</p><p>　　圖3-7 穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線 圖3-8 穩(wěn)壓管動態(tài)電阻曲線</p><p><b>　　總結</b></p><p><b>　　致謝</b>&

38、lt;/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]劉嵐, 葉慶云.電路分析基礎. 北京：高等教育出版社,2010.1</p><p>　　[2]吳友宇 .模擬電子技術基礎. 北京：清華教育出版社,2009.5</p><p>　　[3]郭天祥 .51單片機C語言教程. 北京：電子工業(yè)出版社,2009

39、.12</p><p>　　[4]丘關源 .電路（第五版）. 北京：高等教育出版社,2009</p><p>　　[5]鈴木雅臣.晶體管電路設計. 北京：科學出版社，2009</p><p>　　[6] 韓穎; Proteus在單片機技術實訓教學中的應用[J];中國科教創(chuàng)新導刊;2008年3期</p><p>　　[7] 周靈彬;張靖武.PR

40、OTEUS的單片機教學與應用仿真[J].單片機與嵌入式系統應用;2008年01期</p><p>　　[8] 巨漢基，巨奎基.糧庫多點溫度巡回檢測PIC單片機測溫度檢測系統設計[J].電子科技大學高能字研究所，2009，6（2）：2-3.</p><p>　　[9]http://www.chinadz.com</p><p>　　[10]高鵬，安濤，寇懷成等.電路設