光控照明灯自动开关电路数字电路课程设计说明书.docx
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光控照明灯自动开关电路数字电路课程设计说明书.docx
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光控照明灯自动开关电路数字电路课程设计说明书
数字电路课程设计说明书
题目:
光控照明灯自动开关电路
学生姓名:
贾雨农
学号:
8080514224
院(系):
职业技术学院学院
专业:
机械设计制造及其自动化082
指导教师:
郭文强
2010年7月2日
目录
一、设计概要……………………………………………………………………………………3
1.1课程设计的内容和要求(包括原始数据、技术要求、工作要求等)………………3
1.2课设特点…………………………………………………………………………………3
二、设计方案……………………………………………………………………………………3
2.1方案一……………………………………………………………………………………3
2.2方案二……………………………………………………………………………………4
2.3方案三(最佳方案)……………………………………………………………………5
三、工作原理……………………………………………………………………………………6
四、电源电路……………………………………………………………………………………6
五、电路的制作与调试…………………………………………………………………………7
六、控制系统……………………………………………………………………………………7
6.1传感器部分………………………………………………………………………………7
6.1.1传感器型号及参数…………………………………………………………………7
6.1.2电路元件列表………………………………………………………………………7
6.2Labview软件部分…………………………………………………………………………7
6.2.1流程图………………………………………………………………………………7
6.2.2前面板………………………………………………………………………………8
6.2.3后面板………………………………………………………………………………9
七、课设收获与体会……………………………………………………………………………9
参考文献(资料)………………………………………………………………………………11
光控照明灯自动开关电路
一、设计概要
1.1课程设计的内容和要求(包括原始数据、技术要求、工作要求等):
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。
具体要求:
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。
1.2课设特点
本次课程设计模仿了真实工程控制领域的测量与控制,并应用LabView软件对传感器信号进行采集与处理,将信号处理部分转移到计算机内部,大大简化了工程的复杂性,提高了操作的简易性。
二、设计方案
2.1方案一:
这里介绍一种采用大电流双向可控硅作为主控回路,可以驱动大功率负载的电路。
电路原理:
电路原理图如图1所示,电源电路由C1、C2和二极管VD1、VD2等组成,接通电源后,电容C2两端可获得12V左右直流电压,供光控电子开关电路使用。
供光控电子开关由三极管VT1、光敏电阻EG及电位器RP、电阻R2等元件组成。
白天RG受到自然光线照射而呈低电阻,三极管VT基极为低电平,所以三极管VT与可控硅都处于截止状态,灯H不亮。
夜晚来临时,照射在RG的光线变弱,RG呈高电阻,使得VT基极电位上升,当升至0.7V左右时,VT导通,12V电源就通过VT加至可控硅VS的控制极G上,使VS迅速导通,电灯H就通电发亮。
调节电位器的阻值,可以改变电路的起控点,使电灯H在合适的光照度下点亮了发光。
元件选择与制作
VT用9013;VD1选用12V,1/2W稳压管,如2CW60等;VD2可用1N4007;VS如选用BCR3AM耐压600V的双向可控硅,负载能力可达600W。
如果电灯H总功率超过600W,可换用更大电流的可控硅,但此时应将电容C1的容量加大到1Uf,以获取较大驱动电流,同时还需将稳压管VD1的功率增大到1W。
RP选用WSW型有机实芯微调电位器;R1、R2均用RJ-1/4W行金属膜电阻;RG选用MG45型等非密封型光敏电阻;C1要求采用CBB-400V型聚丙电容器,C2可用普通的25V的电解电容。
使用时可控硅需加装面积足够大的铝制散热板。
图2-1方案一
2.2方案二:
这里介绍的光控自动照明灯,电路简单,使用方便,且流过灯泡的电流为全波交流点,所以电灯处于正常发光状态,其亮度要比方案一介绍的半压供给亮的多。
电路原理:
光控自动照明灯的电路原理如图2所示,220V交流经二极管VD1~VD4桥式整流加在可控硅VS的阳极和阴极之间,为可控硅导通提供了必要的正向电压,可控硅导通与否还(R1+R2)与RG的分压比控制,白天自然光线较强,RG呈低电阻,分压比较小,VS门极为低电平,可控硅处于截止状态,灯H不亮;当夜幕来临时,照射在RG的光线较弱,RG呈现高电阻,分压比大,就为可控硅VS提供了较高的正向触发电压,故VS导通,灯H即亮。
元件选择与制作:
VS选用2N6565、MCR100—8等小型塑封单项可控硅,VD1~VD4可用1N4007等硅整流二极管。
RG可用MG45型等非密封型光敏电阻器,要求亮阻与暗阻相差愈大愈好,R1、R2可用1/8W型碳膜电阻,H可用100W一下的灯泡。
图2-2方案二
2.3方案三(最佳方案):
这里介绍一个简单易做的光控自动照明灯,只要夜幕来临,电灯自动点亮,白天,灯自动熄灭。
电路原理:
电路原理图如图3所示,可控硅VS构成电灯的主回路,可控回路由二极管VD和电阻R与RG组成的分压器构成。
二极管VD的作用是为控制回路提供直流电源。
白天自然光线较强,光敏电阻器RG呈现低阻,故使VS的门极呈高电平,VS因获得正向触发电压而导通灯H点亮。
改变电阻R的阻值,可以调整电路的起控点,使电灯在合适的光照下开始点亮发光。
本电路另一个特点是它具有软启动功能,因为夜幕降临时,自然光线是逐渐缓慢变弱,所以光敏电阻RG的阻值是逐渐增大,VS门极电平也是逐渐升高,所以可控硅由阻断态变为导通态要经历一个微导通与弱导通阶段,灯泡有一个逐渐变亮的软启动过程,当VS完全导通时,流经H的电流也是半波交流电,即电灯是处于欠压工作状态。
这两个因素对延长灯泡寿命极为有利,所以本电路适宜路灯使用,可免去频繁更换灯泡的麻烦。
元器件选择与制作:
VS采用触发电流较小的小型塑封单向可控硅,如2N6565、MCR100—8型等。
VD用1N4007型硅整流二极管。
RG可用MG45型非密封型光敏电阻器,要求亮阻与暗阻相差倍数愈大愈好,R可用1/4W碳膜电阻;灯H宜用100W以下的白炽灯泡。
本电路一般情况不用调试,即可投入使用。
如果电路起控点不合适,可以适当调整电阻R的阻值。
R阻值越大,起控灵敏度越低,反之越高。
图2-3方案三(最佳方案)
光控电路有着广泛的应用。
比如城市中的路灯或楼道照明灯一般都是由人工操作的,如果采用光控电路,根据光线的强弱来自动开启和关闭照明灯,做到无人自动控制,可以减轻工人的劳动强度,更有效地节约能源。
我们的这个电路虽然简单,却应用广泛。
除了我们此次选择的光控照明系统之外,还可以整体作为光控开关应用于其他方面,例如光控报警器、电动机的亮光控制系统等。
图2-4
三、工作原理
图3-1光控电路原理图
上图为光控电路的电原理图。
三极管VT1的基极电压由电阻器R1、微调电阻器RP和光敏电阻器R的分压而决定,当光线较强时光敏电阻器的阻值较小,三极管VT1的基极电压较低,三极管VT1和VT2截止,继电器不工作。
当光线较暗时,光敏电阻器的阻值变大,三极管VT1的基极电压升高,三极管VT1和VT2同时导通,继电器吸合。
电路中的二极管是为了保护三极管VT2而设置的,当三极管VT2由导通状态突然转变为截止状态时,继电器线圈内会产生一个高电压,这个高电压可以通过二极管来释放。
四、电源电路
电路如下图6,220V交流电通过灯丝,经过VD5—VD8整流后,和R9,R10.,VD4降压。
C6为滤波电容,VW为稳压值12~15V的稳压二极管,保证C6上电压不超过15V直流电压。
此部分电路作为提供稳定的工作电压。
如图:
图4-1电源电路
五、电路的制作与调试
电路装好后可以接上6V电源进行试验。
当光敏电阻器受到强的光照时,继电器不动作;如果外界的光线较暗,可以听到继电器的吸合声,同时二极管发光。
调节微调电阻器的阻值,可以改变继电器吸合时所需要的光照亮度。
微调电阻器的阻值越大,继电器吸合时所需要的光照亮度越弱。
六、控制系统
6.1传感器部分
6.1.1传感器型号及参数
参数
规格
型号
MG41-22
环境温度(℃)
-40~+60
额定功率(Mw)
20
亮阻,100lx(kΩ)
≤2
暗阻,0lx(MΩ)
≥1
响应时间(ms)
≤20
最高工作电压(v)
100
材料
硫化镉
6.1.2电路元件列表
元件名称
规格
数量(个)
价格(元)
电阻器
20KΩ
1
0.01
1KΩ
1
0.01
100KΩ微调
0.01
二极管
1N4148
1
0.02
三极管
9014
2
0.04
继电器
SRD/6V
1
1.00
发光二极管
红色
1
0.01
光敏电阻
MG41-22
1
20.00
总计(元)
22.00
6.2Labview软件部分
6.2.1流程图
图6-1软件流程图
6.2.2前面板
当光照强烈时,传感器没有输出信号,指示灯不亮,见图8。
图6-2前面输出显示图1
当光照变暗,传感器有输出电压,指示灯亮,有输出图像,见图5。
图6-3前面输出显示图2
6.2.3后面板
图6-4后面板图
功能描述:
此设计具备输出信号时事显示和指示灯显示的两个功能。
七、课设收获与体会
通过两周的设计,我觉得自己的确学到了许多知识。
以前学习数字电子技术基础的时候,总觉得没有什么实用性,而现在才发现那种想法是完全错误的。
例如我们设计时其他同学设计的交通信号灯控制电路、电冰箱关门自动语言提醒器电路、声光双控延迟照明灯电路等都离不开数字电子技术基础这门重要的学科。
这些知识完全能够使本来很暗淡的世界,变得丰富多彩。
使我们的生活更加绚丽,使我对数字电子技术基础课程更加迷恋。
通过两周的设计,我除了学会的许多专业知识,遇到困难时,我就去积极的看教材,去图书馆查阅资料,去网上搜索相关信息,直至把每一个细节,每一个原理都搞清楚弄明白为止,大大增强了我的自学能力和独立能力。
更重要的是,我拓展了思路,开阔了视野,活跃了思想。
以前学习数字电子技术基础时总觉得自己傻傻的,不知所措,无从下手,如何学起,思路很狭窄,视野也不开阔,学的东西很死板,也很僵硬,根本不能够运筹于帷幄之中,更不用说去自己设计个电子线路了,那简直是天方夜谈。
现在我就对自己充满了信心,敢于去动手,敢于去实践,敢于去尝试,敢于去面临挑战,不怕失败,不再放过自己每一个灵感的火花。
在最后当我看到自己设计的成果之后,使我又一次深刻的体会到了“有付出就有回报”这句话的含义。
参考文献
1王伯雄.工程测试技术.北京:
清华大学出版社,2002.
2王俊峰,斐炳南,李传光.电子产品的设计与制作工艺.北京理工大学出版社,1995.
3清华大学电子学教研组编,童诗白.模拟电子技术基础.第三版.北京:
高等教育出版社,2004.
4华成英.电子技术.北京:
中央广播电视大学出版社,1996.
5杨素行.模拟电子电路.北京:
中央广播电视大学出版社,1994.
6何希才,伊兵.实用电子电路设计.北京:
电子工业出版社,1998.
7叶廷秀.应用电子学.杭州:
浙江大学出版社,1994.
8王楚,徐道衡.电子线路原理.北京:
北京大学出版社,1995.
数字电路课程设计口试内容
专业:
机械设计制造及其自动化学号:
8080514224姓名:
贾雨农
题目:
光控照明灯自动开关电路
问题1:
集成电路的基片为什么要用硅来做,其他材料不行吗?
答:
用Si的最大优点就是能够采用氧化、光刻、扩散等平面工艺来制作出微小的、性能优良的元器件,从而可以实现集成电路,并进而做出大规模集成电路。
Ge片上不能获得很好的氧化膜,则不便采用平面工艺,故难以做出集成电路(最多只能实现小规模集成),更难以做出大规模集成电路。
其他GaAs等化合物半导体,也同样存在这个问题。
问题2:
发光二极管的工作原理
答:
发光二极管简称为LED。
由镓(Ga)与砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二极管,当电子与空穴复合时能辐射出可见光,因而可以用来制成发光二极管,在电路及仪器中作为指示灯,或者组成文字或数字显示。
磷砷化镓二极管发红光,磷化镓二极管发绿光,碳化硅二极管发黄光。
它是半导体二极管的一种,可以把电能转化成光能;常简写为LED。
发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,也具有单向导电性。
当给发光二极管加上正向电压后,从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子,在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。
不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。
当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同,释放出的能量越多,则发出的光的波长越短。
常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
问题3:
谈谈对数字电路课程设计的认识
答:
经过一个学期的学习,对数字电路的一些基本类型都有了一定的认识,比如集成逻辑门、组合逻辑电路、集成触发器、时序逻辑电路等。
本次课程设计的目的在于通过对数字电子称这一具体实用电路的研发,运用所学的各类知识,将它们有机的整合起来,使之成为一个有机的知识体系,从而将课本知识投入到实践中去,以此来加深对“数字电路”的认识。
通过这次课程设计,加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
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- 关 键 词:
- 光控 照明灯 自动开关 电路 数字电路 课程设计 说明书