课程设计报告-光控灯
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2.确定设计方案
方案一：（注释：本设计挑战自己设计直流稳压电源） 根据课题要求，我们可以将设计分成三个模块：电源变换模块，开关控制
模块。走廊灯一般使用交流市电作为供电电源。而我们电路中的各种控制电路 则需要使用直流电，所以，必须进行电源变换。常用的方法是整流滤波后进行 稳压。若要满足走廊灯在室外光强强时关闭，弱时开启，也就是要一个回差控 制。显然，要实现这个功能需要使用具有回差特性的原件。一般是用斯密特触 发器或滞回比较器。我们可以专门用基本原件来设计斯密特触发器，但是目前 已有专用的集成原件，如555定时器，使用这些集成芯片不但方便，而且性能稳 定。最后，要实现对灯开关的控制，必须使用具有模拟开关特性的器件，如继 电器，用它作为开关原件可以有更好的效果。最后把它们连接起来，便构成了 整个控制系统，它的工作方式可以定性的解释为：当光照在光敏电阻上时，其
以得到如下的状态关系表：
表 555定时器工作状态表
VI1
VI 2
VC1
VC 2
Q
TD 状态
VO
>
2 3 VCC
>
1 3 VCC
0
1
0
on
0
<
2 3 VCC
>
1 3 VCC
1
31
保持
保持
保持
2 < 3 VCC
<
1 3 VCC
1
0
1
off
1
>
2 3 VCC
1 < 3VCC
0
0
1
off
1
不难发现，如果把
1
阻值发生改变，从而其两端的电压也会相应变化，用这个电压去控制光路控制 模块，使之有不同的输出，这个输出又去控制开关进行相应的改变。从而控制 灯泡的亮与不亮。
原理图如下：
图1 光控灯原理图
1）电源变换模块的设计
一般地，电源变换采用整流滤波后稳压的方法。具体电路如下：
图2
通过如上处理，交流输入可以相当于一个稳定的直流输出，这给后面的控制部 分提供了稳定的直流电压。
电子课程设计
设计课题：光控制走廊灯电路系统
学校： 专业： 学生学号： 学生姓名： 指导老师：
南昌航空大学 测控技术与仪器 10081335 张林文 胡博
测试与光电工程学院
课程设计任务书
测控技术与仪器 专业 10081335 班 张林文 学生
课题名称： 光控制走廊灯电路系统 课题要求： 1 初步掌握一般电子电路分析和设计的基本方法。包括：根据设计任务和指标， 确定电路方案，通过设计计算选择元器件，然后安装电路，进行调试，对结果 进行分析，提出改进意见，写出设计总结报告。 2 培养学生自学能力和独立分析、解决问题的能力。包括：查阅参考资料、工具 书，掌握电路调试的一般规律。 3 掌握电子电路的安装、布线等基本技能。 4 更加熟练地掌握常用电子仪器的正确使用方法。包括：示波器、直流稳压电源 、万用表等。
原理图如下：
图7
3.选择元器件
6
方案一：变压器(220V-12V) 桥硅（KBP207) 电解电容（2200uF/10uF/100uF各一个） 可调电阻两个（1M） 电阻（500） 二极管三个（IN4007) 继电器（JQC-3F) 光敏电阻（GL5528) NE555定时器 瓷片电容(0.01uF) 白炽灯（220V、25W)
图9 光控电路图（无光照）1
方案二：
图10 光控电路图（有光照）1 8
图11 光控电路图（无光照）2
图12 光控电路图（有光照）2
5.电路组装与焊接
根据原理图在焊板上焊接电路。 方案一：
方案二：
图13 光控电路焊接图1
图14 光控电路焊接图2
分析调试与分析
方案一：
方案二：
图15 光控电路调试图（无光照）1
2006.
[2]
康华光--《电子技术基础-
数字部分（第五版）》北京：高等教育出版社，
2006. [3]
朱清慧、王志奎--《Proteus教程-
电子线路设计、制版与仿真（第二版）》
北京：清华大学出版社，2011.
1 3
VCC
<VI
<
2 3
VCC
时，VC1 =VC2 =1，VO 保持不变；
3）当
VI
>
2 3
VCC
时，
VC1
=0，
VC
2
=1，
VO
=0；
再看从
2 3
VCC
下降的过程。
1）当
1 3
VCC
<VI
<
2 3
VCC
时，VC1
=V4 C 2
=1，VO
=0保持不变；
1 2）当VI < 3VCC 时，VC1 =1，VC2 =0，VO =1。
本文所要做的，便是用软件模拟整个光控路灯的实现过程，仿真成功后制 作真实电路。仿真所用的软件是proteus 7.8。它是一款常见的单片机电路仿真工具。利用proteus 7.8能够实现绘制电路原理图并提供连续性的仿真信息。这样可以极大地缩短 系统开发的时间和成本。可以说，如今，基于电子计算机的EDA（电子设计 自动化）已经成为广大电子开发人员的首选。
本次课设让我感觉每一件简单的没手开始实施时永远不会知道它会 有你不能做好它的。实际操作时并不像原理中那样什么都可以随时 信手拈来，在实际中必须先把各个方面准备好。才能动手开始做， 否则在实施时将不能进行很顺利。做好每一件简单的事就是做好整 个课设的关键。
8.参考文献
[1] 康华光--《电子技术基础-模拟部分（第五版）》北京：高等教育出版社,
个合适的正弦波，那么我们可以想5见，当电压有0升到8V的过程中，输出为高电 平；过了8V以后变低电平；当电压下降时，降到4V以前，会保持低电平，低于4
V后会到高电平。输出将是矩形波。
方案二：（实验室提供直流稳压电源）
本电路主要用到三极管。下面简要介绍一下三极管的工作原理： 三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例 （信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小 的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极 电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之， 基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。但是 集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。IC 的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数β（β=ΔIC/ΔIB, Δ表示变化量。），三极管的放大倍数β一般在几十到几百倍。 三极管在放大信号时，首先要进入导通状态，即要先建立合适的静态工作点， 也叫建立偏置，否则会放大失真。 在三极管的集电极与电源之间接一个电阻，可将电流放大转换成电压放大：当 基极电压UB升高时，IB变大，IC也变大，IC 在集电极电阻RC的压降也越大，所以三极管集电极电压UC会降低，且UB越高，U C就越低，ΔUC=ΔUB。 当有光照射到光敏电阻时，其阻值减小（几十K左右），Q1基极电压被拉低 而截止，Q2基极电压升高Q2截止，LED灭；反之光敏电阻没有光照时，其阻值增 大（几M），Q1基极电压升高并使其导通，Q2基极电压降低，Q2饱和导通，LED 得电发光。
VI
1
和
VI
2
接在一起作为输入，当它们在
2 3
VCC
和
1 3
VCC
之间
变化时，如果变化的方向不同，那么输出有不同的状态。这就可以构成斯密特
触发器。以下是具体连接图：
图4 555定时器构成斯密特触发器
下面具体来看：
பைடு நூலகம்1 1）当VI < 3VCC 时，由上表，VC1 =1，VC2 =0，VO =1；
2）当
课题内容： 1任务：走廊灯可由光照强度控制，光照度强（白天）时灯不亮，光照度暗（黑 天）时亮（或者相反设计）；设计实现光照度检测电路并进行信号放大。
2
对方案中各部分进行单元电路的设计、参数计算和器件选择。将各部分连接在
一起，用protel画出一个符合要求的完整的系统电路图。
3
电子电路设计完成后，即可进行组装、调试；电子电路包含通电检查、单元电
2
2）开关控制模块 开关控制模块主要用555定时器搭成的斯密特触发器构成。 下面介绍一下此模块的原理： 555定时器是一个多功能的集成芯片，利用它可以极其方便的构成多谐振荡
器，单稳态触发器，斯密特触发器。而本文正是使用555定时器构成斯密特触发 器来完成对开关的控制功能。它的内部组成如下：
图3-5 电源变换电路整体波形图
路调试，整机联调。
4 撰写课程设计总结报告。
工作进度安排：
查阅资料，确定设计方案
3天
电子电路设计
3天
电子电路焊接、调试
4天
用protel画出系统电路图
1天
撰写总结报告
2天
主要参考资料：
[1] 《电子技术基础 模拟部分》第五版 高教出版社 康华光 2006
[2] 《电子技术基础 数字部分》第五版 高教出版社 康华光 2006
图3 555定时器组成电路
它主要分为3个部分：比较部分，锁存部分，输出部分。
比较部分有放大器C1，C2组成。由图可见VR1
2 3 VCC
, VR 2
1 3 VCC
。根据输入
端口VI1 和VI 2 与这两个电压的关系组合，可以使锁存器处于不同状态，从而输
出处于相应的状态。根据电压比较器的特点和与非门锁存器的真值表，我们可
系负责人： 日
指导教师： 胡 博 时间：2013年5 月 10
目录
概述........................................................................................1 确定设计方案（原理图）....................................................1 选择元器件............................................................................7 电路仿真................................................................................7 电路组装与焊接....................................................................9 电路调试与分析....................................................................11 小结与心得............................................................................12 8.参考文献................................................................................12
方案二：9014三极管 9012三极管 10k电阻 100k电阻 发光二极管 光敏电阻（GL5528) 瓷片电容（0.1uF) 开关
4.电路仿真
原理图在进行仿真时，有些在原理图中的 元件并不是都可以找到有些元件只能用其 他的代替。有些
根据原理图在proteus软件中仿真电路。 方案一：
图8 直流可调稳压电源仿真图 7
图16 光控电路调试图（无光照）2 11
小结与心得
通过本次课程设计把学到的理论应用到了实际的电路中。在开始时 很茫然不知道该做什么，在设计任务书和老师的指导下，慢慢知道 怎么开始实施。查找设计方案时，有很多的方案可以实施。最终确 定了的方案是我对原理很熟悉的一个方案。在方案确定之后要求能 够在软件中实现仿真，在仿真过程中不能实现功能，又开始着急了 ，从仿真图中不能发现问题。只能从原理图中查找原因，最终的原 因是原理图中的元件参数有不合适的。通过修改在仿真图中的元件 参数最终可以实现功能。在后面的连接实物图时更是困难，焊接是 时有些元件很难找到合适的位置。因为实物和原理图中的元件的接 点不相同。
由上面的分析，可以画出如下输入输出特性曲线：
图5 斯密特触发器输出特性
可见，这是典型的斯密特触发器工作状态图。它的回差电压是
2 3
VCC
-
1 3
VCC
=
1 3
VCC
。利用这点，我们可以很好的实现光控的回差特性。
下面我们来测试一下斯密特触发器的特性。测试图如下：
图6 斯密特触发器测试图
根据前面的分析，若Vcc为12V，则两个回差点分别是4V，8V。如果输入一
1.概述
如今，光电产业的结合已经是未来光机电一体化趋势的代表。这一结合最 与我们息息相关的就是光控走廊灯的使用。我们经常可以看到，每天傍晚，当 天色较暗，走廊灯灯便自动点亮；每到清晨，当太阳照亮整个走廊时，走廊灯 就自动熄灭。其实，实现这些功能的并不是哪位辛勤的街道管理者，而是光电 器件的杰作。其中，其主要作用的，就是光敏电阻的使用。
方案一：（注释：本设计挑战自己设计直流稳压电源） 根据课题要求，我们可以将设计分成三个模块：电源变换模块，开关控制
模块。走廊灯一般使用交流市电作为供电电源。而我们电路中的各种控制电路 则需要使用直流电，所以，必须进行电源变换。常用的方法是整流滤波后进行 稳压。若要满足走廊灯在室外光强强时关闭，弱时开启，也就是要一个回差控 制。显然，要实现这个功能需要使用具有回差特性的原件。一般是用斯密特触 发器或滞回比较器。我们可以专门用基本原件来设计斯密特触发器，但是目前 已有专用的集成原件，如555定时器，使用这些集成芯片不但方便，而且性能稳 定。最后，要实现对灯开关的控制，必须使用具有模拟开关特性的器件，如继 电器，用它作为开关原件可以有更好的效果。最后把它们连接起来，便构成了 整个控制系统，它的工作方式可以定性的解释为：当光照在光敏电阻上时，其
以得到如下的状态关系表：
表 555定时器工作状态表
VI1
VI 2
VC1
VC 2
Q
TD 状态
VO
>
2 3 VCC
>
1 3 VCC
0
1
0
on
0
<
2 3 VCC
>
1 3 VCC
1
31
保持
保持
保持
2 < 3 VCC
<
1 3 VCC
1
0
1
off
1
>
2 3 VCC
1 < 3VCC
0
0
1
off
1
不难发现，如果把
1
阻值发生改变，从而其两端的电压也会相应变化，用这个电压去控制光路控制 模块，使之有不同的输出，这个输出又去控制开关进行相应的改变。从而控制 灯泡的亮与不亮。
原理图如下：
图1 光控灯原理图
1）电源变换模块的设计
一般地，电源变换采用整流滤波后稳压的方法。具体电路如下：
图2
通过如上处理，交流输入可以相当于一个稳定的直流输出，这给后面的控制部 分提供了稳定的直流电压。
电子课程设计
设计课题：光控制走廊灯电路系统
学校： 专业： 学生学号： 学生姓名： 指导老师：
南昌航空大学 测控技术与仪器 10081335 张林文 胡博
测试与光电工程学院
课程设计任务书
测控技术与仪器 专业 10081335 班 张林文 学生
课题名称： 光控制走廊灯电路系统 课题要求： 1 初步掌握一般电子电路分析和设计的基本方法。包括：根据设计任务和指标， 确定电路方案，通过设计计算选择元器件，然后安装电路，进行调试，对结果 进行分析，提出改进意见，写出设计总结报告。 2 培养学生自学能力和独立分析、解决问题的能力。包括：查阅参考资料、工具 书，掌握电路调试的一般规律。 3 掌握电子电路的安装、布线等基本技能。 4 更加熟练地掌握常用电子仪器的正确使用方法。包括：示波器、直流稳压电源 、万用表等。
原理图如下：
图7
3.选择元器件
6
方案一：变压器(220V-12V) 桥硅（KBP207) 电解电容（2200uF/10uF/100uF各一个） 可调电阻两个（1M） 电阻（500） 二极管三个（IN4007) 继电器（JQC-3F) 光敏电阻（GL5528) NE555定时器 瓷片电容(0.01uF) 白炽灯（220V、25W)
图9 光控电路图（无光照）1
方案二：
图10 光控电路图（有光照）1 8
图11 光控电路图（无光照）2
图12 光控电路图（有光照）2
5.电路组装与焊接
根据原理图在焊板上焊接电路。 方案一：
方案二：
图13 光控电路焊接图1
图14 光控电路焊接图2
分析调试与分析
方案一：
方案二：
图15 光控电路调试图（无光照）1
2006.
[2]
康华光--《电子技术基础-
数字部分（第五版）》北京：高等教育出版社，
2006. [3]
朱清慧、王志奎--《Proteus教程-
电子线路设计、制版与仿真（第二版）》
北京：清华大学出版社，2011.
1 3
VCC
<VI
<
2 3
VCC
时，VC1 =VC2 =1，VO 保持不变；
3）当
VI
>
2 3
VCC
时，
VC1
=0，
VC
2
=1，
VO
=0；
再看从
2 3
VCC
下降的过程。
1）当
1 3
VCC
<VI
<
2 3
VCC
时，VC1
=V4 C 2
=1，VO
=0保持不变；
1 2）当VI < 3VCC 时，VC1 =1，VC2 =0，VO =1。
本文所要做的，便是用软件模拟整个光控路灯的实现过程，仿真成功后制 作真实电路。仿真所用的软件是proteus 7.8。它是一款常见的单片机电路仿真工具。利用proteus 7.8能够实现绘制电路原理图并提供连续性的仿真信息。这样可以极大地缩短 系统开发的时间和成本。可以说，如今，基于电子计算机的EDA（电子设计 自动化）已经成为广大电子开发人员的首选。
本次课设让我感觉每一件简单的没手开始实施时永远不会知道它会 有你不能做好它的。实际操作时并不像原理中那样什么都可以随时 信手拈来，在实际中必须先把各个方面准备好。才能动手开始做， 否则在实施时将不能进行很顺利。做好每一件简单的事就是做好整 个课设的关键。
8.参考文献
[1] 康华光--《电子技术基础-模拟部分（第五版）》北京：高等教育出版社,
个合适的正弦波，那么我们可以想5见，当电压有0升到8V的过程中，输出为高电 平；过了8V以后变低电平；当电压下降时，降到4V以前，会保持低电平，低于4
V后会到高电平。输出将是矩形波。
方案二：（实验室提供直流稳压电源）
本电路主要用到三极管。下面简要介绍一下三极管的工作原理： 三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例 （信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小 的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极 电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之， 基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。但是 集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。IC 的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数β（β=ΔIC/ΔIB, Δ表示变化量。），三极管的放大倍数β一般在几十到几百倍。 三极管在放大信号时，首先要进入导通状态，即要先建立合适的静态工作点， 也叫建立偏置，否则会放大失真。 在三极管的集电极与电源之间接一个电阻，可将电流放大转换成电压放大：当 基极电压UB升高时，IB变大，IC也变大，IC 在集电极电阻RC的压降也越大，所以三极管集电极电压UC会降低，且UB越高，U C就越低，ΔUC=ΔUB。 当有光照射到光敏电阻时，其阻值减小（几十K左右），Q1基极电压被拉低 而截止，Q2基极电压升高Q2截止，LED灭；反之光敏电阻没有光照时，其阻值增 大（几M），Q1基极电压升高并使其导通，Q2基极电压降低，Q2饱和导通，LED 得电发光。
VI
1
和
VI
2
接在一起作为输入，当它们在
2 3
VCC
和
1 3
VCC
之间
变化时，如果变化的方向不同，那么输出有不同的状态。这就可以构成斯密特
触发器。以下是具体连接图：
图4 555定时器构成斯密特触发器
下面具体来看：
பைடு நூலகம்1 1）当VI < 3VCC 时，由上表，VC1 =1，VC2 =0，VO =1；
2）当
课题内容： 1任务：走廊灯可由光照强度控制，光照度强（白天）时灯不亮，光照度暗（黑 天）时亮（或者相反设计）；设计实现光照度检测电路并进行信号放大。
2
对方案中各部分进行单元电路的设计、参数计算和器件选择。将各部分连接在
一起，用protel画出一个符合要求的完整的系统电路图。
3
电子电路设计完成后，即可进行组装、调试；电子电路包含通电检查、单元电
2
2）开关控制模块 开关控制模块主要用555定时器搭成的斯密特触发器构成。 下面介绍一下此模块的原理： 555定时器是一个多功能的集成芯片，利用它可以极其方便的构成多谐振荡
器，单稳态触发器，斯密特触发器。而本文正是使用555定时器构成斯密特触发 器来完成对开关的控制功能。它的内部组成如下：
图3-5 电源变换电路整体波形图
路调试，整机联调。
4 撰写课程设计总结报告。
工作进度安排：
查阅资料，确定设计方案
3天
电子电路设计
3天
电子电路焊接、调试
4天
用protel画出系统电路图
1天
撰写总结报告
2天
主要参考资料：
[1] 《电子技术基础 模拟部分》第五版 高教出版社 康华光 2006
[2] 《电子技术基础 数字部分》第五版 高教出版社 康华光 2006
图3 555定时器组成电路
它主要分为3个部分：比较部分，锁存部分，输出部分。
比较部分有放大器C1，C2组成。由图可见VR1
2 3 VCC
, VR 2
1 3 VCC
。根据输入
端口VI1 和VI 2 与这两个电压的关系组合，可以使锁存器处于不同状态，从而输
出处于相应的状态。根据电压比较器的特点和与非门锁存器的真值表，我们可
系负责人： 日
指导教师： 胡 博 时间：2013年5 月 10
目录
概述........................................................................................1 确定设计方案（原理图）....................................................1 选择元器件............................................................................7 电路仿真................................................................................7 电路组装与焊接....................................................................9 电路调试与分析....................................................................11 小结与心得............................................................................12 8.参考文献................................................................................12
方案二：9014三极管 9012三极管 10k电阻 100k电阻 发光二极管 光敏电阻（GL5528) 瓷片电容（0.1uF) 开关
4.电路仿真
原理图在进行仿真时，有些在原理图中的 元件并不是都可以找到有些元件只能用其 他的代替。有些
根据原理图在proteus软件中仿真电路。 方案一：
图8 直流可调稳压电源仿真图 7
图16 光控电路调试图（无光照）2 11
小结与心得
通过本次课程设计把学到的理论应用到了实际的电路中。在开始时 很茫然不知道该做什么，在设计任务书和老师的指导下，慢慢知道 怎么开始实施。查找设计方案时，有很多的方案可以实施。最终确 定了的方案是我对原理很熟悉的一个方案。在方案确定之后要求能 够在软件中实现仿真，在仿真过程中不能实现功能，又开始着急了 ，从仿真图中不能发现问题。只能从原理图中查找原因，最终的原 因是原理图中的元件参数有不合适的。通过修改在仿真图中的元件 参数最终可以实现功能。在后面的连接实物图时更是困难，焊接是 时有些元件很难找到合适的位置。因为实物和原理图中的元件的接 点不相同。
由上面的分析，可以画出如下输入输出特性曲线：
图5 斯密特触发器输出特性
可见，这是典型的斯密特触发器工作状态图。它的回差电压是
2 3
VCC
-
1 3
VCC
=
1 3
VCC
。利用这点，我们可以很好的实现光控的回差特性。
下面我们来测试一下斯密特触发器的特性。测试图如下：
图6 斯密特触发器测试图
根据前面的分析，若Vcc为12V，则两个回差点分别是4V，8V。如果输入一
1.概述
如今，光电产业的结合已经是未来光机电一体化趋势的代表。这一结合最 与我们息息相关的就是光控走廊灯的使用。我们经常可以看到，每天傍晚，当 天色较暗，走廊灯灯便自动点亮；每到清晨，当太阳照亮整个走廊时，走廊灯 就自动熄灭。其实，实现这些功能的并不是哪位辛勤的街道管理者，而是光电 器件的杰作。其中，其主要作用的，就是光敏电阻的使用。