燈光轉(zhuǎn)換電路

1、傳感器課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)傳感器課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)課題名稱課題名稱 燈光亮度自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路燈光亮度自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路姓姓 名名學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 院、系、院、系、部部電氣工程系電氣工程系專專 業(yè)業(yè)電氣工程將及其自動(dòng)化電氣工程將及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師楊新霞楊新霞20132013 年年 7 7 月月 3 3 日日20102010級(jí)傳感器級(jí)傳感器課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 目錄第 1 章設(shè)計(jì)目的.1第 2 章設(shè)計(jì)要求.1第 3 章硬件電路設(shè)計(jì).13.1 基本原理 .13.2基本原理框圖.23.3 工作原理 .23.4 單元電路設(shè)計(jì)分析 .23.4.1 概述 .23.4.2器件介紹.3第 4 章仿真.5第 5 章設(shè)計(jì)總結(jié).6參考文獻(xiàn)

2、.71第 1 章設(shè)計(jì)目的 當(dāng)夜晚行車(chē)遠(yuǎn)光燈打開(kāi)時(shí)，若前方有相對(duì)行駛車(chē)輛，則駕駛員通常會(huì)將遠(yuǎn)光變?yōu)榻?，避免?duì)面車(chē)輛因受強(qiáng)光照射而無(wú)法正確判斷前面路段情況，造成危險(xiǎn)的情況。但在傳統(tǒng)方式下，駕駛員手動(dòng)調(diào)光所需延遲時(shí)間較長(zhǎng)，并且駕駛員因頻繁手動(dòng)調(diào)光容易造成注意力分散，極易因此而引發(fā)交通事故。為了人身的安全以及駕駛員的舒適駕駛，設(shè)計(jì)構(gòu)思了一種汽車(chē)遠(yuǎn)近燈自動(dòng)控制系統(tǒng)。第 2 章設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)汽車(chē)燈自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)電路，用光敏傳感器實(shí)現(xiàn)自控，能在對(duì)面行駛車(chē)輛光照時(shí)自動(dòng)切換到近光燈，無(wú)光照時(shí)又自動(dòng)切換到遠(yuǎn)光燈。(1)利用光敏三極管作為光敏傳感器，555 作為滯后比較器來(lái)設(shè)計(jì)電路。 (2)當(dāng)光線強(qiáng)時(shí)，555 的

3、輸出跳變，當(dāng)光線暗到一定程度時(shí)，555 發(fā)生跳變。第 3 章硬件電路設(shè)計(jì)3.1基本原理燈光亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)電路，它主要是通過(guò)光敏二極管的光電耦合作用來(lái)控制晶體管集電極電流的大小,即控制電容充電的快慢,也就控制了單結(jié)晶體管的導(dǎo)通時(shí)刻,即改變電燈兩端的電壓,使燈光亮度得到調(diào)節(jié)當(dāng)光線較強(qiáng)時(shí),光敏二極管的集電極電流減小,電容充電放慢,單結(jié)晶管導(dǎo)通時(shí)刻后移,控制角增大,電燈兩端電壓減小,則燈光亮度減弱.當(dāng)光線較弱時(shí),情況相反。 這一電路能根據(jù)外界光線的強(qiáng)弱來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光亮度。設(shè)計(jì)思想就是通過(guò)光敏三極管的特性，利用 555 定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器來(lái)控制繼電器的關(guān)斷與閉合，使路燈亮滅。 3.2基本原理框圖基本

4、原理圖如圖 3-1 所示2圖 3-1基本框圖3.3工作原理當(dāng)被面對(duì)行駛車(chē)輛的燈光照射時(shí)，傳感器接受的信號(hào)呈低阻狀態(tài)，單向晶閘管導(dǎo)通,近光燈亮，遠(yuǎn)光燈滅；反之，遠(yuǎn)光燈亮，近光燈滅。3.4單元電路設(shè)計(jì)分析3.4.1 概述設(shè)計(jì)思想就是通過(guò)光敏三極管的特性，利用 555 定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器來(lái)控制繼電器的關(guān)斷與閉合，使路燈亮滅。 施密特觸發(fā)器是一種整形電路，它能將邊沿變化緩慢的電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖。與普通觸發(fā)器相比，它有以下特點(diǎn)： （1）具有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，但沒(méi)有記憶作用，輸出狀態(tài)需要相應(yīng)的輸入電壓來(lái)維持。 （2）屬于電平觸發(fā)，能對(duì)變化緩慢的輸入信號(hào)作出響應(yīng)，只要輸入信號(hào)達(dá)到某一額定值

5、，輸出即發(fā)生翻轉(zhuǎn)。 （3）具有回差特性，電路對(duì)從低電平上升和從高電平下降的輸入信號(hào)具有不同的閾值電壓，這種回差特性使其具有較強(qiáng)的抗干擾能力。利用 555 定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器，當(dāng)有光時(shí)，輸出產(chǎn)生低電平，使 PNP 三極管導(dǎo)通，點(diǎn)亮近光燈；利用 555 定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器，當(dāng)在無(wú)光時(shí)，輸出產(chǎn)生高電平，使 NPN 三極管導(dǎo)通，遠(yuǎn)光燈亮。3光電轉(zhuǎn)換路就是按照光敏三極管有光或無(wú)光時(shí)，呈現(xiàn)低阻或高阻狀態(tài)設(shè)計(jì)的，它采用兩個(gè)電阻分壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。電子開(kāi)關(guān)就是利用三極管正偏飽和導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)來(lái)設(shè)計(jì)的。555 定時(shí)器是一種將模擬電路與數(shù)字電路的功能巧妙結(jié)合在一起的多用途單片集成電路。施密特觸發(fā)器是一種整形電

6、路，它能將邊沿變化緩慢的電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖。與普通觸發(fā)器相比，它有以下特點(diǎn)。具有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，但沒(méi)有記憶作用，輸出狀態(tài)需要相應(yīng)的輸入電壓來(lái)維持。屬于電平觸發(fā)，能對(duì)變化緩慢的輸入信號(hào)作出響應(yīng)，只要輸入信號(hào)達(dá)到某一額定值，輸出即發(fā)生翻轉(zhuǎn)。具有回差特性，電路對(duì)從低電平上升和從高電平下降的輸入信號(hào)具有不同的閾值電壓，這種回差特性使其具有較強(qiáng)的抗干擾能力。所以用 555 定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器來(lái)做控制電路。3.4.2器件介紹光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時(shí)也受光輻射的控制。 通?；鶚O不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用于

7、溫度補(bǔ)償和附加控制等作用。 光敏三極管又稱光電三極管，它是一種光電轉(zhuǎn)換器件，其基本原理是光照到 P-N 結(jié)上時(shí)，吸收光能并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。?dāng)光敏三極管加上反向電壓時(shí)，管子中的反向電流隨著光照強(qiáng)度的改變而改變，光照強(qiáng)度越大，反向電流越大，大多數(shù)都工作在這種狀態(tài)。當(dāng)具有光敏特性的PN 結(jié)受到光輻射時(shí)，形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個(gè)放大了相當(dāng)于 倍的信號(hào)電流。不同材料制成的光敏三極管具有不同的光譜特性，與光敏二極管相比，具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度。當(dāng)具有光敏特性的 PN 結(jié)受到光輻射時(shí)，形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極

8、回路中得到一個(gè)放大了相當(dāng)于 倍的信號(hào)電流。不同材料制成的光敏三極管具有不同的光譜特性，與光敏二極管相比，具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度。晶體三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的 PN 結(jié)，兩個(gè) PN 結(jié)把正塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP 和 NPN 兩種，如圖從三個(gè)區(qū)引出相應(yīng)的電極，分別為基極 b 發(fā)射極 e 和集電極c。發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的 PN 結(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之間的 PN 結(jié)叫集電極。基區(qū)很薄，而發(fā)射區(qū)較厚，雜質(zhì)濃度大，PNP 型三極管發(fā)射區(qū)發(fā)射

9、的是空穴，其移動(dòng)方向與電流方向一致，故發(fā)射極箭頭向里；NPN 型三極管發(fā)射區(qū)發(fā)射的是自由4電子，其移動(dòng)方向與電流方向相反，故發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭指向也是 PN 結(jié)在正向電壓下的導(dǎo)通方向。硅晶體三極管和鍺晶體三極管都有PNP 型和 NPN 型兩種類型。雖然重點(diǎn)學(xué)習(xí)了晶體管的放大作用，但是我對(duì)晶體管的開(kāi)關(guān)作用更感興趣。半導(dǎo)體就像一個(gè)開(kāi)關(guān)，可以通過(guò)導(dǎo)通與截止來(lái)控制電路。光敏晶體管就是一種重要的衍生物。視覺(jué)是人體最重要的感覺(jué)，因此，我覺(jué)得通過(guò)光來(lái)控制電路真是太精妙了，而光敏的二極管三極管恰好就完成這個(gè)任務(wù)。因?yàn)楣饷羧龢O管由于還具有放大作用，因此應(yīng)用比二極管更加廣泛。 555 定時(shí)

10、器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。555 定時(shí)器是一種將模擬電路與數(shù)字電路的功能巧妙結(jié)合在一起的多用途單片集成電路。施密特觸發(fā)器是一種整形電路，它能將邊沿變化緩慢的電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖。與普通觸發(fā)器相比，它有以下特點(diǎn)。具有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，但沒(méi)有記憶作用，輸出狀態(tài)需要相應(yīng)的輸入電壓來(lái)維持。屬于電平觸發(fā)，能對(duì)變化緩慢的輸入信號(hào)作出響應(yīng)，只要輸入信號(hào)達(dá)到某一額定值，輸出即發(fā)生翻轉(zhuǎn)。具有回差特性，電路對(duì)從低電平上升和從高電平下降的輸入信號(hào)

11、具有不同的閾值電壓，這種回差特性使其具有較強(qiáng)的抗干擾能力。所以用 555 定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器來(lái)做控制電路。555 引腳圖介紹如圖 3-2 所示圖 3-2555 定時(shí)器引腳圖51 地 GND 2 觸發(fā) 3 輸出 4 復(fù)位 5 控制電壓 6 門(mén)限(閾值） 7 放電 8 電源電壓 Vcc第 4 章仿真仿真電路圖如圖 4-1 所示圖 4-1總電路圖當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，相當(dāng)于有光照射。當(dāng)有光照射的情況下，光敏三極管導(dǎo)通，使觸發(fā)器的輸入端為高電平，輸出低電平，控制指示燈 D2 亮如圖 4-2 所示。6圖 4-2 近光燈亮當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，相當(dāng)于無(wú)光照射。當(dāng)無(wú)光照射的情況下，使觸發(fā)器的輸入端為低電平，輸出高電平，

12、遠(yuǎn)光燈路燈亮，控制指示燈 D1 亮如圖 4-3 所示。圖 4-3 遠(yuǎn)光燈亮第 5 章設(shè)計(jì)總結(jié)7此次的課程設(shè)計(jì)使我感受最多的還是自己的實(shí)踐動(dòng)手能力不太好，而且對(duì)學(xué)過(guò)的知識(shí)的運(yùn)用還不太熟，學(xué)過(guò)的東西不知道該怎么應(yīng)用，不可避免地遇到了不少的問(wèn)題。但是正是因?yàn)檫@些使我學(xué)會(huì)了自己去思考怎樣分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，鍛煉了自己動(dòng)腦、動(dòng)手的積極性，同時(shí)也是對(duì)學(xué)過(guò)的知識(shí)的一種復(fù)習(xí)和加深，知道了如何運(yùn)用已學(xué)過(guò)的知道來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，如對(duì)路燈控制器的工作原理及工作特點(diǎn)都有了進(jìn)一步的了解，并對(duì)有關(guān)的知識(shí)有了更進(jìn)一步的掌握，對(duì)它的性能和特點(diǎn)也有了更全面的把握，明白了很多關(guān)于它的很多理論和實(shí)踐知識(shí)，其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作性能穩(wěn)定，功能容易實(shí)現(xiàn)，其可用常用的電子元器件構(gòu)成，因此成本較低。在此基礎(chǔ)上也確實(shí)存在著一些間題與不足，比如負(fù)載的性能穩(wěn)定問(wèn)題，光敏電阻的敏感性問(wèn)題，還有聲控電路的聲音感應(yīng)敏感性問(wèn)題，電路識(shí)別能力導(dǎo)致的誤操作問(wèn)題但總體上還是比較簡(jiǎn)單實(shí)用的?？傊?，這次的課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多東西，牢記了很多東西。體會(huì)到理論到實(shí)踐有很大的距離，從理論到實(shí)踐是一次質(zhì)的跨越，只有把理論運(yùn)用到實(shí)際中，才能體現(xiàn)出知識(shí)的作用和價(jià)值。參考文獻(xiàn)1胡向東，劉京成，余成波傳感器與檢測(cè)技術(shù)M機(jī)械