光電檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)

1、光電檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目: 光控自動(dòng)窗簾課程設(shè)計(jì) 姓 名： 張仕偉 亓勇 夏克剛 羅增生 專 業(yè)： 電子科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí)： 12級(jí)2班 學(xué) 號(hào)： 1886120234 1886120217 1886120228 1886120214 任課老師： 何恩節(jié) 摘要 本文設(shè)計(jì)一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的光控自動(dòng)窗簾，它是根據(jù)周圍環(huán)境的亮度來實(shí)現(xiàn)窗簾的自動(dòng)開、關(guān)的，它包括光感應(yīng)電路，電機(jī)正、反轉(zhuǎn)電路，自動(dòng)停轉(zhuǎn)電路。 光感應(yīng)電路是由一個(gè)光敏電阻組成，由于繪制電路圖的軟件Multisim10沒有光敏元件，電路圖的光敏電阻是用可變電阻R3組成的，將R3阻值調(diào)到5%代表光電阻約為25k，調(diào)到100%代表暗電阻約

2、為500k（真正的暗電阻一般在幾M）。其中R4為室外光敏電阻用來與R3形成對(duì)比，來調(diào)節(jié)光亮度從而控制窗簾的關(guān)開時(shí)間。控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制電路由兩片電壓比較放大器LM339N集成運(yùn)放組成的。1. 題目要求與方法論證1.1設(shè)計(jì)題題目 光控自動(dòng)窗簾 生活在提高,時(shí)代在進(jìn)步,人類在向文明邁進(jìn),不同的時(shí)代對(duì)居住空間、環(huán)境有不同的要求,這是社會(huì)的必然潮流。單片機(jī)控制的自動(dòng)窗簾系統(tǒng),既能解決每天手拉開和關(guān)上窗簾的不便,又顯示出了生活的檔次,同時(shí)還可以根據(jù)光線的明暗來自動(dòng)控制窗簾的開關(guān),以調(diào)節(jié)室內(nèi)的光線,更進(jìn)一步地滿足了人們的享受要求。所以該產(chǎn)品能形成大規(guī)模生產(chǎn),很快會(huì)普及全國(guó)市場(chǎng),產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益；另外，

3、除了廣大市民住宅使用外,該光控窗簾系統(tǒng)還可以廣泛應(yīng)用于別墅、公寓、賓館、飯店、寫字樓、歌舞廳、影劇院、會(huì)議廳、銀行、學(xué)校、醫(yī)院等各種公共場(chǎng)所,因此該產(chǎn)品具有廣闊的市場(chǎng)前景。1.2題目要求 設(shè)計(jì)電路控制發(fā)動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)當(dāng)光強(qiáng)較強(qiáng)（早上）時(shí)窗簾自動(dòng)開啟，光強(qiáng)較弱（傍晚）時(shí)，窗簾自動(dòng)關(guān)閉。發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間可調(diào)節(jié)。同時(shí)窗簾可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行手動(dòng)控制。1.3 方案論證 .設(shè)計(jì)分析 要實(shí)現(xiàn)白天拉開，晚上拉合，需要一只光敏電阻與兩片集成電壓比較器配合使用。另外，要實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制功能，可以設(shè)置兩只電阻，一只與光敏電阻的光電阻阻值相近，另一只與光敏電阻的暗電阻阻值相近。.總體框圖自動(dòng)停轉(zhuǎn)電路電機(jī)反轉(zhuǎn)電路電

4、機(jī)正轉(zhuǎn)電路光感應(yīng)電路 電源電路 圖1.簡(jiǎn)易窗簾自動(dòng)開閉電路的總體框圖.感光電路 該電路中感光電路主要由一個(gè)光敏電阻組成。光敏電阻與碳膜電阻和金屬膜電阻不同，它對(duì)光的變化非常敏感，在光的照射下，阻值會(huì)明顯變小，所以腳它光電導(dǎo)器件。制作光敏電阻的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、硫化鎘等，常見的對(duì)可見光敏感的是硫化鎘光敏電阻。光敏電阻的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它是在陶瓷基片上積淀一層光敏半導(dǎo)體，再接上兩根引出電極組成的。 該電路中的 R3選用硫化鎘光敏電阻（電路圖中用可變電阻代替）。圖2.感光電路.控制電路控制電路由兩片電壓運(yùn)算放大器LM339N組成，電路如下：圖3.控制電路當(dāng)Va= Vb時(shí)，Vc，電機(jī)不工作。當(dāng)Va>

5、 Vb時(shí)，Vc>，電機(jī)正轉(zhuǎn)，窗簾拉合。當(dāng)Va<Vb時(shí)，Vc<，電機(jī)反轉(zhuǎn)，窗簾拉開。.手動(dòng)控制電路圖4.手動(dòng)控制電路如圖4斷開開關(guān)J4可以關(guān)閉自動(dòng)開合功能，這時(shí)閉合J3相當(dāng)于光敏電阻處于光電阻狀態(tài)，窗簾拉開;閉合開關(guān)J5相當(dāng)于光敏電阻處于暗電阻狀態(tài)，窗簾拉合。二 電子線路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1 Multisim仿真電路設(shè)計(jì)圖 圖5.光控自動(dòng)窗簾的總電路設(shè)計(jì)2.2 光控自動(dòng)窗簾的電路工作原理 如圖5所示，該光控自動(dòng)窗簾電路采用兩片LM339N集成塊作為主要控制元件，R6與R7為其上拉電阻。光敏電阻器R3與R1、R2、R4構(gòu)成光感應(yīng)電路。J1與J2為自動(dòng)停轉(zhuǎn)開關(guān)。首先可以調(diào)節(jié)R4來調(diào)整光

6、照強(qiáng)度臨界點(diǎn)，在臨界點(diǎn)下a、b兩點(diǎn)的電位相等從而使c、d兩點(diǎn)的電位相等電機(jī)M不工作。在清晨，環(huán)境光線較強(qiáng)，光敏電阻器R3呈低阻值狀態(tài)，使a點(diǎn)電平比b點(diǎn)電位低，使U1A輸出低電平，U2A輸出高電平，即Vc<，電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)窗簾拉合。當(dāng)窗簾拉合到位后，滑動(dòng)觸頭開關(guān)J2被觸動(dòng)而接通，使Vc，電動(dòng)機(jī)M停轉(zhuǎn)。當(dāng)夜幕降臨時(shí)環(huán)境光線較弱，光敏電阻器R的阻值變大，Vc>d，電機(jī)M反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)窗簾拉開。當(dāng)窗簾拉和到位后，滑動(dòng)觸頭來關(guān)J1被接通，使Vc=d=0，電動(dòng)機(jī)M停轉(zhuǎn)。2.3仿真與調(diào)試本次設(shè)計(jì)是利用Multisim10中的數(shù)字萬用表測(cè)量不同光照下電機(jī)兩端的電壓進(jìn)而判斷電機(jī)的工作情況來進(jìn)行仿真的

7、。調(diào)節(jié)可變電阻R3的阻值來模仿光敏電阻在不同光照情況下的阻值。.在光照強(qiáng)度臨界點(diǎn)下的仿真（使R3=R4），在此情況下電機(jī)兩端的電壓很小，電流接近于0，電機(jī)不工作。如下圖所示：圖6.光照臨界點(diǎn)情況.在光照較強(qiáng)時(shí)的仿真（將R3調(diào)為5%），在此情況下電機(jī)正轉(zhuǎn)。如下圖所示：圖7.光照情況下.在光弱時(shí)的仿真（將R3調(diào)為100%），再次情況下電機(jī)反轉(zhuǎn)。如下圖所示:圖8.光弱情況下由于Multism中的電機(jī)為虛擬的，在實(shí)際情況下可以在電機(jī)兩端各接入一個(gè)相應(yīng)集成運(yùn)放以及改變LM339的上拉電阻來得到我們想要的的電壓，在這里只是對(duì)電機(jī)兩端的電壓及經(jīng)過其的電流進(jìn)行分析以此來判斷電機(jī)的工作情況。三 元器件基本原理3

8、.1光敏電阻器 光敏電阻器又稱光導(dǎo)管，特性是在特定光的照射下，其阻值迅速減小，可用于檢測(cè)可見光。 光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時(shí)，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子空穴對(duì)，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強(qiáng)。根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：紫外光敏電阻器：對(duì)紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于探測(cè)紫外線。紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化

9、鉛。銻化銦等光敏電阻器，廣泛用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、天文探測(cè)、非接觸測(cè)量、人體病變探測(cè)、紅外光譜，紅外通信等國(guó)防、科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中?？梢姽夤饷綦娮杵鳎喊ㄎ⒘蚧k、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動(dòng)開關(guān)門戶，航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動(dòng)亮滅，自動(dòng)給水和自動(dòng)停水裝置，機(jī)械上的自動(dòng)保護(hù)裝置和 “位置檢測(cè)器”，極薄零件的厚度檢測(cè)器，照相機(jī)自動(dòng)曝光裝置，光電計(jì)數(shù)器，煙霧報(bào)警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。3.2 LM339N集成塊LM339集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，該電壓比較器特點(diǎn)是：.失調(diào)電壓小，典型值為2mV；.電源電壓范圍寬，單電源為23

10、6V，雙電源電壓為±1V±18V；.對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬；.共模范圍很大，為0（Ucc-1.5V）Vo；.差動(dòng)輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；.輸出端電位可靈活方便地選用。 LM339集成塊采用C-14型封裝，圖1為外型及管腳排列圖。由于LM339使用靈活，應(yīng)用廣泛，所以世界上各大IC生產(chǎn)廠、公司竟相推出自己的四比較器，如IR2339、ANI339、SF339等，它們的參數(shù)基本一致，可互換使用。 圖9.LM399引腳圖LM339類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個(gè)稱為反相

11、輸入端，用“-”表示。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把LM339用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選3-15K）。選不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值。因?yàn)?/p>

12、當(dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。 四 總結(jié)與體會(huì) 有了大一大二做的課程設(shè)計(jì)及數(shù)字電路知識(shí)基礎(chǔ)，這次開放性實(shí)驗(yàn)沒有想象中的那么艱難。 這次實(shí)驗(yàn)從器材到方案完全自己完成，所以對(duì)我來說是個(gè)不小的挑戰(zhàn)。確定方案之后，通過計(jì)算，器件的參數(shù)確定。但對(duì)于器件選擇來說，并不是電阻阻值、電容容量那么簡(jiǎn)單，必須考慮器件材料、工作電流額定電壓等很多方面，讓我受益匪淺。設(shè)計(jì)的電路原理比較簡(jiǎn)單，相對(duì)麻煩的就是確定方案后布線并測(cè)驗(yàn)的過程。在面包板上布線，讓我學(xué)會(huì)了細(xì)心與謹(jǐn)慎。由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間比自由，讓我們有更充分的時(shí)間準(zhǔn)備，但這同時(shí)也暴露了同學(xué)們的很大的一個(gè)缺點(diǎn)，就是自主性不夠。總是覺得時(shí)間充裕，想把事情留到明天，最后還是急急忙忙手工。我認(rèn)為這是一個(gè)非常不好的習(xí)慣，在今后的學(xué)習(xí)或工作過程中，我會(huì)努力克制?？?/p>