自動(dòng)調(diào)光臺(tái)燈的設(shè)計(jì)

成績評(píng)定：傳感器技術(shù)

課程設(shè)計(jì)題目自動(dòng)調(diào)光臺(tái)燈的設(shè)計(jì)摘要臺(tái)燈在當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)相當(dāng)普及，它主要用于臥室床頭柜或書房寫字臺(tái)，造型色彩千變?nèi)f化。本課程設(shè)計(jì)的是一種供夜間閱讀和書寫的臺(tái)燈，它可使得周圍書寫區(qū)域的照度免受電源電壓、環(huán)境光變化的影響，使臺(tái)燈周圍的光線保持在人眼適宜的范圍內(nèi)，具有亮度自控制的功能。從而實(shí)現(xiàn)臺(tái)燈的光線可以隨著臺(tái)燈周圍光線的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)自身的亮度。當(dāng)環(huán)境照度弱時(shí)，它發(fā)光亮度大,環(huán)境照度強(qiáng)時(shí)，它發(fā)光亮度就暗，從而起到節(jié)能和保護(hù)眼睛的作用?，F(xiàn)在的臺(tái)燈不僅在功能上日趨向智能化，同時(shí)在外觀上已逐步向組合化、裝飾化、情趣化方向發(fā)展。自動(dòng)調(diào)光臺(tái)燈是自動(dòng)調(diào)節(jié)光照亮度的照明燈具。它通過光敏傳感器來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，是由電源插頭、開關(guān)、燈泡和聚光燈罩構(gòu)成，一般使用220V交流電供電。在上述臺(tái)燈底座的上面設(shè)置一個(gè)光敏傳感器，內(nèi)有光敏電阻，它隨桌面上的亮度變化而變化，從而調(diào)整臺(tái)燈亮度的變化，從而保護(hù)人的眼睛。關(guān)鍵詞：臺(tái)燈自動(dòng)調(diào)光光敏電阻目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、設(shè)計(jì)目的 1\o"CurrentDocument"二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1\o"CurrentDocument"2.1設(shè)計(jì)任務(wù) 1\o"CurrentDocument"2.2設(shè)計(jì)要求 1\o"CurrentDocument"三、設(shè)計(jì)步驟及原理分析 1\o"CurrentDocument"3.1設(shè)計(jì)方法 1\o"CurrentDocument"3.2設(shè)計(jì)步驟 6\o"CurrentDocument"3.3設(shè)計(jì)原理分析 7\o"CurrentDocument"四、課程設(shè)計(jì)小結(jié)與體會(huì) 8\o"CurrentDocument"五、參考文獻(xiàn) 8一、設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)的目的主要是從用戶的實(shí)際需要出發(fā)，設(shè)計(jì)一個(gè)可以自動(dòng)調(diào)光的臺(tái)燈，以保護(hù)人的視力，從而提高實(shí)用價(jià)值，降低成本，并且做到美觀。二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2.1設(shè)計(jì)任務(wù)用光敏電阻制作一個(gè)自動(dòng)調(diào)光臺(tái)燈。使臺(tái)燈的亮度根據(jù)周圍環(huán)境的照度自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)周圍環(huán)境照度較弱，臺(tái)燈亮度增大，反之則減小。2.2設(shè)計(jì)要求1．可工作在常溫、常壓、靜態(tài)、良好的環(huán)境中；2.精度：0.1%FS；3．分辨率：按參考文獻(xiàn)上常用傳感器類比；4．測量范圍：按參考文獻(xiàn)上常用傳感器類比；5．傳感器及其輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；6．?dāng)M定實(shí)施方案,描述設(shè)計(jì)思路；7．詳盡規(guī)劃內(nèi)容。三、設(shè)計(jì)步驟及原理分析3.1設(shè)計(jì)方法（一）檢測光的傳感器稱為光傳感器，通常是指將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種傳感器。用光電傳感器進(jìn)行非電量的測量時(shí)，只需將非電量信號(hào)轉(zhuǎn)化成為光信號(hào)即可。由于光傳感器都具有結(jié)構(gòu)簡單、非接觸性、可靠性高、反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，在軍用及民用中極為廣泛，因此，其種類繁多，常用的光傳感器包括：光敏電阻、光電管、光電倍增管、光敏三極管、太陽能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CMOS圖像傳感器等。它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。光傳感器不只局限于對(duì)光的探測，它還可以作為探測元件組成其他傳感器，對(duì)許多非電量進(jìn)行檢測，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的變化即可。光傳感器是目前產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的傳感器之一，它在自動(dòng)控制和非電量電測技術(shù)中占有非常重要的地位。最簡單的光敏傳感器是光敏電阻，當(dāng)光子沖擊接合處就會(huì)產(chǎn)生電流。圖1光電式傳感器的組成光傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。光電效應(yīng)通常分為內(nèi)光電效應(yīng)外光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。光敏電阻主要是根據(jù)敏感材料CdS、CdSe的內(nèi)光電效應(yīng)（光電導(dǎo)效應(yīng)：高電阻率半導(dǎo)體受光照吸收光子能量后，產(chǎn)生電阻率降低而易于導(dǎo)電的現(xiàn)象）制成的。它是一種物質(zhì)半導(dǎo)體充電器件，它具有靈敏度高、光譜響應(yīng)范圍寬、體積小、重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高，耐沖擊、耐振動(dòng)、抗過載能力強(qiáng)和壽命長等特點(diǎn)。內(nèi)光電效應(yīng)的物理過程是：光照射到半導(dǎo)體材料上，材料中處于

價(jià)帶的電子吸收光子能量，越過禁帶躍入導(dǎo)帶，從而形成自由電子，與此同時(shí)價(jià)帶也會(huì)相應(yīng)地形成自由空穴，即激發(fā)出電子—空穴對(duì)，從而使導(dǎo)電性能增強(qiáng)，光線越強(qiáng)，阻值越低。圖2所示，為了使電子能從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)能級(jí)的躍遷，入射光的能量必須大于光電材料的禁帶寬度Eg，亦即入射光的頻率應(yīng)高于由Eg決定的紅限頻率。hxy=he十九二1.24^九>AEg式中，h為普朗克常數(shù)，y、九分別為入射光的頻率和波長。導(dǎo)帶（自由電于折&能毘）集帶（無電r能帝）怕幣（價(jià)電子所占能帶）圖2半導(dǎo)體能帶圖及內(nèi)光電效應(yīng)5? 60導(dǎo)帶（自由電于折&能毘）集帶（無電r能帝）怕幣（價(jià)電子所占能帶）圖2半導(dǎo)體能帶圖及內(nèi)光電效應(yīng)5? 60v圖3光敏電阻工作原理圖H光電導(dǎo)層-一、J—-絕緣時(shí)底金屬喘U電極黑色絕竦玻璃光電導(dǎo)層-一、J—-絕緣時(shí)底金屬喘U電極黑色絕竦玻璃圖4光敏電阻結(jié)構(gòu)圖光敏電阻的基本特性包括伏安特性、光照特性、光電靈敏度、光譜特性、頻率特性和溫度特性等。1?伏安特性：一定光照下，加在光敏電阻兩端的電壓和光電流之間的關(guān)系曲線，如圖5。2.光照特性：在一定外加電壓下，光敏電阻的光電流I與光通量之間的關(guān)系特性曲線，如圖6。圖5光敏電阻的伏安特性 圖6光敏電阻的光照特性3．光電靈敏度：單位光通量入射時(shí)能輸出的光電流的大小，即r=dI/d①。光照不同，靈敏度也發(fā)生變化。光照增大，靈敏度下降。最大靈敏度是在光敏電阻上加以最大電壓時(shí)，光電流Im與光通量之比值。相對(duì)靈敏度是指在單位外加電壓下，入射單位光通量時(shí)對(duì)應(yīng)的光電流輸出，即K=r/V=I/(V)光譜特性:光敏電阻對(duì)于不同波長的光，其靈敏度不同。圖7光敏電阻的光譜特性頻率特性：光敏電阻具有延時(shí)特性，當(dāng)光敏電阻受到脈沖光照射時(shí)，光電流要經(jīng)過一段時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定值，而在停止光照后，光電流也不會(huì)馬上為零。不同材料的延時(shí)特性不同，它們的頻率特性也不同。圖8為相對(duì)靈敏度與光強(qiáng)變化頻率之間的關(guān)系曲線。4D0 10WOWOO1000&入射址調(diào)制頻率衛(wèi)⑵

圖8光敏電阻的頻率特性光譜溫度特性：隨著溫度變化，光敏電阻的暗電阻和亮電阻都會(huì)發(fā)生變化，光敏電阻受溫度影響大，光譜特性也受到影響。3.2設(shè)計(jì)步驟（一） 自動(dòng)光控臺(tái)燈控制電路的實(shí)體設(shè)計(jì)由底座：軟管、燈罩、照明燈、手動(dòng)亮度調(diào)節(jié)器、和亮度檢測器、所構(gòu)成的亮度自動(dòng)控制臺(tái)燈。其特征在于臺(tái)燈里設(shè)有亮度自動(dòng)控制裝置、亮度控制選擇器、磁性電源開關(guān)。（二） 自動(dòng)臺(tái)燈亮度控制電路光控自動(dòng)調(diào)光臺(tái)燈電路的原理是用臺(tái)燈發(fā)光情況來調(diào)整自己的燈光亮度。開燈之初，燈光處于最暗的擋位，利用開燈后電燈發(fā)出的光線來自行調(diào)整電燈的亮度，形成一種正反饋的調(diào)節(jié)狀態(tài)。隨著電燈發(fā)光強(qiáng)度的增大，對(duì)電路的調(diào)整強(qiáng)度也在增大，直到燈光達(dá)到最高亮度為止。這一種自動(dòng)調(diào)光臺(tái)燈，它有一只光電探頭放在書本附近，可使書本上的照度自動(dòng)調(diào)到合適的數(shù)值，既可減少手動(dòng)調(diào)光的麻煩，又可保護(hù)視力。同時(shí)，它具有穩(wěn)定光照的功能，當(dāng)電源電壓波動(dòng)時(shí)，臺(tái)燈亮度保持不變。如果要像普通調(diào)光臺(tái)燈一樣調(diào)光，只要改變探頭和燈泡的距離即可，使用起來十分有效。這種自動(dòng)調(diào)光電路既可以防止開燈時(shí)的強(qiáng)光對(duì)眼睛的刺激，又可以起到保護(hù)燈泡的作用。3.3設(shè)計(jì)原理分析工作原理：該燈電路原理圖見圖9。當(dāng)開關(guān)S撥向位置2時(shí)，它是一個(gè)普通調(diào)光臺(tái)燈。RP、C和氖泡N組成張弛振蕩器，用來產(chǎn)生脈沖觸發(fā)可控硅VS。一般氖泡輝光導(dǎo)通電壓為60—80V,當(dāng)C充電到輝光（輝光放電是放電等離子體中最常見的一種放電形式）電壓時(shí)，N輝光導(dǎo)通，VS被觸發(fā)導(dǎo)通。調(diào)節(jié)RP能改變C充電速率，從而能改變VS導(dǎo)通角，達(dá)到調(diào)光的目的。R2、R3構(gòu)成分壓器通過VD5也向C充電，改變R2、R3分壓也能改變VS導(dǎo)通角，使燈的亮度發(fā)生變化。當(dāng)S撥向位置1時(shí)，光敏電阻RG取代R3,當(dāng)周圍光線較弱時(shí)，RG呈現(xiàn)高電阻，VD5右端電位升高，電容C充電速率加快，振蕩頻率變高,VS（單向可控硅）導(dǎo)通角增大，電燈兩端電壓升高、亮度就增大。當(dāng)周圍光線增強(qiáng)時(shí)，RG電阻變小，與上述相反，電燈兩端電壓變低，高度減小。HSVD5IN4007NVSIN4007X4VD1-VD4R11DDKRP2D0K22OV-C..0.022u圖HSVD5IN4007NVSIN4007X4VD1-VD4R11DDKRP2D0K22OV-C..0.022u圖9原理圖這個(gè)自動(dòng)調(diào)光臺(tái)燈能根據(jù)周圍環(huán)境照度強(qiáng)弱自動(dòng)調(diào)整臺(tái)燈發(fā)光量。當(dāng)環(huán)境照度弱，它發(fā)光亮度就增大；環(huán)境照度強(qiáng)，發(fā)光亮度就減暗。四、課程設(shè)計(jì)小結(jié)與體會(huì)在選題中感覺這個(gè)課題可查閱的資料挺多，也在生活中經(jīng)常用到，但是現(xiàn)代人對(duì)外觀、智能化的要求越來越高，所以我選擇了自動(dòng)調(diào)光臺(tái)燈的設(shè)計(jì)，不過過程中會(huì)出現(xiàn)很多問題，比如燈泡不亮，不可調(diào)光。由BT33組成的單結(jié)晶體管張弛振蕩器停振，可造成燈泡不亮，不可調(diào)光。可檢測BT33是否損壞，C是否漏電或損壞等。電位器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，燈泡逐漸變暗。這是電位器中心抽頭接錯(cuò)位置所致。調(diào)節(jié)電位器RP至最小位置時(shí)，燈泡突然熄滅?？蓹z測R4的阻值，若R4的實(shí)際阻值太小或短路，則應(yīng)更換R4。以后自動(dòng)調(diào)光臺(tái)燈會(huì)更普遍應(yīng)用于生活中。五、參考文獻(xiàn)童詩白，華成英?模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2001.牛強(qiáng)軍，高峰?基于單片機(jī)的通信系統(tǒng)控制器[J].微計(jì)算機(jī)信息,2004,8:21-22.聶毅，聶輝.植物溫室單片機(jī)控制系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2002,8:36-37.RogerBate,SandyShrum,CMMIntegrationFramework[J],CMU/SEISpotlight1998.9JPKuilboer,NAshrafi,SoftwareProcessandProdutImprovement[J].AnEmpiricalAssessment,2000.4馮民昌