长延时光控开关电路的设计

第1章概述1.1光电检测技术的简介光电检测技术是光电信息技术的主要技术之一，它主要包括光电变换技术、光信息获取与光信息测量技术以及测量信息的光电处理技术等。如用光电方法实现各种物理量的测量，微光、弱光测量，红外测量，光扫描、光跟踪测量，激光测量，光纤测量，图象像测量等。光电检测技术将光学技术与电子技术相结合实现对各种量的测量，他具有如下特点:(1)高精度。光电测量的精度是各种测量技术中精度最高的一种。如用激光干涉法测量长度的精度可达0.05μm/m；光栅莫尔条纹法测角可达到；用激光测距法测量地球与月球之间距离的分辨力可达到1m。(2)高速度。光电测量以光为媒介，而光是各种物质中传播速度最快的，无疑用光学方法获取和传递信息是最快的。(3)远距离、大量程。光是最便于远距离粗寒痹的介质，尤其适用于遥控和遥测，如武器制导、光电跟踪、电视遥测等。(4)非接触测量。光照到被测物体上可以认为是没有测量力的，因此也无摩擦，可以实现动态测量，是各种测量方法中效率最高的一种。(5)寿命长。在理论上光波是永不磨损的，只要复现性做得好，可以永久的使用。(6)具有很强的信息处理和运算能力，可将复杂信息并行处理。用光电方法还便于信息的控制和存储，易于实现自动化，，易于与计算机连接，易于实现只能化。光电测试技术是现代科学、国家现代化建设和人民生活中不可缺少的新技术，是机、光、电、计算机相结合的新技术，是最具有潜力的信息技术之一。本论文主要阐述了应用光敏电阻，HTD，与非门等器件，设计长延时光控开关电路，实现当有声音开始照明3-5分钟的声光控制。1.2课题作用、实用价值该开关应用电子技术,采用集成电路及很少的分立元器件,集声控、光控、延时等于一体,具有可靠性高、耐用性强、耗电少,延长灯泡寿命等特点,是楼道、走廊、厕所等公共场所照明灯自动控制的节能开关。使用本开关,在天黑或光线较暗的场合,只要有声音(脚步声、击掌声、说话声或咳嗽声等),均会使电灯自动点亮,经一段延时后(延时时间可调),自动熄灭,在白天或光线较强的场合,不受任何声音影响,从而做到人来灯亮,人走灯灭。第2章基本原理与总体设计2.1光敏电阻的主要工作原理光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。还有另一种入射光弱，电阻减小，入射光强，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。图2.1光敏电阻光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到一定波长的光线照射时，电流就会随光强的增大而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少2.2光控调光电路的分析图2.3是一种典型的光控调光电路，其工作原理是：当周围光线变弱时引起光敏电阻的阻值增加，使加在电容C上的分压上升，进而使可控硅的导通角增大，达到增大照明灯两端电压的目的。反之，若周围的光线图2.3变亮，则GR的阻值下降，导致可控硅的导通角变小，照明灯两端电压也同时下降，使灯光变暗，从而实现对灯光照度的控制。0.02CGR1R2RL图2.3光控调光电路~220V电极电极光敏电阻电源图2.2光敏电阻工作原理图光照2.3长延时光控开关电路的工作原理框图电路中的主要元器件是使用了数字集成电路4011CD，其内部含有4个独立的与非门14VDVD，使电路结构简单，工作可靠性高。所谓声光控延时开关就是用声音来控制开关的“开启，若干分钟后延时开关“自动关闭。因此，整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的开动作。明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元，由此可画出图2.3所示的方框图。检音模块:当驻极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压，然后使电容有电流通过，并输入到放大模块的三极管的基极。如果没有声音信号则电流被电容阻隔，又因为电阻很大，所以流入三极管基极的电流很小。放大模块:当外界电流不提供电源时，也就是仅由R2提供三极管基极电源时，因为电流比较微小，且三极管是一个电流控制元件，所以微小的电流不能够驱动三极管工作。因此只有在外界电流提供一定大的电流时三极管才能正常工作，并通过其内部构造将电流放大β倍，再通过集电极把电流传输到集成芯片。感光模块：光敏电阻的特性就是它的阻值大小由光照强弱所决定。当外部光照较强时电阻阻值比较小，当光强较弱时电阻阻值较大。长延时光控开关电路的设计。控制门模块：控制门模块有两个与非门组成。与非门的特点是只有两端都输入高电检音BM放大VT感光RGBM控制门D1整形D2延时R8、C3二级整形D3、D4电子开关T照明灯图2.4长延时光控开关电路的功能方框图位时输出地才是低电位，其他情况下输出的都是高电位。整形模块：整形模块由二极管组成。二极管的最重要特征就是它具有单向导电性。延时模块：延时模块由电阻和电容组成。第3章长延时光控开关电路的设计3.1设计内容设计并制作一个声光控延时开关电路。通过四个与非门和单向可控硅实现只有在光照较弱并且有声音的时候照明灯才会亮此时指示灯不亮，其他情况下指示灯亮，照明灯不亮。并且通过电容的充放电实现照明灯的延迟效果，并且保持照明灯35min左右。3.2整体电路图图3.1长延时声光控开关电路声音信号(脚步声、掌声等)由驻极体话筒BM接收并转换成电信号，经1C耦合到VT的基极进行电压放大，放大的信号送到与非门(VD1)的2脚，4R、7R是VT偏置电阻，2C是电源滤波电容。&&&&~220VF10.5AVccLED75(1/2)kW1R2R1M3R180k5R150kVD4VD2VD5VD3L5C1C74RC3CHTD6RGRVQ14RL8R为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻GR等元件组成光控电路，5Rr5和GR组成串联分压电路，夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，GR两端的电压高，即为高电平间83t2RC，改变8R或3C的值，可改变延时时间，满足不同目的。VD3和VD4构成两级整形电路，将方波信号进行整形。当3C充电到一定电平时，信号经与非门VD3、VD4后输出为高电平，使单向可控硅导通，电子开关闭合；3C充满电后只向8R放电，当放电到一定电平时，经与非门VD3、VD4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关断开，完成一次完整的电子开关由开到关的过程。二极管VD1～VD4将交流220V进行桥式整流，变成脉动直流电，又经1R降压，2C滤波后即为电路的直流电源，为BM、VT、IC等供电。3.3电路中各元件参数元器件选择IC1（从右到左、从上到下依次是IC1-A、IC1-B、IC1-C、IC1-D）要选用双输入四与非门TC4011。RG为光敏电阻，亮电阻阻值与暗电阻阻值相差越大效果越好。电阻采用1／8W碳膜电阻。电解电容耐压为16V，5C应选用性能好、漏电电阻值大的电解电容。表3.1电路中各元件参数元件名称序号型号/参数数量碳膜电阻R1RT-1/2W、75KΩ±5%1碳膜电阻R2RT-1/8W、1MΩ±5%1碳膜电阻R3RT-1/8W、180KΩ±5%1碳膜电阻R4RT-1/8W、120Ω±5%1碳膜电阻R5RT-1/8W、150KΩ±5%1碳膜电阻R6RT-1/8W、180KΩ±5%1碳膜电阻R7RT-1/8W、1.2MΩ±5%1碳膜电阻R8RT-1/8W、120KΩ±5%1VD1～VD5二极管1N40075元件名称序号型号/参数数量VT三极管S90121RG光敏电阻MG45-5KΩ1BM驻极体话筒CZN171CD4011集成芯片CD4011BCN1C1电容100µ1C2电容1041C3电容10001C4电容10µ1C5电容100µ1L灯泡60W1第4章结论本次设计的长延时光控开关电路基本实现了延时、光控、声控的功能，内容涉及光敏电阻，HTD，继电器以及电路设计等多方面的知识，整个电路设计完成后达到了预期的效果，系统工作比较稳定。该电路的主要价值体现在用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。改进后可以达到：在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点。由于自身专业知识有限，因此设计中还有或多或少的不足之处,比如说发现自己对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。课程设计的这段时间我确实受益匪浅，不仅提升了我的实践能力，更重要的是我的专业知识又有了很大的进步。参考文献[1]康树林，汪斌.声光控延时开关性能分析[J]。科技资讯，2009,（31）.[2]郭琼.声光控延时开关的制作[J]。考试周刊，2011,（63）.[3]叶永茂.声光控延时节电开关[J]。电子科技，2000,（03）.[4]赵阳.声光控延时开关电路的设计与制作[J]。电子制作，2007,（10）.[5]陈有卿编著.新颖集成电路制作精选[M].人民邮电出版社,2005.4.[6]陈振官,陈宏威等编著.光电子电路制作实例[M].2006.4.[7]黄继昌等编著.检测专用集成电路及应用[M].2006.10.东北石油大学课程设计成绩评价表课程名称光电检测技术题目名称长延时光控开关电路的设计学生姓名安妮学号110901340105指导教师姓名职称序号评价项目指标满分评分1工作量、工作态度和出勤率按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。202课程设计质量课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。453创新工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。54答辩能正确回答指导教师所提出的问题。30总分评语：指导教师：年月日