課程設(shè)計(jì)---室內(nèi)環(huán)境亮度監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)要求1</b></p><p><b>　　2總體設(shè)計(jì)1</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)分

2、析1</b></p><p><b>　　2.2總體框圖2</b></p><p>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).............................................2</p><p><b>　　3.1感光電路3</b></p><p>　　3.2控制

3、電路...........................................3</p><p>　　3.3 手控制電路........................................3</p><p>　　3.4 總體框圖..........................................4</p><p>　　4 仿真

4、及調(diào)試........................................5</p><p>　　5 元器件基本原理..........................................7</p><p>　　5.1光敏電阻器.........................................7</p><p>　　5.2 L

5、M339N集成塊......................................8</p><p><b>　　6參考資料9</b></p><p>　　室內(nèi)環(huán)境亮度監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　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)

6、周圍環(huán)境的亮度來(lái)實(shí)現(xiàn)窗簾的自動(dòng)開(kāi)、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。</p><p>　　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(méi)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25kΩ，調(diào)到100%代表暗電阻約為500kΩ（真正的暗電阻一般在幾MΩ）。</p><p>　　控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制電路

7、由兩片LM339N集成運(yùn)放組成的。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】光控 LM339N 自動(dòng)停轉(zhuǎn)電路</p><p><b>　　1設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　?。?）白天室內(nèi)需要陽(yáng)光照明，窗簾自動(dòng)拉開(kāi)。</p><p>　?。?）晚上窗簾自動(dòng)拉合。</p><p>　?。?）設(shè)置兩個(gè)手動(dòng)

8、開(kāi)關(guān)，打到一個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)窗簾拉開(kāi)，打到另一個(gè)開(kāi)關(guān)窗簾拉合。</p><p><b>　　2總體設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)分析</b></p><p>　　要實(shí)現(xiàn)白天拉開(kāi)，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。</p><p>　　要實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制功能，可以設(shè)置兩

9、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。</p><p><b>　　2.2總體框圖  </b></p><p>　　其基本設(shè)計(jì)框架圖如下</p><p>　　圖1.1簡(jiǎn)易窗簾自動(dòng)開(kāi)閉電路的總體框圖</p><p><b>　　3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b><

10、;/p><p><b>　　3.1 感光電路</b></p><p>　　該電路中感光電路主要由一個(gè)光敏電阻組成。</p><p>　　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。</p><p>　　制作光敏電阻的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、硫化鎘等，常見(jiàn)的對(duì)可見(jiàn)光敏

11、感的是硫化鎘光敏電阻。</p><p>　　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）。</p><p><b>　　圖3-1感光電路</b></p><p><b>　　3.2 控制電路</b></p>&

12、lt;p>　　控制電路由兩片LM339N集成運(yùn)放組成。如下圖：</p><p><b>　　圖3-2控制電路</b></p><p>　　當(dāng)Va= Vb時(shí)，Vc＝Ｖｄ，電機(jī)不工作。</p><p>　　當(dāng)Va> Vb時(shí)，Vc>Ｖｄ，電機(jī)正轉(zhuǎn)，窗簾拉合。</p><p>　　當(dāng)Va<Vb時(shí)，Vc&l

13、t;Ｖｄ，電機(jī)反轉(zhuǎn)，窗簾拉開(kāi)。</p><p><b>　　3.3手動(dòng)控制電路</b></p><p><b>　　電路圖如圖3-3。</b></p><p>　　圖3-3 手動(dòng)控制電路</p><p>　　如圖3-3斷開(kāi)開(kāi)關(guān)J4可以關(guān)閉自動(dòng)開(kāi)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

14、開(kāi);閉合開(kāi)關(guān)J5相當(dāng)于光敏電阻處于暗電阻狀態(tài)，窗簾拉合。</p><p><b>　　3.4總體框圖</b></p><p>　　圖3-4光控自動(dòng)窗簾的電路圖</p><p>　　光控自動(dòng)窗簾的電路工作原理：</p><p>　　如圖3-4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

15、上拉電阻。</p><p>　　光敏電阻器R3與R1、R2、R4構(gòu)成光感應(yīng)電路。</p><p>　　J1與J2為自動(dòng)停轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)。</p><p>　　首先可以調(diào)節(jié)R4來(lái)調(diào)整光照強(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。</p><p>　　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

16、點(diǎn)電位低，使U1A輸出低電平，U2A輸出高電平，即Vc<Ｖｄ，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(kāi)關(guān)J2被觸動(dòng)而接通，使Vc＝Ｖｄ＝０，電動(dòng)機(jī)M停轉(zhuǎn)。</p><p>　　當(dāng)夜幕降臨時(shí)環(huán)境光線較弱，光敏電阻器R３的阻值變大，Vc>Ｖd，電機(jī)M反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)窗簾拉開(kāi)。當(dāng)窗簾拉和到位后，滑動(dòng)觸頭來(lái)關(guān)J1被接通，使Vc=Ｖd=0，電動(dòng)機(jī)M停轉(zhuǎn)。</p><p><

17、;b>　　4 仿真及調(diào)試</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)是利用Multisim10中的數(shù)字萬(wàn)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(lái)進(jìn)行仿真的。</p><p>　　調(diào)節(jié)可變電阻R3的阻值來(lái)模仿光敏電阻在不同光照情況下的阻值。</p><p>　　1、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

18、接近于0，電機(jī)不工作。如下圖所示：</p><p>　　圖3-1光照臨界點(diǎn)情況下</p><p>　　2、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：</p><p><b>　　, </b></p><p><b>　　圖3-2光亮情況下</b></p>&

19、lt;p>　　3、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:</p><p><b>　　圖3-3光弱情況下</b></p><p>　　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(lái)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(guò)其的電流進(jìn)行分析以此來(lái)判斷電機(jī)

20、的工作情況。</p><p><b>　　5 元器件基本原理</b></p><p><b>　　5.1光敏電阻器</b></p><p>　　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(jiàn)光。 </p><p>　　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

21、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)。</p><p>　　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，

22、用于探測(cè)紫外線。</p><p>　　紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。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?jiàn)光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、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(kāi)關(guān)門(mén)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

23、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。</p><p>　　光敏電阻器及其類型、主要參數(shù)</p><p>　　文字符號(hào)： “RL”、“ RG”或“R”結(jié)構(gòu)——通常由光敏層、玻璃基片（或樹(shù)枝防潮膜）和電極等組成的特性——光敏電阻器是利用半導(dǎo)體光電導(dǎo)效應(yīng)制成的一種特殊電阻器，對(duì)光線十分敏感，它的電阻值能隨著外界光照強(qiáng)弱（

24、明暗）變化而變化。它在無(wú)光照射時(shí)，呈高阻狀態(tài)；當(dāng)有光照射時(shí)，其電阻值迅速減小。</p><p>　　作用與應(yīng)用——廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)控制電路（如自動(dòng)照明燈控制電路、自動(dòng)報(bào)警電路等）、家用電器（如電視機(jī)中的亮度自動(dòng)調(diào)節(jié),照相機(jī)的自動(dòng)曝光控制等）及各種測(cè)量?jī)x器中。</p><p>　　5.2 LM339N集成塊</p><p>　　1、LM339引腳圖與功能簡(jiǎn)介 L

25、M339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：</p><p>　　1）失調(diào)電壓小，典型值為2mV；</p><p>　　2）電源電壓范圍寬，單電源為2-36V，雙電源電壓為±1V-±18V；</p><p>　　3）對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬；</p><p>　　4）共模范圍很大，為0~（Ucc-1.

26、5V）Vo；</p><p>　　5）差動(dòng)輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；</p><p>　　6）輸出端電位可靈活方便地選用。</p><p>　　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

27、，可互換使用。 </p><p>　　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(mén)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(kāi)路。

28、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)楫?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。

29、</p><p><b>　　5 參考資料</b></p><p>　　[1]童詩(shī)白 華成英主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）.北京：高等教育出版社，2006.5</p><p>　　[2]王松武主編.電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)踐（第二版）. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010.5</p><p>　　[3]王冠華主編.Multisim