电子技术课程设计报告 题目：光控照明电路
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目录
一、引言 ......................................................................................................................................................... 2
二、总体电路 ................................................................................................................................................. 3
1. 总体电路............................................................................................................................................ 3
2. 工作过程简述 .................................................................................................................................... 4
三、电路工作原理与仿真结果 ..................................................................................................................... 4
1. 电路元器件的工作原理 .................................................................................................................... 4
2. 电路工作原理 .................................................................................................................................... 7
四、结论（后记） ....................................................................................................................................... 13
五、本次课程设计的体会 ........................................................................................................................... 14
六、参考文献 ............................................................................................................................................... 15
一、引言
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当电器照明使得人类活动的时域、空域大为延伸时，人类的文明和一切活动都已离不开照明，然而过量的照明不仅大量消耗量了能源，加重了能源的浪费，而且给环境污染雪上加霜。据统计，世界各国照明用电占总发电量的12% ~ 14% ，因此，照明自然成为节能的重要目标。目前我国照明自控装置的开发水平扔落后于发达国家，另外各地照明仍存在许多能源浪费的现象，因此，研究节能、环保的照明控制系统具有十分重要的意义。
二、总体电路
1. 总体电路
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2. 工作过程简述
~220V 照明主电路 稳压电源电路 照明控制电路
电路主要由三部分组成，第一部分是照明主电路，是系统的主体，由多个照明灯组成，灯的额定电压为220V交流供电；第二部分是稳压电源电路，为照明控制电路提供12V的直流稳压电源；第三部分是照明控制电路，它是整个照明电路的核心，根据环境的明暗程度来控制灯的开启和关闭。如上图，图1所示，主电路中有两个开关K和S ，K是控制电路中继电器K的随动开关；而S是手动开关。当环境比较明亮不需要照明时，控制电路中的运算放大器输出低电平，晶体管无输入偏流而截至，继电器线圈无电流流过，开关K处于断开状态，灯不亮；当环境昏暗需要照明时，运算放大电路输出高电平，晶体管饱和导通，继电器线圈有电流流过，随动开关K闭合，灯被点亮。
三、电路工作原理与仿真结果
1. 电路元器件的工作原理
1) 光敏电阻器
光控照明电路的制作主要是利用半导体光电器件——光敏电阻的特性制作而成的。光敏电阻器是一种非常成熟的传感器，也叫环境光探测器。光敏电阻器是利用半导体的光
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电效应制成的一种电阻随着光照强弱而改变的电阻器，入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。它利用光线的强弱来控制照明开关的动作，动作点可根据实际光线的强弱调节，运行时无需人工操作，避免了人工操作开关不及时等不利因素，因而有效的节约了电能。
光敏电阻器一般都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它收到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子——空穴对，参与导电，是电路中电流增强，呈现低阻特性。根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：紫外光敏电阻器、红外光敏电阻器、可见光光敏电阻器。本次采用的是可见光光敏电阻器。包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。这里的光敏电阻RG 选用的是MG型可见光光敏电阻器。MG型光敏电阻器是利用硫化镉光电效应制成的，具有灵敏度高、性能较稳定、体积小以及价格低廉等特点，所适用的可见光光谱范围为0.4 ~ 0.76μm。 型号 参数 作电压率/mW /V MG45-13
2) 微调电位器
微调电位器是可以自由调节电阻值的半固定电位器。一般用在经过一次设定后就不再需要变动的用途上。所以被安置在机器的内部，使其不会被轻易触碰到。
100 50 ≤5 ≥5 ≤20 /kΩ /MΩ 数/s 围/℃ 尺寸式 /mm -40~ +70 5 树脂封装 最高工额定功亮电阻暗电阻时间常温度范外径封装形 5
3) 滤波电容
安装在整流电路两端用以降低交流脉动波纹系数提升高效平滑直流输出的一种储能器件，通常把这种器件称其为滤波电容。滤波电容具有电极性，亦称其为电解电容。电解电容的一端为正极，另一端为负极，正极端连接在整流输出电路的正端，负极连接在电路的负端。在所有需要将交流电转换为直流电的电路中，设置滤波电容会使电子电路的工作性能更加稳定，同时也降低了交变脉动波纹对电子电路的干扰。滤波电容在电路中的符号一般用“C\"表示，电容量应根据负载电阻和输出电流大小来确定。当滤波电容达到一定容量后，加大电容容量反而会对其他一些指标产生有害影响。 4) 直流继电器
继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统(又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 5) 晶体管
晶体管是一种固体半导体器件，具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。晶体管作为一种可变电流开关，能够基于输入电压控制输出电流。与普通机械开关（如Relay、switch）不同，晶体管利用电讯号来控制自身的开合，而且开关速度可以非常快，实验室中的切换速度可达100GHz以上。 6) 三端集成稳压器
W7812为三端固定正12V输入的集成稳压器,7812引脚图如下图所示.
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7812主要参数有：输出直流电压U0＝+12V，输出电流L:0.1A，M:0.5A，电压调整率10mV/V，输出电阻R0＝0.15Ω，输入电压UI的范围15～35V 。因为一般UI至少要比U0大V ，但最大不能超过35V，才能保证集成稳压器工作在线性区。7812的输入输出端连接电容的目的是1.滤波，虑除交流噪声是输出电流更平稳；2.提供储备电流，当需要突发大电流时变压器不够用时电解电容可以补充瞬间的不足。
2. 电路工作原理
1) 电源电路设计（图2）
工作原理
接通电源，220V交流电经过变压器降压后，再经桥式整流电路整流，最后经W7812三端集成稳压器稳压，输出12V直流电压。变压器选用220V/15V,8W小型优质电源变压器，由于该变压器要长久处于通电状态，所以要求该变压器在通电期间不发热，做到经久耐用。VD1~VD4选用1N4001（1A/55V）型硅整流二极管；C1为滤波电容选用220μF电解电容；C0为集成稳压输入电容，起作用是用来抵消输入端引线过长产生的电感
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效应，防止产生自激振荡。这里取0.33μF；CL是输出电容，用来改善输出端的暂态响应，使得瞬时增减负载电流时不至于引起输出电压较大的波动，以削弱电路的高频噪声，这里取0.1μF。该电路在输出端输出稳定的直流电压12V.
电路仿真
a. 单向全波整流滤波
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本次试验采用220V/15V的小型优质电源变压器，为控制电路提供稳定的15V电压，VD1~VD4选用1N4001（1A/55V）型硅整流二极管；C1为选用220μF电解电容,起到滤波作用，从仿真图中可以看到，经过滤波后，电压变为15.28V 。 照明电路仿真图中，继电器两端连接着控制电路，当白天的时候，控制电路中的电流为1.132mA，未达到继电器工作电流，故开关断开，灯泡不亮。当黑夜时，电流变为41.72mA，超过了继电器的工作电流，故开关闭合，照明电路接通，灯泡亮。
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2) 光控电路的基本结构设计(图3)
工作原理
光控电路的目的是保证基础照明设施在白昼时自动停止工作，而在天黑时自动开始工作，负责照明。这样不但节约了能源，避免长明灯现象，又节约了人力，还节省了照明电路的开关设施。基于这样的目的，照明设备的开关时刻无需特别精确。因此，根据实际需要，选择如图3所示的控制电路，该电路结构简单，成本价格低廉，这本身就顺应了节能的初衷。
运算放大器和R2、R3、R4、VS构成滞回比较器，12V电压经过R5、RP2分压为运算放大器的同相输入端提供一个参考电压UREF
UREF则同相输入端的点位U+为
RP212
R5RP2U显然，滞回比较器的两个阈值电压为
R3R4UREFUZ
R3R4R3R4UT1R3R4UREFUZ
R3R4R3R4R3R4UT2UREFUZ
R3R4R3R410
由于运算放大器是单电源供电，所以其输出的最小值为0V，这样
UT2R3UREF
R3R4RG为光敏电阻，其阻值随着外界光照的强弱而变化，当光照强烈时，呈现低电阻；没有光照时，呈现高阻值。
当U1＞U2时，晶体管VT截止，继电器K不动作，灯不亮；当外界照明昏暗时，RG的组织开始变大，U1点电位降低，当达到U1＜UT2时，运算放大器输出高电平，晶体管VT饱和导通，继电器线圈K得电，其常开接触点K吸合，灯点亮发光。
为了提高抗干扰能力，电路中除了使用滞回比较器之外，R1、C3组成了阻容延时电路，可以吸收雷电等瞬间光线干扰。电路通过RP1、RP2可以调节灯在合适的光线下点亮和关闭，VD对继电器起续流保护作用。 电路仿真
a. 白昼不需要照明时的控制电路仿真图
白昼环境下，光敏电阻的亮电阻较小（5~10kΩ）从仿真图中看出，运算放大器的反向段电位为5.969V，高于同向短电位4.04V，其输出为低电平，晶体管集电极电流很小，为1.132mA，晶体管截止，开
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关断开，照明灯不亮。
b.黑夜需要照明时的控制电路仿真图
昏暗环境下，光敏电阻的暗电阻迅速升高，可达1MΩ，从仿真图看出，运算放大器的反相端电位因暗电阻增大而电位降低，变为1.091V，同向端电位变为6.171V，所以运算放大器输出为高电平，晶体管饱和导通，其集电极电流为41.72mA，继电器线圈有电流流过，开关闭合，所控制的照明电路开始工作。
3) 所用元器件一览表
编号 R1 R2 编号 R3 元器件名称 电阻 电阻 元器件名称 电阻 元器件型号 200kΩ 1kΩ 元器件型号 100kΩ 数量 1 1 数量 1 价格/元 0.01 0.01 价格 0.01 12
R4 R5 R6 RP1 RP2 RG VD1 ~ VD4 VD VS C1 C2 T K VT IC L 电阻 电阻 电阻 微调电位器 微调电位器 光敏电阻器 整流二极管 开关二极管 稳压二极管 滤波电容 滤波电容 电源变压器 直流继电器 晶体管 三端集成稳压器 照明灯 100kΩ 10kΩ 5kΩ WSW型/20kΩ WSW型/20kΩ MG45213 1N4001 1N4148 2W/5V 220μF 220μF 220V/15V 8W JZC-22F 8050型中功率 W7812 220V/13W
1 1 1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0.01 0.01 0.01 2.2 2.2 0.2 0.01 0.24 0.59 0.17/k 0.17/k 6 1.8 28/k 0.9 5.5 四、结论（后记）
本次课程设计研究的是光控照明电路，它有如下几项特点：
1.功耗低，在明亮环境下几乎不通电，白天整个电路理论消耗最大功率为0.73W，实际消耗掉功率在0.5W以下。
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2.抗干扰能力强，采用只会比较电器，对短暂的干扰不会有反应，如黑夜里的闪光，车辆的灯光。
3.自带稳压电路，适用于各种照明电路。 4.体积小，成本低，便于运输安装 。
但经过查找资料，发现，在实际电路中，本电路其实还可以改进，即如果在设计光控照明灯的基础上,再加上用单片机来控制VT的导通和延时,那么当环境变暗时,光敏电阻阻值上升,从而触发单片机工作,使得VT导通,一旦导通可以使电路连续工作1～8h(或者可以自己设定时间),则电路性能更能显示其优越性。 简单介绍一下单片机。
单片机，全称单片微型计算机（英语：Single-Chip Microcomputer），又称微控制器（Microcontroller），是把中央处理器、存储器、定时/计数器（Timer/Counter）、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。与应用在个人电脑中的通用型微处理器相比，它更强调自供应（不用外接硬件）和节约成本。它的最大优点是体积小，可放在仪表内部，但存储量小，输入输出接口简单，功能较低。由于其发展非常迅速，旧的单片机的定义已不能满足，所以在很多应用场合被称为范围更广的微控制器；
五、本次课程设计的体会
本次课程设计是自己对一个完整的电路从陌生到熟悉课程设计是以学生自己动手动脑，并亲手设计、制作、组装与调试为特色的。它将书本上学到的理论知识和基本技能运用到实践中，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践能力和创新精神。作为信息时代的大学生，仅会书本理论是不够的，基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。通过这次课程设计学习，使我对电子工艺的理论有了更深的了解。这些知
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识不仅在课堂上有效，在日常生活中更是有着现实意义。通过本次课程设计，让我真正体验了一次探索学习的过程。从对整个电路的不解和疑惑，到最后经过查找资料了解每一电路元件的工作原以及特性，到最后完全掌握了光控电路的工作原理及在日常中的应用方式，从理论到实践，自己的各方面知识都又有了进一步的丰富和提高。本次设计的主要收获是不但巩固了电子技术的相关知识，也体验了电路仿真软件EWB的应用，是我对电子这门课程有了更深，更全面的了解。通过本次的课程设计，我们深刻体会到了自己原来所学的东西只是一个表面性的，甚至有时是理想化的，理论方面的指示，设计一个很简单的电路，所要考虑的问题要比考试的时候考虑的多的多，它在现实中还存在的很多问题，如要考虑它的可行性，实用性等等；正所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行。”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的。因此，学习中应多与实际应用相联系。同时我也在整个过程中学习了如何与他人交流帮助得到有用的信息，在今后的学习中，我们要以学习理论知识为基础，尽量多学实际应用知识。更需要特别提高动手操作、分析问题、解决问难题等的能力，使自己学到的只是更全面，更具体，并能熟练的在今后的工作，生活中进行应用。
六、参考文献
文献一 ： 《电工电子将技术实验及课程设计》
出版社： 机械工业出版社 主编 ： 申永山 出版时间 ：2013、9
文献二 ： 《河北工业科技》2009年 第3期 。
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