教室照明节电控制器设计

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1、目录1.课题提出目的和意义2.主要功能及性能参数3.总体方案及原理图4.设计内容5.制作过程(1)制作前元件检测电阻器的检测电容器的检测二极管的检测元件合理布局和合理布线6测试和结果分析7体会及此电路的拓展8附录附录1(教室照明节电控制器)材料明细表附录2。555时基电路的单稳态教室照明节电控制器摘要:国内学校教室的照明灯资源浪费是现在学校资源的缺乏的问题所在。现在的学生往往缺乏保护学校资源的意识，白天教室的照明灯还亮着，傍晚天还没黑学生就将灯打开了。一间教室这样也就算了，可是学校的每间教室都这样那就是个不可忽视的问题了。为了更好的保护学校的资源，于是我设计了教室照明节电控制器。此设计运用了光

2、敏传感器，当自然光很强的时候打不开电源，当自然光很弱的时候才能打来电源，这样大大的减少了资源的浪费，只要学校用了此设计学校资源就得到了保证，我们的学习环境也会得到提高。此设计经过本人运用实践后发现它将学校资源浪费的状况得到了较好的改善；同时也得到校方领导的一致肯定，使我对本设计有了很大的信心，为我以后的设计做了很重要的铺垫。以后我将运用在本校学习的知识设计出更多好的作品。关键词：光敏传感器 教室照明 节电控制 毕业设计一、引言目前，国内大、中、小学校教室的照明灯具控制大多采用手动开关，即使严格管理，由于人们的节约意识淡薄，仍不可避免地出现忘记关灯的时候，特别是在白天自然光很强的情况下，教室内的

3、长明灯仍然到处可见，从而造成大量的能源浪费。另外，各种照明灯具都具有一定的使用时限，在光线充足的情况下仍继续使用，必然会缩短灯具的使用寿命。为解决上述问题，实现教室照明灯具的自动控制，有必要设计并制作了教室照明节电控制器。本设计最大的功能是节省电源，在白天光线达到一定的照度时，教室内电灯会自动关闭，只有当教室内照度下降到一定的程度时才允许开灯照明。二.主要功能及性能参数1.蒙住光敏二极管就送电2.不蒙光敏二极管不送电3电源交流220V10%4.对人体要安全可靠5.使用泛围：常温，室内。三.总体方案及原理图采用市电交流220V,使用光敏二极管来判断光的强和弱,发光二极管来反应电源的输出还是输入,

4、电源变压器来稳定电压.当环境光线由强变弱时,允许开灯照明.当环境光线由弱变强时,自动关闭教室内的照明灯.本人设计制作的教室照明节电控制器其工作原理如下:市电经变压器T降压、IC1整流、C1滤波后，输出12V直流电压，VD1为电源指示发光二极管。电源经光电二极管VD2和电阻R2、R3分压后加在时基电路IC2的2、6脚。当环境光线由强变弱时，VD2的内阻由小变大，当IC1的2、6脚电压下降到1/3VCC时，IC1输出状态反转，3脚输出高电平，VT1、VT2饱和导通，后级电路得电，VD4发光，指示允许开灯照明。当按下SB1的瞬间，电源经R8、SB1加到VT3基板，VT3、VT4饱和导通，继电器K得电

5、吸合，其触点接通照明灯电源回路，同时，VT4集电板的电压经R10反馈到VT3的基极，使VT3、VT4维持导通，K得以自保。需要关灯时只需按下SB2、VT3基极对地短路的瞬间，VT3、VT4截止，K释放，切断照明灯电源。当环境光线由弱变强时，VD2的内阻由大变小，当IC1的2、6脚电压上升到2/3VCC时，3脚输出低电平，VT1、VT2截止，后级电路失电，K释放，自动关闭教室内的照明灯。C2的容量较大，可防止夜间的瞬间强光照射VD2时使教室内电灯熄灭，C3可防止外界干扰，提高电路的可靠性。R5、R6的加入可改变照明灯由亮到灭，由灭到亮过程中的滞后程度，它们的阻值越小、滞后程度也就越小。四设计内容

6、1NE555双稳态电路 NE555时基集成电路的原理555时基集成电路是一种产生时间基准并能完成各种定时、延迟功能的非线性摸拟集成电路。被广泛应用于信号产生、波形处理、定时延时、电子玩具等领域555时基电路的封装有8脚圆形封装和8脚双列直插式封装两种。双列直插型时基电路的引脚编号方法是把集成片放平，从带标志的引脚开始按逆时针方向顺序编号。个引脚的作用分别是：1脚是公共接地端GND；2脚是触发输入端TR；3脚是输出端V0；4脚是主复位端MR；5脚是控制端VC；6脚是阈值输入端TH；7脚是放电端DIS；8脚是电源正极VCC或VDD。555时基电路内部有二十几个晶体三极管和二极管、十几个电阻，大致可

7、以分为分压器、比较器、R-S触发器、输出极和放电开关五部分，见图2.发光二极管提起照明，人们马上会想到灯具店中那些五颜六色的各式灯具。尽管这些灯具的形态各异，但其照明的核心部分灯泡其实主要只有两种：白炽灯和荧光灯。不过，这种格局不久将会发生改变，因为照明领域的一颗新星发光二极管灯泡正在走向实用化阶段。发光二极管发明于20世纪60年代，在随后的数十年中，其基本用途是作为收录机等电子设备的指示灯。为了充分发挥发光二极管的照明潜力，近来，科学家开发出用于照明的新型发光二极管灯泡。这种灯泡具有效率高、寿命长的特点，可连续使用10万小时，比普通白炽灯泡长100倍。据估计，在全球范围内，发光二极管灯泡有9

8、0亿英镑的市场前景。在巨大商机的吸引下，一些灯泡生产商如菲利普公司等，已开始投资数百万镑，研究开发家庭用发光二极管灯泡。科学家预测，在未来5年，这种灯泡很可能成为下一代照明的主流产品。众所周知，自美国发明家托马斯.爱迪生发明白炽灯至今的100多年来，人们基本仍沿用爱迪生发明的技术生产白炽灯泡。灯泡的中间是一段金属钨丝，当电流通过时，钨丝受热激活灯泡中的气体发出光芒。但是，发光二极管灯泡无论在结构上还是在发光原理上，都与传统的白炽灯有着本质的不同。发光二极管是由数层很薄的搀杂半导体材料制成，一层带过量的电子，另一层因缺乏电子而形成带正电的“空穴”，当有电流通过时，电子和空穴相互结合并释放出能量，

9、从而辐射出光芒。长期以来，人们之所以没有将发光二极管用于照明，主要是因为发光二极管通常只能发出红色光或黄色光，要想获得白色光，还必须制造出能发出蓝光的发光二极管。这样，红、黄、蓝三种光“混合”后，就产生出白光。现在，这个困扰人们的难题终于得到解决。科学家发现了一种新型半导体材料氮化镓，它在经过适当处理后就能发出蓝光。发蓝光的问题解决后，发白光的问题就有了希望。英国剑桥大学材料系的柯林.翰弗莱斯称，他们在实验中已研制出可发白光的发光二极管灯泡，这种灯泡发出的光线与阳光十分接近，具有良好的应用前景。他说，发光二极管灯泡以半导体为材料，因此，这种发光装置可以做的很小，只有几毫米，将其安装在墙壁或天花

10、板上，如果不开灯，几乎察觉不到它们的存在，这样就免去了普通白炽灯需配上灯罩以防光线刺眼睛的麻烦。另外，这种灯泡的寿命很长，安上后几乎不用更换，今后人们也许会忘记换灯泡是怎么一回事。目前，他正在呼吁英国政府增加投入，以保证英国能在这一技术领域走在前列。除经久耐用外，这种灯泡在节能方面也有很大潜力。据计算，如果美国的灯泡中有一半使用发光二极管灯泡，则可关闭24座发电站，节省数十亿美元，二氧化碳的排放量也将明显下降。正因如此，美国已计划到2006年，所有的交通灯都使用发光二极管灯泡，这样每个交叉路口每年即可节省750美元。尽管这种灯泡好处多多，但要真正走入普通家庭还面临两大障碍。一是价格太高，现在每

11、个灯泡的价格为30英镑，而普通白炽灯泡只有35便士，差距太大。二是目前还难以生产出适合家庭使用的发白光的灯泡。但开发商相信，这种灯泡的价格在今后5年内可以降到每个5英镑。届时，发光二极管灯泡将会从传统的电子设备指示灯中脱颖而出，成为照明领域的一颗新星。发光二极管的外形见下图：3.三极管判断三极管有四句口诀三颠倒，找基极；PN结，定管型；顺箭头，偏转大；测不准，动嘴巴最常用的三极管有D633、9013、9014、9015、9018、8050、8550、2N222、2N2369、2N2907、2N3055、2N3440、2N3773、2N3904。本设计主要用了9014、9012。4.光敏二极管光

12、敏二极管是利用硅PN结受光照后产生光电流的一种光电器件。光敏二极管的电路符号、外形见图1所示。其封装有金封和塑封两种（即圆柱形和扁方形）。有的光敏二极管为了提高其稳定性，还外加了一个屏蔽接地脚，外形似光敏三极管。光敏二极管工作于反向偏压，其光谱响应特性主要由半导体材料中所掺的杂质浓度所决定。同一型号的光敏二极管在一定的反偏电压、相同强度和不同波长的入射光照射下，产生的光电流并不相同，但有一最大值。不同型号的光敏二极管在同一反偏电压、同一强度的入射光照射下，所产生的光电流最大值也不相同，且光电流最大值所对应的入射光的波长也不相同。图2的曲线、分别是光敏二极管NDL3200、NDL5800C的光谱

13、响应特性曲线。由图可看出，它们的光电流的最大值分别在可见光区和红外线区，其中二极管NDL3200的光谱响应值最大。 由于光敏二极管的基本结构也是一个PN结，故其检测方法也与普通二极管相同，其测得的正、反向电阻也类似于普通二极管，但在测反向电阻遇光照时，阻值会明显减小，否则说明管子已损坏。工作原理图如图6：光敏二极管的外形见下图：5.继电器继电器结构原理：继电器是一种电子控制器件，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。继电器的种类很多，按输入信号的性质分为：电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器

14、、速度继电器、压力继电器等；按工作原理可分为：电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器和电子式继电器等； 按输出形式可分为：有触点和无触点两类，按用途可分为：控制用与保护用继电器等。 继电器技术参数：1额定工作电压：是指继电器正常工作时线圈所需要的电压，根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。2直流电阻：是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。3吸合电流：是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定的工作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。4释

15、放电流：是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。5触点切换电压和电流：是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。五制作过程将元器件焊接在一块6cm9cm的电路板上，固定在相应的塑料盒内，VD1、VD4应安装在机壳比较醒目的位置。当教室内光照度不需要卡灯照明（光照度2001左右）时，自下而上调整R2，使K刚好释放，VD4熄灭，当教室内光照度下降到需要开灯照明（1501左右）时，自下而上调整R6，使VD4发光，调整R6后会影响R

16、2的设定值，需要再次调整，如有条件利用照度计调整比较方便。六测试和结果分析将控制器固定在教室内适当位置，VD2应处在教室内灯光照不到的窗口朝外的方向，以采集自然环境光照度，SB1、SB2可利用原有的墙壁开关改制，方法是：在墙壁开关的面板上钻孔，装上两个自复位按钮SB1、SB2在教室内光线较弱、VD4发光的前提下，按一下SB2照明灯熄灭。由测试结果分析得：所设计的教室照明节电控制器当环境光线由强变弱时，允许开灯照明。当环境光线由弱变强时，教室内的照明灯将自动关闭。七总结电子信息技术专业将培养能适应市场经济需要的，重点面向基层的应用型高等专门人才。要求应掌握电子技术专业所必需的基础理论知识，计算机

17、知识和从事本专业必需掌握的计算机工具软件的使用方法；并且能运用所学理论知识和技能，从事电子信息技术设备的使用、维护和技术管理等实际工作；具有利用电子电路的计算机分析设计软件及基本的电子信息技术手段，解决本专业一般工程实际问题的初步能力。所以在毕业前的实践性能力训练很重要。因为通过此次实践训练使我将几年所学的各科知识加以综合，通过实际的系统运作和操作，加深对所学知识的理解，进一步培养和锻炼理论联系实际，独立思考的学习作风，提高分析问题和解决问题的能力，为步入社会参加工作提供必要基础。通过本设计制作的教室照明节电控制器,如何制作简单,又可靠,便宜的电路.还有许多问题须要研究解决.致谢经过这次毕业设

18、计，我深深体会到电子是一种更新很快的行业，要想跟上时代，就得自我不断的努力，只靠在学校所学的东西是远远不够的，所以必须在以后的工作的中不断的学习，打下坚定的基础。论文收稿之际，我对毕业设计过程中所有给予指导和帮助人表示感谢。尤其是陈秀祥老师和张化麟老师对我的指导和帮助。他们无论在理论上还是实践中都给予我有很大的帮助，使我得到不少的提高，这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。另外，在这次毕业设计中，同组的同学同样给了我很大的帮助，此外我还得到很多同学的不少帮助，解决了不少的难题。在此，我由衷的感谢他们对我的帮助。参考文献1.周中.家用电子制作集锦.上海科技文献出版社2.孟庭.电子世界2005合订本121期3.俞鹤飞.555电路的复合应用.新华出版社4李炳炎，鲍克.实用无线电手册.山东科学技术出版社附录(教室照明节电控制器)材料明细表元件名称标号型号和参数光敏二极管VD22CU集成电路IC1IC2RB156NE555三极管VT1、VT3VT2、VT490149012二极管VD3IN4148发光二极管VD1VD43红色3蓝色电源变压器T3W12V继电器KZN411512V电容C1C2C347025V2216V0.1电阻R1、R2R3R4、R8、R10R7、R9、R5R113K51K10K4K78K2