光控自动窗帘开关电路的课程设计

（三）、手动控制电路
图 1-5 手动控制电路 如图 1-5 断开开关 J4 可以关闭自动开合功能，这时闭合 J3 相当于光敏电阻处于光电 阻状态，窗帘拉开;闭合开关 J5 相当于光敏电阻处于暗电阻状态，窗帘拉合。
五、总体电路原理相关说明及电路图
光控自动窗帘的电路工作原理： 如图 1-6 所示，该光控自动窗帘电路采用两片 LM339N 集成块作为主要控制元件，R6 与
图 1-4 控制电路
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当 Va= Vb 时，Vc＝Ｖｄ，电机不工作。 当 Va> Vb 时，Vc>Ｖｄ，电机正转，窗帘拉合。 当 Va<Vb 时，Vc<Ｖｄ，电机反转，窗帘拉开。 2、LM393 原理分析
LM393 是双电压比较器集成电路。 输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上，不受 Vcc 端电压值的 限制。此输出能作为一个简单的对地 SPS 开路(当不用负载电阻没被运用)，输出部分的陷电 流被可能得到的驱动和器件的β值所限制。当达到极限电流(16mA)时，输出晶体管将退出而 且输出电压将很快上升。输出饱和电压被输出晶体管大约 60ohm 的γSAT 限制。当负载电流 很小时,输出晶体管的低失调电压(约 1.0mV)允许 输出箝位在零电平。 其特点是： ①工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源： 2～ 36V， 双电源：±1～ ±18V； ②工作温度范围:0°C -- +70°C；消耗电流小， ICC=0.8mA；输入失调电压小， VIO= ±2mV； ③共模输入电压范围宽， VIC=0～VCC-1.5V；输出与 TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容； ④输出可以用开路集电极连接“或”门； ⑤表面安装器件:表面安装。 LM393 内部采用双列直插 8 脚塑料封装（DIP8）和微形的双列 8 脚塑料封装（SOP8）。 LM393 是高增益,宽频带器件，像大多数比较器一样，如果输出端到输入端有寄生电容而 产生耦合，则很容易产生振荡。这种现象仅仅出现在当比较器改变状态时，输出电压过渡的
将光敏电阻透光窗口对准入射光线，用小黑纸片在光敏电阻的遮光窗上部晃动，使其间 断受光，此时万用表指针应随黑纸片的晃动而左右摆动。如果万用表指针始终停在某一位置 不随纸片晃动而摆动，说明光敏电阻的光敏材料已经损坏。
1.4. 光控电路原理图
图 1-3 感光电路
（二）、控制电路
1、控制电路由两片 LM339N 集成运放组成。如下图：
光电检测 课程设计报告
光控自动窗帘开关电路的设计
2016 年 12 月
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目录
一、设计目的···································3 二、任务与要求·································3 三、设计分析···································3 四、单元电路具体设计···························4
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540 40-120
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亮电阻：用 400-600Lx 光照射 2 小时后，在标准光源 A（色温 2856K）下用 10Lx 光测量。
暗电阻：关闭 10Lux 光照后第 10 秒的电阻值
最大功率损耗：环境温度为 25℃的最大功率
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
最大外加电压：在黑暗中可连续施加给元件的最大电压
可以画出总体方案框图。
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光感应电 路
电机正转 电路
电机反 转电路
自动停转电 路
电源电路
图 1-1 窗帘自动开闭电路的总体框图
声光控制节能灯主要由三部分组成，分别为感光电路，控制电路，手动控制电路；下面 我将分块对电路的原理加以详细的阐述。
四、单元电路具体设计
（一）、感光电路
在电子电路中，常用光敏器件构成光控电路。所谓光敏器件通常是指能将光能转变成为 电信号的半导体传感器。常用的光敏器件有光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管。
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一、设计目的
根据光电检测技术知识，以及可获得技术书籍与电子文档，初步形成电子设计过程中 收集、阅读及应用技术资料的能力；熟悉电子系统设计的一般流程；掌握分析电路原理、 工程计算及对主要技术性能进行测试的常见方法；学会使用电路仿真分析软件在计算机上 进行电路设计与分析的方法。
二、任务与要求
应用光敏电阻，运放等器件，利用 Multisim 设计简单的光控自动窗帘开关控制电路， 根据周围环境的亮度来实现窗帘的自动开和关。
该光控自动窗帘由光控电路、555 构成的单稳态触发器电路和电源电路组成，设计原 理图如图 1-1。光控电路，通过感光、对光信号处理以产生正反电压控制 555 构成的单稳 态触发器的触发。555 构成的单稳态触发器电路控制电机是否通电及通电时正反转，从而 控制窗帘的打开或关闭，以及实现当窗帘靠近边沿时自动停转。
在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照 射时，电流就会随光强的增加而变大，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，也可以加交流电压。如图 1 所示。
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图 1-2 光敏电阻结构示意图及图形符号
1.2. 光敏电阻器的特性及主要参数
调节可变电阻 R3 的阻值来模仿光敏电阻在不同光照情况下的阻值。
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1、在光照强度临界点下的仿真（使 R3=R4），在此情况下电机两端的电压很小，电流 接近于 0，电机不工作。如下图所示：
图 2-1 光照临界点情况下 2、在光照较强时的仿真（将 R3 调为 5%），在此情况下电机正转。如下图所示：
图 2-2 光亮情况下 3、在光弱时的仿真（将 R3 调为 100%），再次情况下电机反转。如下图所示:
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间隙，电源加旁路滤波并不能解决这个问题，标准 PC 板的设计对减小输入—输出寄生电容 耦合是有助的。减小输入电阻至小于 10K 将减小反馈信号，而且增加甚至很小的正反馈量 (滞回 1.0~10mV)能导致快速转换,使得不可能产生由于寄生电容引起的振荡，除非利用滞后， 否则直接插入 IC(集成电路板 integrated circuit，缩写：IC) 并在引脚上加上电阻将引起 输入—输出在很短的转换周期内振荡，如果输入信号是脉冲波形，并且上升和下降时间相当 快，则滞回将不需要。
当夜幕降临时环境光线较弱，光敏电阻器 R３的阻值变大，Vc>Ｖd，电机 M 反转，驱动 窗帘拉开。当窗帘拉和到位后，滑动触头来关 J1 被接通，使 Vc=Ｖd=0，电动机 M 停转。
总体电路原理图：
六、仿真与调式
图 1-6 电路原理图
本次设计是利用 Multisim10 中的数字万用表测量不同光照下电机两端的电压进而判断 电机的工作情况来进行仿真的。
（一）感光电路······························4 （二）控制电路······························6 （三）手动控制电路··························8 五、总体电路原理相关说明·······················8 总体电路原理图·····························9 六、仿真与调试·································9 七、心得与体会································10 八、参考文献··································12
基本要求：
1） 研究光敏电阻功能特性。 2） 设计电路控制发动机正转和反转，实现白天窗帘拉开，晚上自动拉合，同时根据用 户需求可以进行手动控制。 3） 设计光控自动窗帘开关电路的功能框图。 4） 设计光控自动窗帘开关电路中各器件的参数。
三、设计分析
根据设计要求：设计电路控制发动机正转和反转，实现白天窗帘拉开，晚上自动拉 合，同时根据用户需求可以进行手动控制。
在其应用中应注意： ①比较器的所有没有用的引脚必须接地。 ②LM393 偏置网络确立了其静态电流与电源电压范围 2.0~30V 无关。 ③通常电源不需要加旁路电容。 ④差分输入电压可以大于 Vcc 并不损坏器件，保护部分必须能阻止输入电压向负端超过 -0.3V。 LM393 的输出部分是集电极开路，发射极接地的 NPN 输出晶体管，可以用多集电极输出 提供或 OR ing 功能。此输出能作为一个简单的对地 SPS 开路(当不用负载电阻没被运用)， 输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的β值所限制
1.1. 光敏电阻的制作材料及其结构原理
光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。它在光线的作用下 其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。
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，然后接出引线， 封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很高， 当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的 能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴 对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照 愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻 值也就逐渐恢复原值。
1.3. 光敏电阻的检测
用一黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住，此时万用表的指针基本保持不动，阻值接近无
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穷大。此值越大说明光敏电阻性能越好。若此值很小或接近为零，说明光敏电阻已烧穿损坏， 不能再继续使用。
将一光源对准光敏电阻的透光窗口，此时万用表的指针应有较大幅度的摆动，阻值明显 减些小此值越小说明光敏电阻性能越好。若此值很大甚至无穷大，表明光敏电阻内部开路损 坏，也不能再继续使用。