传感器课程设计之简易光控灯设计一、设计目与规定1、设计规定（1）初步掌握普通电子电路分析和设计基本办法。

涉及：依照设计任务和指标，拟定电路方案，通过设计计算选取元器件，然后安装电路，进行调试，对成果进行分析，提出改进意见，写出设计总结报告。

（2）培养学生自学能力和独立分析、解决问题能力。

涉及：查阅参照资料、工具书，掌握电路调试普通规律。

（3）掌握电子电路安装、布线等基本技能。

（4）更加纯熟地掌握惯用电子仪器对的用法。

2、设计目运用光敏电阻设计一种简易光控灯，当用不透光物体罩住光敏电阻时，LED 灯亮；移去遮光物体时，红色LED发光二极管不会亮。

二、设计任务（1）传感器选型（2）电路设计（3）电路元器件选取（4）运用Protel绘制电路图（5）焊接电路板（6）撰写阐明书三、编写设计报告写出设计全过程，附上关于资料和图纸，有总结体会。

摘要光控灯是一种能依照环境自动实现开灯关灯等功能装置。

它是居家照明系统重要构成某些，可以给咱们生活带来许多以便。

光控灯应用范畴很广，例如安装在楼道走廊灯、安装在街道外路灯等。

同步也达到了省电节能和延长灯泡使用寿命效果。

在本次设计中，咱们做到如下功能规定：当傍晚光强削弱到一定限度时候，光敏电阻阻值增大，由555定期器接成施密特触发器输出高电平，电路就会自动点亮路灯；当早上光强增大到一定强度时候，光敏电阻阻值减小，施密特触发器输出低电平，从而实现灯自动熄灭功能。

关键词：光敏电阻；555芯片；施密特触发器；光控灯目录1 光控灯原理 (4)1.1 光控灯意义与背景 (4)1.2 设计思路与原 (4)2 光控灯电路设计方案 (4)2.1 方案选取和拟定 (5)2.2 元器件选取‥ (6)2.3 重要原器件简介 (6)2.3.1 光敏电阻简介 (6)2.3.2 555芯片简介 (7)2.3.3 发光二极管简介 (8)3 总电路设计 (8)3.1电路功能模块图 (8)3.2电源模块原理 (9)3.3光控开关原理模块 (9)3.4 电路仿真和分析 (10)4 电路板制作及调试 (10)4.1 电路板制作 (10)4.2 测试成果 (11)5 结束语 (11)6 参照文献 (12)1、光控灯原理1.1光控灯意义与背景站在新世纪门槛上，咱们感受到是高速发呈当代科技。

减少能耗，节约能源、注重环保，简洁以便是当今家居生活主题。

也因如此，照明灯需求也在不断发展，人类故意识采用各种办法改进它，以适应咱们寻常生活各种需要。

用光控开关来代替路灯开关、住宅社区楼道上开关，只有在光线局限性时灯会自动点亮，白天光线充分时不会亮，可以达到节能目。

同步光控电路具备电路简朴，制作容易，工作可靠特点，可广泛应用于各种楼房走廊照明设备。

1.2 设计思路与原理采用光敏电阻来感受外界光强弱并运用电路将其转化为电信号，由电信号变化运用555定期器接成施密特触发器变化输出电压，从而变化发光二极管两端电压，进而控制了灯亮灭。

此设计也可以看做是一种用发光二极管批示光控开关。

规定电路在日光照射下，接通+5V电源后，发光二极管是熄灭，没有光照时候，发光二极管是亮。

接通+5V电压，在光线充分状况下光敏电阻阻值很小，分压很小，则输入555芯片TH和TR端为高电平，此时555芯片输出端为低电平，不能提供足够电压给发光二极管，则灯不亮；在光线局限性时，光敏电阻阻值很大，分压很大，输入555芯片TH和TR端为低电平，则555芯片输出为高电平，此时可以提供足够电压给发光二极管，灯就发光。

2、光控灯电路设计方案2.1.1方案选取方案一：采用BJT光控开关模块及LED显示模块如图1所示，光控模块涉及检测电路，BJT光控开关模块及LED显示模块。

检测电路通过电路中光敏电阻，从而使BJT光控开关处在规定状态，从而使电路可以通过照明灯开关对光线强弱感应控制照明灯亮灭：光控照明灯白天自动关闭照明灯；当傍晚光线变暗时，点亮照明灯。

此处用LED灯实现灯亮灭自动控制。

图1光控电路方案二：采用三极管和继电器控制开关模块RL为光敏电阻器,在外界照明度强时光敏电阻呈低电阻,电流通过R1使VT1饱和导通,这样使VT2截止,VT3导通，VT4截止,这样以来继电器K不动作，灯EL不亮.当外界照明灰暗时，RL阻值开始变大,使得VT1截止,VT2导通,VT3 截止,VT4导通,K得电吸合,其常开触点K1闭合,灯EL点亮发光.图2 光控电路方案三：采用555集成电路简易光电控制器当光照到光敏电阻时，其电阻变小，使6脚和2脚电压变大，通过555芯片，由555原理可知，从输出管脚3输出低电平，此时发光二极管不能导通，是灭；当没有光照时，其电阻变大，使得6脚和2脚电压变小，通过555芯片，由555原理可知，从输出管脚3输出高电平，此时发光二极管导通，灯亮。

如下电路图3：图3 光控电路2.1.2 方案拟定考虑到设计难度、实现难度、成本以及调试难度，咱们选取方案三。

又由于咱们已经学了数字电路和模仿电子电路，并且这个办法比较简朴，又实用，能充分体现出咱们对所学知识掌握限度。

因此我运用所学数字电路办法，力求从简朴基本知识中学到更多东西，为此后学习做好准备，采用一种最简朴方式实现光控电路设计——即采用555集成电路简易光电控制器。

2.2 元器件选取发光二极管 1只；555芯片（NE555P） 1只；电容 1只（0.01uF）；光敏电阻（5576） 1只；可调电阻 10K 1只；电阻（四只） 4.7K、1K、15.5K、10K各一只；2.3 重要原器件简介2.3.1 光敏电阻简介光敏电阻又称光导管，惯用制作材料为硫化镉，此外尚有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。

这些制作材料具备在特定波长光照射下，其阻值迅速减小特性。

这是由于光照产生载流子都参加导电，在外加电场作用下作漂移运动，电子奔向电源正极，空穴奔向电源负极，从而使光敏电阻器阻值迅速下降。

光敏电阻器是运用半导体光电效应制成一种电阻值随入射光强弱而变化电阻器；在黑暗条件下，它阻值（暗阻）可达1-10M欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。

光敏电阻伏安特性曲线如下：2.3.2 555芯片简介555定期电路是一种双极型时基集成电路，工作电源为4.5V—18V,输出电流为200mA，工作可靠。

它具有两个电压比较器，一种基本RS触发器，一种放电开关T，比较器参照电压由三只5KΩ电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器C2反相输入端参照电平为2∕3Vcc和1∕3Vcc。

C1和C2输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。

当输入信号输入并超过了2∕3Vcc时，触发器复位，555输出端3脚输出低电平，同步放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于1∕3Vcc时，触发器置位，5553脚输出高电平，同步放电，开关管截止。

R D是复位端，当其为0时，555输出低电平。

平时该端开路或接Vcc 。

Vco 是控制电压端（5脚），平时输出2∕3Vcc 作为比较器A1参照电平，当5脚接一种输入电压，即变化了比较器参照电平，从而实现对输出另一种控制，在不接外加电压时，普通接一种0.01µF 电容器到地，起滤波作用，以消除外来干扰，保证参照电平稳定。

T 为放电管，当T 导通时，将给于脚7电容器提供低阻放电电路。

2.3.3 发光二极管简介发光二极管简称为LED 。

由镓（Ga ）与砷（AS ）、磷（P ）化合物制成二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。

它是半导体二极管一种，可以把电能转化成光能；发光二极管与普通二极管同样是由一种PN 结构成，也具备单向导电性。

当给发光二极管加上正向电压后，从P 区注入到N 区空穴和由N 区注入到P 区电子，在PN 结附近数微米内分别与N 区电子和P 区空穴复合，产生自发辐射荧光。

不同半导体材料中电子和空穴所处能量状态不同。

当电子和空穴复合时释放出能量多少不同，释放出能量越多，则发出光波长越短。

惯用是发红光、绿光或黄光二极管。

3、总电路设计3.1电路功能模块图如下图所示，总体设计是通过电源电路为检测电路提供适当工作电压。

依照不同光线强弱，作用于检测电路光敏电阻中，从而实现555集成电路—施密特触发器光控开关，最后通过LED 灯显示出相应成果。

图1 电路功能框图3.2电源模块原理选用电脑USB 口4.5-5.5V 电源作为整个电路供电电源，USB 接口共有4根线路如图3.2图3.2 USB 接口电路 其中1、4线为电源VCC 和GND ，2、3为数据传播线，可直接引出1、4作为电源VCC 和GND 使用。

3.3光控开关原理模块通过以上方案比较和选取，咱们最后选取方案三作为咱们电路设计图（见图3）。

其中咱们将555定期器TH 和TR 引脚接在一起作为输入，便搭成了施密特触发器构成开关控制模块。

详细连接图如下：电源电路 光敏电阻检测电路 集成施密特触发器开关 LED 灯下面详细来看：1）当13i CCV V<<时，由上表，121,0,1;C C OV V V===2）当1233CC i CCV V V<<时，121,1,;C C OV V V==保持不变3）当23i CCV V>时，120,1,0;C C OV V V===再看从23CCV下降过程。

1）当1233CC i CCV V V<<时，121,1,0;C C OV V V===2）当13i CCV V<<时，121,0,1;C C OV V V===由上面分析，可以画出如下输入输出特性曲线：图5 施密特触发器输出特性可见，这是典型斯密特触发器工作状态图。

它回差电压211333CC CC CC V V V -=。

运用这点，咱们可以较好实现光控回差特性。

3.4 电路仿真和分析咱们运用proteus 画出图3仿真电路图。

当光源接近光敏电阻时，灯不亮；当光源远离光敏电阻时，灯亮。

4 电路板制作及调试4.1 电路板制作上图为咱们焊接制作电路板。

4.2 测试成果电路板制作完毕后要进行测试，使其满足规定。

咱们测得光敏电阻亮电阻阻值约为0.3K ，最小暗电阻约为4K 。

依照施密特触发器特性，咱们取122(R RV1)R R +=⨯+ ；其中RV1为滑动变阻器，R 为光敏电阻阻值。

调节滑动变阻器阻值可以调节光控灯敏捷度。

当用手捂着光敏电阻时（即光强变暗），光敏电阻阻值增大，施密特触发器输出高电平，灯亮；松开手时（即光强变亮）光敏电阻阻值减小，施密特触发器输出低电平，灯熄灭。

这跟咱们所盼望现象很相符。

5 结束语在本次传感器课程设计中，咱们课题是“简易光控灯设计”。

这是一种光照控制照明灯。

采用光敏电阻来感受外界光强弱并运用电路将其转化为电信号，由电信号变化运用555定期器接成施密特触发器变化输出电压，从而变化发光二极管两端电压，进而控制了灯亮灭。