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1、西安建筑科技大学课程设计（论文）绪论本次课程设计基于传感器的工作原理，应用光电传感器对室内的自然光进行采集，对应光信号对室内的日光灯进行控制，以达到节约能源、智能控制、满足多需求控制等要求，设置一定的精度误差，对信号进行调制，并应用负反馈将输出光强反馈到输入，以达到减小输出误差的效果，使得控制更加准确，实用性更高。本次设计应用多个滤波、调制电路，外加采集信号时的误差，就要求相应仪器有较好的精度。1 需求分析1. 通常情况下，于缺乏科学管理,照明系统的使用浪费现象屡见不鲜，有时在借助外界环境能正常工作和夜晚室内空无一人时整个房间内也是灯火通明。这样下来无形中所浪费的电能是非常惊人的。据测算这种现
2、象的耗电占所有耗电的40%左右。因此,有必要在保证照明质量的前提下实施照明节能措施。这不仅可以节约能源,而且会产生明显的经济效。2. 对于有些情况下，我们对于不同情况会有不同的亮度，周围环境的光线强度自动调节日光灯亮度，给灯具输出一个最佳的照明功率，这样既可减少照明眩光，可以使灯光所发出的光线更加柔和照明分布更加均匀。3. 系统还能充分利用自然光,自动调节室内照度。控制系统实现了不同工作场合的多种照明工作模式,在保证必要照明的同时,有效减少了灯具的工作时间,节省了不必要的能源开支,也延长了灯具的寿命。二系统设计传统的日光灯工作模式,大部分是白天开灯,晚上关灯的模式。日光灯工作过程中不论周围环境
3、如何变化都保持额定功率输出亮度不可调节。因此我们需要的是可以根据不同场合、不同的人流量,进行时间段、工作模式的细分,不同的光照对应不同的灯亮度控制。按照给出的设定值利用负反馈来减小偏差，以达到较为精准的灯光调节控制。 2.1基本控制流程及电路设计复位按钮强制开关按钮继电器照明设备延时选择电路隔离缓冲器 AT89C51单片机被动式热释电红外传感器环境亮度传感模块 2.2光传感器工作原理： 2.2.1光敏器件基本原理利用光敏电阻感应光对应其电信号的输入，将光信号转换成相应的电信号，设置一个初始的设定光信号，即对应设定电信号输入。再将采集的外界的光信号转化成电信号输入，再取偏差值，经过放大器放大，偏
4、差为负，则开关打到较强档；若偏差为零，则开关打到中间档，中间档对应设定光强；若偏差为证，则开关打到较弱档。最后，将输出的信号再反馈到输入端，这样，经过若干次循环，灯光控制就趋于设定值。 光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部
5、分组成。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器，光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光敏二极管是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小，称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电
6、流，该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。 图示为光敏二极管和光敏三极管原理图。光敏二极管和普通半导体二极管一样，它的PN结具有单向导电性，因此光敏二极管工作时应加上反向电压。光敏三极管的集电极接正电压，其发射极接负电压。当无光照射时，流过光敏三极管的电流，即正常情况下光敏三极管集电极与发射极之间的穿透电流Iceo，也是光敏三极管的暗电流。无光照时，处于反偏的光电二极管工作在截止状态，这时只有少数载流子在反向偏压的作用下，越过阻挡层形成微小的反向电流（暗电流）。反向电流（暗电流）小的原因是PN结中P区的电子和N区中的空穴很少。
7、当光照射在PN结上时，PN结附近受光子轰击，吸收其能量而产生电子空穴对，使得P区和N区的少数载流子浓度增加，在外加反偏电压和内电场的作用下，P区的少数载流子越过阻挡层进入N区，N区的少数载流子越过阻挡层进入P区，从而使通过PN结反向电流增加，形成光电流。光电流流过负载电阻RL时，在电阻两端将得到随入射光变化的电压信号，实现光电功能转换。 2.2.2光敏元件特性参数： 2.2.3基本使用注意事项 光敏传感器采用防静电袋封装。在使用的过程中应该避免在潮湿的环境中使用，还应该注意表面的损伤和污染程度，应该它们均会影响光电流。应用领域光敏传感器主要应用于太阳能草坪灯、光控小夜灯、照相机、监控器、光控玩
8、具、声光控开关、摄像头、防盗钱包、光控音乐盒、生日音乐蜡烛、音乐杯、人体感应灯、人体感应开关等电子产品光自动控制领域。 2.3滤波和信号转换电路 测量系统从传感器拾取的信号中，往往包含噪声和许多与被测量无关的信号，并且原始的测量信号经传输、放大、变换、运算及各种其他处理过程，也会混入各种不同形式的噪声，从而影响测量精度。滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统，当信号与噪声分布在同频带中时，可以从频率域实现信号分离。在实际测量系统中，噪声与信号的频带往往有一定的重叠，如果重叠不很严重，仍可利用滤波器有效地抑制噪声功率，提高测量精度。 010mA/05V转换电路2.4脉宽调制（PWM）控制电
9、路原理简述 脉宽调制控制电路的基本构成和工作原理等叙述如下。 (1)PWM的基本电路 基本的脉宽调制控制电路由电压一脉宽转换器和开关功率放大器组成其组成原理 如图所示。电压一脉宽转换器的核心是运算放大器(比较器)。运算放大船A输入信号有调制信号Ur(其频率为主电路所需的开关调制频率)、负偏置电压Up、控制电压Uc。由于运算放大器A为开环，因此，该比较器的输出仅取决于输入方向的两个极限值(取决于Uc一(Ut+Up)的正负)，此输出经开关功率放大器输出到触发脉冲列逆变器。图所示，调制电压“Ut为锯齿波，当控制电压UcUt-Up时，运算放大器的输出为低电平(-Uom)如图(b)所示；反之，当UcB”
10、输出端保持高电平。当比较器的两个输入值相等时，“AB”端变零，并且直到计数器溢出之前保持为低电平。溢出后，“AB”端恢复为高电平，并重复执行该过程。输出波形的周期T=256Tc，而脉冲宽度=D*Tc。其中D为控制的数值，Tc为时钟周期。如果要求PWM频率为1kHZ，则CLK的频率应为256kHZ。图中8255A的PC7位用于控制计数器的工作；D0-D7为8位数据输入端，全部为双向三态；/CS为片选端，低电平有效；A0；A1为通道0、1的选择信号端；/RD为读信号输入端，低电平有效；/WR为写信号端，输入，低电平有效；RESET为复位信号输入端，高电平有效。图a 计数比较式脉宽调制PWM电路图b
11、 计数式PWM电路原理图 2.5整流滤波电路单相桥式整流电容滤波电路(1) 二极管的导电角,流过二极管的电流为不连续的且幅度很大的电(2) 脉冲，它比输出电流大许多倍。实际中近似估算为 =（1.52）。(2) 负载平均电压升高，纹波减小。并且越大，电容放电越慢，负载压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。为了得到平滑的负载电压，实际中一般取= （35）T/2式中，T为电源交流电压的周期。 (3)滤波电容估算 三测控电路设计及单片机控制实现3.1模数转换转换输出的电压经过模数转换，将变化的电压转化为数字信号，输入单片机进行运算处理。3.2单片机控制将经过模数转换的输出电压出入单片机，利用软件编程使输出参考信号与输入相对应，从而实现PWM调制。 3.3单片机控制的主流程控制 ORG0000HSJMPMAIN ;主程序入口ORG0003HAJMP
