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1、. . .光线照度提醒与报警电路设计毕业论文目 录1 绪论11.1背景与研究意义11.2国外研究现状21.3本文主要研究容32 电路元件介绍42.1 光敏电阻42.1.1工作原理及结构42.1.2 光谱特性42.1.3 照度特性42.1.4 响应时间62.1.5 温度特性62.1.6光敏电阻的应用62.2 晶体三极管72.2.1 三极管的结构和类型72.2.2 三极管的特性曲线72.2.3 三极管的主要参数92.3 发光二极管102.4 NE555122.4.1 555定时器的组成和功能122.4.2 555定时器的应用132.5 74LS161142.6 蜂鸣器163 硬件电路的设计173.
2、1 电路的基本框图173.2 光强感应电路173.3 计时报警电路183.3.1 时钟脉冲电路设计183.3.2 计数器的设计193.4 电路的原理总图204 电路的制作与调试214.1 电路的实物图214.2 调试225 总 结23参考文献24致 谢25毕业设计（论文）知识产权声明26毕业设计（论文）独创性声明271 绪 论1.1 背景与研究意义21世纪是广大中小学生学习压力最大的时期。2006年09月13日，省暨市青少年心理健康宣传月活动圆满结束，活动月期间，50余名心理咨询专家对2000余名大中小学生进行义务咨询时发现，近30%学生处理人际关系困难，近60%中小学生学习压力大。学生近视在
3、我国已成为一个日益严重的社会问题。国家有关部门对许多职业均有明确的视力要求，而一旦近视，花再多的钱医治也不可能恢复原有的视力。专家认为造成学生近视的最主要原因是读写姿势不正确。国家教委规定：学生在读写时，应在一定亮度下，眼睛离读物一尺，身离书桌一拳。学习压力如此之大，学习时间如此之多，那么，有一个保护视力的装置便显得越来越重要。近视在发展中国家十分突出，亚洲国家近视发生率在70%-90%左右；美国和欧洲近视发生率在30%-40%，全世界几乎所有的人群都存在近视。亚洲人比欧洲人更为常见，女人比男人常见（女性是男性的两倍）。目前，据中国、美国、澳大利亚合作开展的防治儿童近视研究项目前期调查显示，我
4、国人口近视发生率为33%，全国近视眼人数已近4亿，已经达到世界平均水平22%的1.5倍。而近视高发群体青少年近视发病率则高达50%至60%，其中小学生近视眼发生22.78%，初中生为55.22%，高中生为70.34%，大学生高达80%以上。我国是世界上近视发病率最高的国家之一，近视眼人数世界第一。据统计由于近视导致的眼盲，已仅次于白障，青光眼而居第三位。近视已被列为三大疾病之一。而引起近视的主要因素：1.用眼距离过近。据有关资料报道，青少年近视眼以长期用眼距离过近引起者为多见。青少年眼睛的调节力很强，当书本与眼睛的距离达7-10厘米时仍能看清物体，但如果经常以此距离看书，写字就会使眼睛的调节异
5、常紧，从而可形成屈折性（调节性）近视，所谓的假性近视。如果长期调节过度，使睫状肌不能灵活伸缩，由于调节过度而引起辐辏作用加强，使眼外肌对眼球施加压力，眼压增高，眼组织充血，加上青少年眼球组织娇嫩，眼球壁受压渐渐延伸，眼球前后轴变长，超过了正常值就形成了轴性近视眼，所谓真性近视。而正常阅读距离应是30-35厘米。2.用眼时间过长。有的青少年看书写字做作业，看电视等连续3-4小时不休息，甚至到深夜才睡觉休息，这样不仅影响身体健康，而且使眼睛负担过重，眼外肌肉长时间处于紧状态而得不到休息，久而久之，当看远处时，眼睛的肌肉不能放松而呈痉挛状态，这样看远处就感到模糊而形成近视。一般主连续看书写字或看电视
6、40-50分钟就应休息片刻或向远处眺望。由上述可知，中国学生视力低下的状况令人担忧，而写字看书姿势不正确和看书写作业的时间太长是导致近视的主要原因。所以设计一款人性化的视力保护器意义重大。1.2国外研究现状现在国外已经有许多电子公司都有自己公司生产的视力保护器。国这方面的研究现状为：在国新疆乌鲁木齐市旭之龙科技生产的“学生1.5视力保护器” 又名称坐视宝，它能有效的对使用者的坐姿不当进行语音提示。还有市华恒电子生产的型号为MS-3023的坐姿矫正器。可以纠正看书，写字的不良坐姿。总体看来，国生产的视力保护器功能特点比较单一，与人们的个性化需求尚有很大的差距。故不能很好的满足广大使用者的需求。国
7、外也致力于对保护视力的研究，通过市场调研，根据原理将视力保护器可具体分为机械平衡式视力保护器，支架式视力保护器，电子平衡式视力保护器和测距式视力保护器。例如：1.5视力保护器，电子平衡式防瞌睡报警器，背背佳，利姿坐姿矫正器，支架式坐姿矫正器，iPosture，Visomate威士美 USB视力保护器，文具盒式坐姿矫正器，其中1.5坐姿矫正器，背背佳，支架式坐姿矫正器，电子平衡式防瞌睡报警器最为普遍。还有一些是技术人员自制的坐姿矫正器如坐正宝，微电脑式坐姿矫正器，红外测距式坐姿矫正器等。然而这些现有产品都存在的自身的局限性。如背背佳，支架式坐姿矫正器等产品不但没有保护视力的作用，还可能产生反作用
8、，1.5视力保护器，iPosture，Visomate威士美 USB视力保护器，文具盒式坐姿矫正器等产品对使用的环境和人群存在着局限性。但是他们更侧重于对近视原因的研究。美国德克萨斯大学西南医学中心何于光博士表示，吃鱼和新鲜蔬菜能够保护视力，降低发生近视的概率。他们认为通过合理的饮食营养搭配，以及正确的学习习惯，对视力的保护能起到事半功倍的作用。研究证明，市场上真正的多功能视力保护器几乎没有。现有的产品只是侧重视力保护的一方面，功能比较单一，不能从多个角度保护使用者的视力。现在市场上设计的有以超声波技术为主要理论依据的视力保护器。它就具体就视力保护器的理论与硬件的设计进行了研究。基于实验室现有
9、的硬件平台，研究目标是完成多功能视力保护器的硬件开发与设计，并完成相应的硬件制作。其研究容分为两部分：对视力保护器的硬件设计和硬件制作。在设计中存在着如何有效的提高视力保护以及对硬件电路准确调试的难点。在硬件设计中，基于超声波技术设计的多功能视力保护器电路，通过超声波接收头对接收的超声波信号进行调制输出，实现控制声光提示电路工作的理论研究有一定的研究意义。通过实践证明该视力保护器可行且可靠性良好，使用方便但也存在一些问题，比如说没有光线控制报警的功能光线也是伤害学生的视力的一个重要因素。该设计通过该电子硬件的制作和理论的研究，能为后期进一步设计多功能视力保护器并采取合理措施提高视力保护的有效性
10、提供可靠和有效的数据源和信息依据。由于现在国外大量的市场需求，视力保护器的起步才刚刚开始，存在很大的发展空间，各个国家的很多公司均在此方面展开了研究，相信未来视力保护器一定会得到巨大的发展，为广大的中小学生的视力保护做出根本的保障！1.3本文主要研究容a查阅国外关于光敏器件光控电路的相关文献对光控电路的发展进行了解。b掌握各光敏器件的工作原理；通过分析运用光敏器件基本电路掌握光敏光控电路的分析方法。c对各单元电路进行设计，并选择合适的元器件。在选择元器件时，要注意所选芯片的性价比，对于电阻、电容等常用元件要先进行参数计算后再选择。其次是设计整个电路，并在计算机上对各单元电路进行相应功能的调试仿
11、真！d通过分析利用光敏器件出一个光敏照度和时间报警电路，该电路有以下两个功能:(1)当光线照度低于国家教委规定的100LX或高于800XL时发出声光报警,提醒使用者调节台灯亮度。(2)当学习阅读时间超过一段时间后报警,提醒使用者暂时休息一下。2 电路元件介绍该电路主要是运用光敏电阻，晶体三极管，发光二极管，可变电阻，NE555,74LS161，三输入与非门，反相器，蜂鸣器等。2.1 光敏电阻 2.1.1工作原理及结构光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；半导体的导电能力取决于半导体导带载流子数目的多少。当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁
12、到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。 图2.1光敏电阻的电路符号及蛇形结构2.1.2 光谱特性光敏电阻的光电导效应不是在任意的光照下都能呈现，只有光子能量大于材料的间接能隙（原子的能级之差）时，光敏电阻才能呈现光电导效应。光敏电阻与入射光光谱之间的特性，称之为光敏电阻的光谱特性。不同光敏材料的光谱特性有很大差异。光敏
13、电阻按材料分类有两种类型：本征型光敏电阻和掺杂型光敏电阻。由于掺杂材料灵活改变了光敏电阻的光谱特性，目前市场上所采用的基本上是掺杂型光敏电阻根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器a紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器.参考资料. . .等，用于探测紫外线。b红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。c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。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、
14、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。图2.2光敏电阻的光谱特性曲线2.1.3 照度特性在光敏电阻上加上一定电压时，光敏电阻的光电流或光电阻与入射光照度之间的关系称为光敏电阻的照度特性。Cds光敏电阻在恒定电压作用下的光照特性曲线如图2.3所示，当照度很低时，曲线近似为线性，随着照度的增高，线性关系变坏，当照度很高时，曲线近似为抛物线形。图中，曲线的斜率表示的是光敏电阻的转换效率（入射光辐射与光生电流）。在光电测量场合下，对照度曲线线性度要求较高；但在光电
15、开关应用中，对线性度要求不高。 图2.3光敏电阻的光电特性 2.1.4 响应时间光敏电阻在光照时，光生载流子的产生或消失都要经过一段时间，这就是光敏电阻的响应时间，它反映了光敏电阻的惰性。光敏电阻的响应时间约为10-210-3s，与其他光电器件相比，其响应时间是最慢的。CdSe光敏电阻的响应时间约为10ms，CdS的响应时间约为100ms。因此，光敏电阻通常都工作于直流或低频状态下。2.1.5 温度特性温度特性温度变化影响光敏电阻的光谱响应，同时，光敏电阻的灵敏度和暗电阻都要改变，尤其是响应于红外区的硫化铅光敏电阻受温度影响更大。图2.4为硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线，它的峰值随着温度上升向波长短的方向移动。因此，硫化铅光敏电阻要在低温、恒温的条件下使用。对于可见光的光敏电阻，其温度影响要小一些。 图2.4 硫化铅光敏电阻的温度特性 2.1.6 光敏电阻的应用光敏电阻可将光转换为电信号，是一种典型的光电器件，但光敏电阻和其它半导体光电器件相比有以下特点：a光谱响应围相当宽。根据光电导材料的不同，光谱响应可从紫外光、可见光、近红外扩展到远红外，尤其对红光和红外辐射有较高的响应度。b工作电流大，可达数毫安。c所测光强围宽
