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1、实验报告电子测量与电子电路综合设计型实验BEIJING UNIVEZRSITV OP POSTS ANQ T EL ECO M M U Ml CATIONS实验名称：红外感应照明灯自动控制电路 实验学生（学号）：XXXXXXXXXXXXXXXXXX 所属班级：XXXXXXXXXXXXXXXXXX班内序号： XXXXXX所属学院： XXXXXXXXXXXXXX2018年4月摘要当今社会，随着人类生产活动的愈发频繁，能源问题越来越严重，生态环 境遭到破坏，节能环保成为当今社会一大重要主题。为了节能环保的目的公共场 所的走廊过道都尽量使用自动控制照明灯，实现“人来灯亮，人走灯灭”，既能 很好的节约能
2、源，也能给人们的生活带来方便。实现控制的方法可以是声控，光 控，红外感应，触摸或遥控等，根据使用的环境可以选用适当的方法。本题选用 热释电红外感应控制。关键词：热释红外感应；自动控制；光敏；延时。目录引言4第一章实验设计要求1.1设计概述 41.2设计任务要求 4第二章电路设计2.1系统组成框图 42.2系统整体设计思路 52.3模块电路设计思路2.3.1第一级放大电路设计52.3.2第二级放大电路设计62.3.3电压比较器模块设计72.3.4 555定时器模块设计 8第三章电路仿真3.1前2级放大电路仿真103.2 电压比较模块仿真113.3 电路整体仿真11第四章电路搭建与调试4.1 组合
3、调试中的故障与问题分析124.2系统最终演示效果和所实现的功能 12第五章实验总结与结论5.1&5.2实验总结（搭建与调测）155.3 实验结论155.4 心得体会 15第六章 实验元件和仪器资料6.1 实验元件6.1.1热释红外传感器PIR156.1.2集成运放芯片LM358 166. 1. 3光敏电阻 176.1.4 NE555 定时器196.2 实验仪器 19第七章参考书籍及资料 19引言随着社会的进步，节能环保已经深入人心，成为当今社会重要主题之一。通过红外感应 来实现自动控制的功能电器已经悄悄影响着人们的生活，生活中处处可以看到红外感应自动 控制设备的影子。本实验设计利用热释电红外传
4、感器PIR获得电压，然后通过LM358来实现 两级电压放大，然后经过电压比较器，二极管D1导通，使555构成的单稳态触发器反转进 入暂稳态，3脚输出高电平，将LED灯点亮，实现红外感应自动控制。第一章 实验设计要求1.1 设计概述本设计是在指导老师给定课题的基础上经过分析，采用热释电红外传感器PIR，能根据生命 体从传感器旁经过的距离长短作为触发信号（实验中用手划过传感器来模拟），使LED二极 管发光并延迟 10 秒以上熄灭。1.2 设计任务要求A. 基本要求1. 用发光二极管模拟照明灯，在白天保持熄灭状态，在夜间有人从附近10cm经过灯便 点亮，延迟10秒后熄灭。2. 电源用5伏直流电源，传
5、感器用RE200B红外热释电传感器。3. 电路工作稳定可靠。B. 提高要求延长感应距离到20cm或30cm。第二章 电路设计2.1 系统组成框图热释传感器PIR耳 放大器 n 电压比较器 J 单稳态触发器照明灯 延时电路2.2系统总体设计思路VC：匚PIR热释传感器能够因为红外线的变化在其S端输出微弱的超低频交流信号,，经C2加 到三极管Q1输入端放大，再经运放U1A组成的放大器进一步放大,使信号增益达到几十dB， 后进入电压比较器反向输入端。信号幅度高于比较电压时，比较器输出低电平，二极管D1 导通，使555构成的单稳态触发器反转进入暂稳态，3脚输出高电平，将LED灯点亮。由于 要求LED灯
6、延时熄灭，还要加入RC延时电路，调节电位器可以改变灯点亮的时间2.3 模块电路设计思路2.3.1第一级放大电路设计原理简述：由于PIR输出的是超低频交流信号，为了保障电路的稳定，采用深度负反馈电路（电压 并联负反馈），耦合电容C2的作用是阻直流，通交流，一般采用容量较大的电解电容器，本 实验采用C2=47uF,F （反馈系数）=-1/R2，由于输入的信号十分微弱，不妨设Ii=10mA （实 际电流大于10mA）,则Vo=If*R2+l,通过静态工作点的设置，Ib=-If=（Vce-Vbe）/R2,得到R12.3.2第二级放大电路设计原理简述：第二级放大采用同相放大电路，输入信号输入到运放的同相
7、输入端（R=0）。反馈网络为Rf和R1,构成深度电压串联负反馈放大电路。根据分析集成运算放大电路的两个重要特点（“虚短”、虚断”）可知：因为U+=U- = Ui所以“虚短”,但不是“虚地”), I+ = I- = 0U = U = Up故有UNR1=(1 +R)Ui即闭环电压放大倍数为UA = ouf UiR=1 + fR1Uo与Ui是比例关系,改变比例系数，即改变Rf/Rl，即可改变Uo的值。实际参数：在实际电路中取R4（原理中为Rf） =R3（原理中为Rl） =47千欧，C1=33uF,C5=0.01uF,第二级放大倍数约为2倍。2.3.3 电压比较器模块设计U1A50 I r 巴p :O
8、.OIpFLM35SP设计原理简述：电压比较器是对两个模拟电压比较其大小，并判断出其中哪一个电压高。图1（a）是比较 器，它有两个输入端：同相输入端“ + ”端）及反相输入端“-”端），有一个输出端Vout （输 出电平信号）。另外有电源V+及地（单电源比较器），同相端输入电压VA,反相端输入VB。VA 和VB的变化如图所示。在时间0t1时，VAVB；在t1t2时，VBVA；在t2t3时,VAVB。在这种情况下，Vout的输出如图1（c）所示：VAVB时，Vout输出高电平（饱和输出）；VBVA时，Vout输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。如果把VA输入到反相端，VB输入到同相
9、端，VA及VB的电压变化仍然如图1（b）所示，则Vout输出如图l(d)所示。与图l(c)比较，其输出电平倒了一下。输出电平变化与VA、VB的 输入端有关。如果输入电压VA与某一个固定不变的电压VB相比较，此固定不变的VB称为参考电压、基准电压或阈值电压。在试验中合理设置参考电压便可以实现特定的电压比较。实际电路参数 为了便于电路组合之后的调试过程，特引入电位器分压，信号从反相端输入，参考电压从同向端输入。如图所示：2.3.4 555定时器模块设计设计原理简述：U2的暂态时间由R14和C4构成的时间常数决定，调节电位器R14可以改变灯点亮的时 间。暂态过后U2的3脚输出低电平，灯熄灭。调节R1
10、0可改变对人体活动的感应灵敏度。 白天光敏电阻R9呈低阻态，Q2饱和导通，将U2的4脚置低电平，使U2强制复位，3脚恒 为低电平，灯不会亮。只有光线暗时R9呈高阻态，Q2截止，4脚为高电平，才解除对电路 的封锁。(光敏电阻在室内光照条件下阻值为几千欧)实际参数设计：R8匸4 ；O.OTnF1MO：: =AR11R17 Ikfl Ke y = AR13IdOkQ 5ff %：Key=A： ijj昭T .CUT.TKEtTRHCONM555二 fij- JGCTD-ioat4: L*3 A心O.CWV5S31mV収 C00)6 剧 W*占並血QiXOh*L.2HUBiiAA6b槪第三章 电路仿真3
11、.1 前两级放大电路仿真3.1.1 第一级4iii.A8:63丘向19.L39S-314.L6itWD.NOV1lfl.Tlla3D4.J|7mWmom|-TO. 632 ngeia.szmrD.NDV可以看出第一级放大倍数在120 倍左右，基本与预期倍数符合。3.1.2 第二级第二级放大倍数在2 左右，符合预期倍数。3.2 电压比较模块仿真从仿真中可以看出高低电平随输入信号的变化而切换，符合预期设计。3.3 整体系统仿真Hi1-i.：-KILil仍建也(nJ工岂匚按告迟I E(D)窃口也i &S(Hj1固團函區圜总t= |-gatf-.&匾電歩R国OLiyjP-二LM時= Y M 05L Q
12、 H HIii I - QJ SJ3!SXR占空林能:沁升阿圈间当输入低频小信号时，LED灯点亮，仿真结果基本符合前面的设计。第四章 电路搭建与调试4.1 组合调试中的故障与问题分析 在开始搭建电路和调试的过程中，虽然做了比较充分的准备，但在实际操作还是出现了一些 意想不到的问题：在一开始完成前级放大电路的搭建，我通过函数发生器向电路输入一个低频小信号（幅 度为10mV，频率为1Hz）然后用示波器分别显示第一级，第二级的输出信号波形，结果并没 有显示正常的波形，经过对电路进行初步检查时发现问题出在地线上，地线的连接出现错误； 但纠正后依然没有 1 得到正常的结果，我只得一处一处来测试，最终发现是自己将一个10 千欧的电阻接成了1 千欧，导致静态工作点设置出现了问题，第一级放大电路起不到作用， 更换后，结果与预期基本相符；实验中碰到的另一个问题是感应距离，本实验对感应距离的调制主要基于参考电压与 比较电压之间的差值，差值越小，电路越灵敏，但当差值过小时，只要有一点点的影响就会 让 LED 灯点亮，最终变成了常亮，所以此电路的识别距离 L9.12mVte-K12 4 月 2D IS图 4.2.2由波形可得第二级放大倍数为2倍左右，符合设计倍数（2）输出波形频率接近1Hz如图4.2.3是参考电压波形图，可以看出参考电压在2V左右图 4.2.3如图4.2. 4是单稳触发器输出电平（高电
