酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）2012級機電一體化專業(yè)題目自動調(diào)光臺燈的設(shè)計畢業(yè)時間二O一五年六月學(xué)生姓名指導(dǎo)教師班級12機電1班2014年6月30日目錄一、課題研究背景2二、基本原理簡述2三、設(shè)計總體方案擬定8四、傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算8五、測控電路設(shè)計與計算9六、精度誤差分析11七、抗干擾措施111參考文獻(xiàn)12八、附錄13自動亮度控制臺燈摘要本課程設(shè)計的是一種供夜間閱讀和書寫有的光控制臺燈，使周圍書寫區(qū)域內(nèi)的照度免受電源電壓、環(huán)境光變化的影響，使臺燈周圍的光線保持在人眼適宜的范圍內(nèi)，具有自亮度控制的功能。從而實現(xiàn)臺燈的光線可以隨著臺燈周圍的光線的變化而自動的調(diào)節(jié)自身為管的光量。當(dāng)環(huán)境照度弱時，它發(fā)光亮度大；環(huán)境照度強時，它發(fā)光亮度就暗，從而起到節(jié)能和護(hù)眼睛的作用。它涉及一種自動調(diào)節(jié)光照亮度的照明燈具。它包括一個帶有光敏傳感器的臺燈，所述的臺燈由電源插頭、開關(guān)、燈泡和聚光燈罩構(gòu)成，使用220伏交流電供電。在所述的臺燈底座的上面設(shè)置一個光敏傳感器，內(nèi)有光敏電阻，它可以隨桌面上亮度的變化而調(diào)節(jié)內(nèi)部電流的變化，從而調(diào)整臺燈亮度的變化，使桌面始終保持適宜的亮度。而當(dāng)臺燈周圍的環(huán)境亮度超過一定的限度時，臺燈會自動關(guān)閉；當(dāng)環(huán)境亮度低于某一限度時，可以自動打開。本實用新型主要用于照明，亮度自動調(diào)節(jié)，保護(hù)視力。關(guān)鍵詞自動調(diào)光；光敏電阻；光傳感器一、課題研究背景社會在不斷進(jìn)步，人類在不斷追求，市場在不斷變化，高科技應(yīng)用含量決定著產(chǎn)品發(fā)展的新趨勢和前景，隨著人們生活水平的提高日益走向平民化，我們的生活也隨著家用用電器的發(fā)展越來越方便、舒適。隨著家用電器的發(fā)展，作為家用電器當(dāng)中的小臺燈也要順應(yīng)科技的發(fā)展步伐走向智能化。雖然按鍵式的臺燈還是臺燈市場的主體，但是，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展和人們的需求變化，傳統(tǒng)的臺燈已經(jīng)感受到產(chǎn)品更新?lián)Q代的威脅。與其他的智能化家用電器一樣，智能化臺燈有許多普通按鍵臺燈所無法比及的優(yōu)勢，智能化臺燈可以更節(jié)省電能，有利于環(huán)保，同時，智能臺燈在黑暗的時候自動開關(guān)燈的功能也讓使用者使用起來更方便，省去黑暗摸燈的麻煩。智能型電器產(chǎn)品由于它們的巨大優(yōu)勢將漸漸進(jìn)入人們的生活中。臺燈不僅在功能上日趨向智能化，同時在外觀上已逐步向組合化、裝飾化、情趣化方向發(fā)展。組合化是隨著人們生活節(jié)奏的加快，一些方便實用、新穎、美觀的組合臺燈正在市場上興起，有鬧鐘與臺燈組合的，有小型取暖器與臺燈組合的，有微型電訊與臺燈組合的，還有把筆架、文具盒、像片框與臺燈組合的等等，使臺燈更具有實用性。裝飾化，裝飾化臺燈注重裝飾效果，體現(xiàn)鮮明的藝術(shù)特色，使臺燈成為一件具有實用性的藝術(shù)品。由于這些臺燈不但具有現(xiàn)代工藝性，而且式樣多變，工藝精湛，造型也別具匠心。質(zhì)料上不再是單一塑料制品，還采用不銹鋼、銅、玻璃等材料制成，風(fēng)格各異。有乳白、橘黃、草綠、玫瑰紅、湖綠等顏色，消費者可按房間裝飾風(fēng)格及家具風(fēng)格來選購不同款式、質(zhì)料的臺燈，使臺燈與室內(nèi)布置形成一個完善的藝術(shù)整體。情趣化，情趣化臺燈往往以小巧玲瓏、想象豐富等特點而頗受青少年青睞。二、基本原理簡述（一）光傳感器檢測光的傳感器稱為光傳感器，通常是指將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的一種傳感器。用光電傳感器進(jìn)行非電量的測量時，只需將非電量信號轉(zhuǎn)化成為光信號即可。由于光傳感器都具有結(jié)構(gòu)簡單、非接觸性、可靠性高、反應(yīng)快等優(yōu)點，在軍用及民用中極為廣泛，因此，其種類繁多，常用的光傳感器包括光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、紅外線傳感器、光電耦合器件、電荷耦合器件、顏色傳感器、光纖傳感器、紫外線和放射線傳感器等多種。圖1光電式傳感器的組成光傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。光電效應(yīng)通常分為內(nèi)光電效應(yīng)、外光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。光敏電阻主要是根據(jù)敏感材料CDS、CDSE的內(nèi)光電效應(yīng)（光電導(dǎo)效應(yīng)高電阻率半導(dǎo)體受光照吸收光子能量后，產(chǎn)生電阻率降低而易于導(dǎo)電的現(xiàn)象）制成的。是一種物質(zhì)半導(dǎo)體充電器件，它具有靈敏度高、光譜響應(yīng)范圍寬、體積小、重量輕、機械強度高，耐沖擊、耐振動、抗過載能力強和壽命長等特點。內(nèi)光電效應(yīng)的物理過程是光照射到半導(dǎo)體材料上，材料中處于價帶的電子吸收光子能量，越過禁帶躍入導(dǎo)帶，從而形成自由電子，與此同時價帶也會相應(yīng)地形成自由空穴，即激發(fā)出電子空穴對，從而使導(dǎo)電性能增強，光線越強，阻值越低。如圖2所示，為了使電子能從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，即實現(xiàn)能級的躍遷，入射光的能量必須大于光電材料的禁帶寬度EG，亦即入射光的頻率應(yīng)高于由EG決定的紅限頻率。GEHC241式中，H為普朗克常數(shù),、分別為入射光的頻率和波長。圖2半導(dǎo)體能帶圖及內(nèi)光電效應(yīng)圖3光敏電阻工作原理圖圖4光敏電阻結(jié)構(gòu)圖光敏電阻的基本特性包括伏安特性、光照特性、光電靈敏度、光譜特性、頻率特性和溫度特性等。伏安特性一定光照下，加在光敏電阻兩端的電壓和光電流之間的關(guān)系曲線。光照特性在一定外加電壓下，光敏電阻的光電流I與光通量之間的關(guān)系特性曲線。圖5光敏電阻的伏安特性圖6光敏電阻的光照特性光電靈敏度單位光通量入射時能輸出的光電流的大小，即。光照不同，靈敏度也發(fā)生變化。光照增大，靈敏度下/DIR降。最大靈敏度是在光敏電阻上加以最大電壓時，光電流IM與光通量之比值。相對靈敏度是指在單位外加電壓下，入射單位光通量時對應(yīng)的光電流輸出，即KR/VI/V光譜特性光敏電阻對于不同波長的光，其靈敏度不同。圖7光敏電阻的光譜特性頻率特性光敏電阻具有延時特性，當(dāng)光敏電阻受到脈沖光照射時，光電流要經(jīng)過一段時間才能達(dá)到穩(wěn)定值，而在停止光照后，光電流也不會馬上為零。不同材料的延時特性不同，它們的頻率特性也不同。圖18為相對靈敏度與光強變化頻率之間的關(guān)系曲線。圖8光敏電阻的頻率特性光譜溫度特性隨著溫度變化，光敏電阻的暗電阻和亮電阻都會發(fā)生變化，光敏電阻受溫度影響大，光譜特性也受到影響。三單向可控硅的定義可控硅SCRSILICONCONTROLLEDRECTIFIER是可控硅整流器的簡稱?？煽毓栌袉蜗?、雙向、可關(guān)斷和光控幾種類型它具有體積小、重量輕、效率高、壽命長、控制方便等優(yōu)點，被廣泛用于可控整流、調(diào)壓、逆變以及無觸點開關(guān)等各種自動控制和大功率的電能轉(zhuǎn)換的場合。單向可控硅是一種可控整流電子元件，能在外部控制信號作用下由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通，但一旦導(dǎo)通，外部信號就無法使其關(guān)斷，只能靠去除負(fù)載或降低其兩端電壓使其關(guān)斷。單向可控硅是由三個PN結(jié)PNPN組成的四層三端半導(dǎo)體器件與具有一個PN結(jié)的二極管相比，單向可控硅正向?qū)ㄊ芸刂茦O電流控制；與具有兩個PN結(jié)的三極管相比，差別在于可控硅對控制極電流沒有放大作用。單向可控硅是三個電極，有陰極（K）、陽極（A）、控制極（G）。雙向可控硅等效于兩只單項可控硅反向并聯(lián)而成。即其中一只單向硅陽極與另一只陰極相邊連，其引出端稱T2極，其中一只單向硅陰極與另一只陽極相連，其引出端稱T2極，剩下則為控制極（G）。（一）性能性能的差別將旋鈕撥至R1擋，對于16A單向可控硅，紅筆接K極，黑筆同時接通G、A極，在保持黑筆不脫離A極狀態(tài)下斷開G極，指針應(yīng)指示幾十歐至一百歐，此時可控硅已被觸發(fā)，且觸發(fā)電壓低（或觸發(fā)電流?。?。然后瞬時斷開A極再接通，指針應(yīng)退回位置，則表明可控硅良好。（二）光控開關(guān)1首先可以確定光控開關(guān)不屬于光電開關(guān)。2光電開關(guān)是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的。它是利用被檢測物體對紅外光束（區(qū)分點）的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可檢測。光電開關(guān)在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為發(fā)送器、接收器和檢測電路。根據(jù)檢測方式的不同，紅外線光電開關(guān)可分為（1）漫反射式光電開關(guān)（2）鏡反射式光電開關(guān)（3）對射式光電開關(guān)（4）槽式光電開關(guān)（5）光纖式光電開關(guān)（三）光控開關(guān)，它的“開”和“關(guān)”是靠可控硅的導(dǎo)通和阻斷來實現(xiàn)的，而可控硅的導(dǎo)通和阻斷又是受自然光（區(qū)分點）的亮度（或人為亮度）的大小所控制的。該裝置適合作為街道、宿舍走廊或其它公共場所照明燈，起到日熄夜亮的控制作用，以節(jié)約用電。（四）光電開關(guān)應(yīng)用的環(huán)境是影響其長期工作可靠性的重要條件。當(dāng)光電開關(guān)工作于最大檢測距離狀態(tài)時，由于光學(xué)透鏡會被環(huán)境中的污物粘住，甚至?xí)灰恍娝嵝晕镔|(zhì)腐蝕，以至降低使用參數(shù)特性。但光控開關(guān)不受“檢測距離”這一指標(biāo)的影響。和臺燈的耐久性,最后綜合考慮臺燈的加工難易等抓住設(shè)計的核心與關(guān)鍵是權(quán)衡設(shè)計方案的必要條件簡單開關(guān)電路對于開關(guān)電路，往往要求控制電路和開關(guān)電路之間要有很好的電隔離，這對于一般的電子開關(guān)來說是很難做到的，但采用光電耦合器就很容易實現(xiàn)了。下圖（A）所示電路就是用光電耦合器組成的簡單開關(guān)電路。在圖中，當(dāng)無脈沖信號輸入時，三極管BG處于截止?fàn)顟B(tài)，發(fā)光二極管無電流流過不發(fā)光，則A、B兩端電阻非常大，相當(dāng)于開關(guān)“斷開”。當(dāng)輸入端加有脈沖信號時，BG導(dǎo)通，發(fā)光二極管發(fā)光，則A、B兩端電阻變得很小，相當(dāng)于開關(guān)“接通”。故稱無信號時開關(guān)不通，為常開狀態(tài)。下圖中（B）所示電路則為“帶閉”狀態(tài)，因為無信號輸入時，雖BG截止，但發(fā)光二極管有電流通過而發(fā)光，使A、B兩端處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于開關(guān)“接通”。當(dāng)有信號輸入時，BG導(dǎo)通，由于BG的集電結(jié)壓降在03V以下，遠(yuǎn)小于發(fā)光二極管的正向?qū)妷海园l(fā)光二極管無電流流過不發(fā)光，則A、B兩端電阻于開關(guān)“斷開”，故稱“常閉”式。可見，開關(guān)A、B端在電路中不受電位高低的限制，但在使用中應(yīng)滿足A端電為正，B端為負(fù)，并使UHEWONDEREDHOWINTHEWORLDHECAMETOBELONGTHEREINDEEDHISPENNINGANDPUBLISHINGTHISESSAYCAUSEDHISEXCOMMUNICATIONFROMHIGHSOCIETYANDALSOCAUSEDHIMALOTOFLEGALTROUBLETHELEGALTROUBLECAMEASARESULTOFTHEFACTTHATHEWASSPEAKINGOUTAGAINSTTHEGOVERNMENTILIKETOREFERENCESUCHTEXTSFROMTIMETOTIMEASANEXAMPLEBOTHOFTHEFACTTHATHISTORYDOESREPEATITSELFANDTHATTHISWORLDISNOTSOBIGTHATWHATAPPLIESTOONESOCIETYDOESNOTINANYWAYTOUCHANOTHERSOCIETYONAMUCHSMALLERSCALE,EMERSONSESSAYAFFECTSMEVERYDEEPLYNOTASANURGINGTOBECOMESELFRELIANTIMNOTHINGIFNOTTHATINHISTEXTHEEXPOUNDSONTHEIDEATHATONEMUSTGIVETHEIRLIFEAPURPOSEANDTHATISTHETRUETOPICOFTHISENTRYTHESELASTFOURYEARSHAVEBEENSOEASYTEACHFORAGRANDTOTALOFSIXHOURSAWEEK,ANDTHERESTOFMYTIMEISMINESINCEIVEBEENHEREIHAVEBEENTASKEDWITHNOTHINGMORECHALLENGINGTHANLEARNINGMYSTUDENTSNAMESANDFIGURINGOUTWHATTODOWITHTHEMFORTHEBRIEFTIMEEACHWEEKTHATISTANDINFRONTOFTHEMIDONOTCONSIDERTHECHALLENGESOFLEARNINGTOLIVEHEREPARTOFAPURPOSEFULLIFEICONSIDERTHOSEISSUESEXISTENTIALINNATUREONEOFTHEPROBLEMSWITHMYLIFEINAMERICAWASTHATIFELTITHADNOPURPOSEIWENTTOWORKEVERYDAYANDEVENDIDWHATICOULDTOMAKEMYCOLLEAGUESWORKLIVESEASIER,BUTISIMPLYCOULDNOTDIGESTTHEFACTTHATTHATWASMYSOLEPURPOSEINLIFEWITHNOFAMILYTOSUPPORT,IWASTHESOLEBENEFICIARYOFMYEMPLOYMENTTHEPAYCHECK,THEBENEFITS,THEINCENTIVESANDTHEREWARDSWEREMINEALONENOTMUCHOFAPURPOSEINBEINGSELFSERVING,