可控智能型小台灯设计毕业设计论文.docx
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可控智能型小台灯设计毕业设计论文
第一部分设计任务与调研
1.毕业设计的主要任务
设计并制作一种智能台灯，主要是以BISS0001和单片机组成的红外传感控制电路。
其特点是在有人时且外界光强较弱时能自动开灯，无人时关灯，节约能源；且能纠正坐姿，防止近视。
具体要求如下：
（1）．以专门感应人体红外信号的热释电红外传感器为基础，以BISS0001信号处理电路，利用单片机进行处理，以达到便于控制的目的；
（2）．当房间亮度不够时，且有人在附近时，台灯便会自动点亮，省去了黑暗中摸开关麻烦；
（3）．当学习时由于靠桌面太近，造成坐姿不正，系统就会提示，以纠正坐姿，防止近视；
（4）.学习太累了时，趴在桌子上睡会儿时，台灯就会自动熄灭；
（5）.当无人在时，系统也会使台灯自动熄灭，以达到节省能源的目的
2.设计的思路、方法。
制作一个自动调光台灯。
以人体红外辐射传感控制电路实现人体距离台灯的自动检测，实现自动感应开关灯（1m范围），达到智能控制。
用光敏电阻根据外界的光照实现自动调光。
采用可控硅驱动40w白炽灯（或采用5WLED灯）具体要求如下：
（1）电源电路设计
（2）红外辐射传感控制电路设计
（3）自动调光电路设计
（4）绘制原理图和印制电路图各一张
（5）制作硬件电路
（6）硬件电路测试。
3.调研的目的和总结
台灯已是千家万户的必需生活用品，经常由于忘记关灯而造成巨大的能源浪费。
当夜晚来临时，人们又摸黑去开灯，非常不方便。
在这里设计了以人体红外辐射（波长为9.5um）传感控制电路。
当人体在台灯的范围内且环境光强较弱时，自动感应开灯；当人体太靠近桌面时，台灯自动感应，若在一定时间内未离开桌面则自动熄灭。
当人离开时则自动关灯，达到节约能源的目的。
本系统制作的主要设计源泉来源于生活，因此创新之处也在于处理生活中一些比较常见的问题。
以专门感应人体红外信号的热释电红外传感器为基础，以达到便于控制的目的。
当房间亮度不够时，且有人在附近时，台灯便会自动点亮，省去了黑暗中摸开关的麻烦；当学习太累了时，趴在桌子上睡会儿时，台灯就会自动熄灭；当无人在时，系统也会使台灯自动熄灭，以达到节省能源的目的。
第二部分设计说明
1.系统组成部分
本系统制作的主要设计源泉来源于生活，因此创新之处也在于处理生活中一些比较常见的问题。
以专门感应人体红外信号的热释电红外传感器为基础。
其工作过程为：
当环境光比较强时，光敏电阻阻值比较小，信号处理电路检测到低电平信号，禁止热释电红外传感器工作。
当环境光比较弱时，光敏电阻阻值变大，信号处理电路接收到高电平，从而启动热释电红外传感器工作。
热释电红外传感器探测比较远的距离，当人体进入到传感器的控测范围内且光强较弱时，信号检测电路处理信号，使灯慢慢变亮。
传感器是将被检测对象的各种物理变化量变为电信号的一种变换器。
它主要被用于检测系统本身与作业对象、作业环境的状态，为有效地控制系统的动作提供信息。
根据本设计的要求需要对位置检测装置、滑觉传感器、视觉传感器进行选用。
位置检测装置检测机械手动作是否到位，滑觉传感器是判别物料是否被稳定吸住，视觉传感器是为了完成机械手对物料的识别。
2.热释电红外传感器的原理特性
热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。
不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。
为了抑制因自身温度变化而产生的干扰该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化并将其转换为电信号输出。
热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。
由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用因而需要用电阻将其转换为电压形式该电阻阻抗高达104ＭΩ，故引入的Ｎ沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器来完成阻抗变换。
热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。
设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。
由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。
3.热释电红外传感器的工作原理
人体具有约３７℃的恒定体温，所以会发出波长约１０μｍ左右的红外线，热释电红外传感器就是靠探测人体发射的１０μｍ左右的红外线进行工作的。
热释电红外传感器是一种具有极化现象的热晶体或称为“铁电体”。
其内部的热电元件由高热电系数的钽酸锂（ＬｉＴａＯ３）、钛酸钡（ＢａＴｉＯ３）、锆钛酸铅（ＰＺＴ）等材料组成。
这种铁电体的极化强度（单位而积的电荷）随温度变化而变化。
当红外光照射到已经极化的铁电体薄片表面上时，引起薄片温度升高，使其极化强度降低表面电荷减少，这相当于释放一部分电荷，所以叫做热释电红外传感器。
如果将负载电阻与铁电体薄片相连，则负载电阻上会产生一个电信号输出。
输出信号的大小取决于薄片温度变化的快慢，从而反映出入射的红外光的强度。
由此可知，热释电红外传感器的电压响应率正比于入射红外光的变化率，当恒定的红外光照射在热释电红外传感器上时，传感器没有电信号输出，而只有铁电体处于变化过程中才有电信号输出。
所以，必须有交变的红外光照射，不断引起传感器的温度变化，才能导致热释电产生并输出交变信号。
4.光敏电阻
用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。
通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。
按制作材料可将光敏电阻分为多晶和单晶光敏电阻，还可分为硫化镉（CdS）、硒化镉（CdSe）、硫化铅（PbS）、硒化铅（PbSe）、锑化铟（InSb）光敏电阻器等。
4.1光敏电阻的工作原理
光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。
在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。
光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。
光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。
它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。
它的工作原理是：
用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。
通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。
光敏电阻的原理结构如图所示。
在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。
光照愈强，阻值愈低。
入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。
在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。
光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。
4.2光敏电阻主要参数与特性
根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：
紫外光敏电阻器：
对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。
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。
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、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。
光敏电阻的主要参数是：
（1）光电流、亮电阻。
光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示。
（2）暗电流、暗电阻。
光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。
外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。
（3）灵敏度。
灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。
（4）光谱响应。
光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。
若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。
（5）光照特性。
光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。
从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。
若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。
在大多数情况下，该特性为非线性。
（6）伏安特性曲线。
伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。
（7）温度系数。
光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。
（8）额定功率。
额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率，当温度升高时，其消耗的功率就降低。
5.可控智能型小台灯的特点：
台灯已是千家万户的必需生活用品，经常由于忘记关灯而造成巨大的能源浪费。
当夜晚来临时，人们又摸黑去开灯，非常不方便。
在这里设计了以人体红外辐射（波长为9.5um）传感控制电路。
当人体在台灯的范围内且环境光强较弱时，自动感应开灯；当人体太靠近桌面时，台灯自动感应，若在一定时间内未离开桌面则自动变暗。
当人离开时则自动关灯，达到节约能源的目的。
随着智能控制理论和人工智能研究的深入，各种更加逼真地模拟人类智能的家用电器会更多地出现，将来不但更多地改进现行家用电器，而且将会产生全新的家用电器。
家用电器因为单片机的加入而走向智能化，并且随着人们生活水平的提高日益走向平民化，我们的生活也随着家用用电器的发展越来越方便、舒适。
随着家用电器的发展，作为家用电器当中的小台灯也要顺应科技的发展步伐走向智能化。
虽然按键式的台灯还是台灯市场的主体。
但是，随着现代电子技术的发展和人们的需求变化，传统的台灯已经感受到产品更新换代的威胁。
与其他的智能化家用电器一样，智能化台灯有许多普通按键台灯所无法比及的优势，智能化台灯一方面可以更节省电能，有利于环保。
同时，智能台灯在黑暗的时候自动开关灯的功能也让使用者使用起来更方便，省去黑暗摸灯的麻烦。
台灯是一般家庭的生活必需品，但由于经常忘记关灯而造成巨大的能源浪费。
全球这么多台灯，估算一下，消耗能源可观。
另一个是作为一个必需品，当然要使生活变得更方便，省去了黑暗中开灯的麻烦。
本系统在实验室进行了实物实验。
热释电红外探测器1的距离是4m左右（距离可调），主要是因为般来说是门离书桌的距离;以便黑暗中时人一到门口则启动，省去了开灯的麻烦，用户可以根据自己的实际情况进行距离调节。
热释电红外探测器1的距离是10cm左右（距离可调），主要考虑是当学习时，有时坐姿不正，引起身体离桌面太近，容易引起近视，提醒注意，若在设定的时间内未离开，则强制熄灭。
有时人学习累了，趴在桌子上睡觉，而忘了关灯,这时系统就会检测到，从而启动延时程序，一段时间过后，台灯就会自动熄灭。
第三部分设计成果
1.电源电路设计
电路中采用四个二极管，互相接成桥式结构。
利用二极管的电流导向作用，在交流输入电压U2的正半周内，二极管D1、D3导通，D2、D4截止，在负载RL上得到上正下负的输出电压；在负半周内，正好相反，D1、D3截止，D2、D4导通，流过负载RL的电流方向与正半周一致。
因此，利用变压器的一个副边绕组和四个二极管，使得在交流电源的正、负半周内，整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电压和电流。
当流过电感的电流变化时，电感线圈中产生的感生电动势将阻止电流的变化。
当通过电感线圈的电流增大时，电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反，阻止电流的增加，同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中；当通过电感线圈的电流减小时，自感电动势与电流方向相同，阻止电流的减小，同时释放出存储的能量，以补偿电流的减小。
因此经电感滤波后，不但负载电流及电压的脉动减小，波形变得平滑，而且整流二极管的导通角增大。
在电感线圈不变的情况下，负载电阻愈小，输出电压的交流分量愈小。
只有在RL>>ωL时才能获得较好的滤波效果。
L愈大，滤波效果愈好。
另外，由于滤波电感电动势的作用，可以使二极管的导通角接近π，减小了二极管的冲击电流，平滑了流过二极管的电流，从而延长了整流二极管的寿命。
然后通过稳压电路提供稳定的直流电源，组成了智能台灯的电源电路。
电路原理如图3-1所示：
图3-1电源电路图
2.红外传感模块电路设计
红外传感模块电路如图3-2
图3-2红外传感电路
检测屋内是否有人我们选用BIS0001红外热释传感器，因为该传感器灵敏度好，好控制，而且价钱不贵。
3脚接电源VCC，1脚接地。
由于该传感器的带负载能力较弱，加一个三极管作为其驱动电路。
3.光控开关
（一）首先可以确定光控开关不属于光电开关。
（二）光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。
它是利用被检测物体对红外光束（区分点）的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可检测。
光电开关在一般情况下，有三部分构成，它们分
为：
发送器、接收器和检测电路。
根据检测方式的不同，红外线光电开关可分为：
（1）漫反射式光电开关
（2）镜反射式光电开关
（3）对射式光电开关
（4）槽式光电开关
（5）光纤式光电开关
（三）光控开关，它的“开”和“关”是靠可控硅的导通和阻断来实现的，而可控硅的导通和阻断又是受自然光（区分点）的亮度（或人为亮度）的大小所控制的。
该装置适合作为街道、宿舍走廊或其它公共场所照明灯，起到日熄夜亮的控制作用，以节约用电。
（四）光电开关应用的环境是影响其长期工作可靠性的重要条件。
当光电开关工作于最大检测距离状态时，由于光学透镜会被环境中的污物粘住，甚至会被一些强酸性物质腐蚀，以至降低使用参数特性。
但光控开关不受“检测距离”这一指标的影响。
和台灯的耐久性,最后综合考虑台灯的加工难易等.抓住设计的核心与关键是权衡设计方案的必要条件.
4.可控硅
可控硅T选用1A/400W的进口单向可控硅1006型，如负载大可选用3A、6A、10A等规格的单向可控硅。
单向可控硅是一种可控整流电子元件，正向导通受控制极G电流控制。
阳极A电位高于阴极K电位，控制极G有足够的正向电压和电流时，从截至到导通。
阳极A电位高于阴极K电位和阳极A电流大于维持电流时，维持导通。
阳极A电位低于阴极K电位和阳极电流小于维持电流，从导通到截止。
5.智能台灯电路设计
智能台灯电路如图3-3：
图3-3智能台灯电路图
传感器是将被检测对象的各种物理变化量变为电信号的一种变换器。
它主要被用于检测系统本身与作业对象、作业环境的状态，为有效地控制系统的动作提供信息。
根据本设计的要求需要对位置检测装置、滑觉传感器、视觉传感器进行选用。
位置检测装置检测机械手动作是否到位，滑觉传感器是判别物料是否被稳定吸住，视觉传感器是为了完成机械手对物料的识别。
第四部分结束语
本系统的主要设计思想来源于生活。
台灯是一般家庭的生活必需品，但由于经常忘记关灯而造成巨大的能源浪费。
全球这么多台灯，估算一下，消耗能源可观。
另一个是作为一个必需品，当然要使生活变得更方便，省去了黑暗中开灯的麻烦，并且可以纠正坐姿。
本系统在实验室进行了实物实验。
热释电红外探测器1的距离是4m左右（距离可调），主要是因为般来说是门离书桌的距离;以便黑暗中时人一到门口则启动，省去了开灯的麻烦，用户可以根据自己的实际情况进行距离调节。
热释电红外探测器1的距离是10cm左右（距离可调），主要考虑是当学习时，有时坐姿不正，引起身体离桌面太近，容易引起近视，此时台灯发出警告，提醒注意，若在设定的时间内未离开，则强制熄灭。
有时人学习累了，趴在桌子上睡觉，而忘了关灯,这时系统就会检测到，从而启动延时程序，一段时间过后，台灯就会自动熄灭。
本系统的主要技术难点在于对人体红外信号的采集及处理。
由于采用的是热释电红外传感器，当人体进入其感应范围时，传感器就会产生几mV信号，然后通过以BISS0001为中心的信号处理电路，对信号进行二次放大，并滤波，以防止外界的信号产生干扰。
信号经过BISS0001后从而转化为数字信号输出，本系统制作的主要设计源泉来源于生活，因此创新之处也在于处理生活中一些比较常见的问题。
以专门感应人体红外信号的热释电红外传感器为基础，以BISS0001信号处理电路，以达到便于控制的目的。
当房间亮度不够时，且有人在附近时，台灯便会自动点亮，省去了黑暗中摸开关的麻烦；当学习太累了时，趴在桌子上睡会儿时，台灯就会自动熄灭；当无人在时，系统也会使台灯自动熄灭，以达到节省能源的目的。
第五部分致谢
经过一段时间的不懈努力，本次毕业设计即将接近尾声，这次设计电路，由于知识及经验的匮乏，难免遇到很多困难，如果没有导师的督促指导以及同学们的支持，很难顺利的完成此次毕业设计。
从开始选题到设计的顺利完成，都离不开老师、同学、朋友给以的帮助，在这里请接受我的谢意!
首先，在本次毕业设计过程中，从选题、构思、资料收集到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导，使我对课程的多方面的知识有了深刻的认识，使我得以最终完成毕业设计，在此表示衷心感谢。
其次，感谢一起做毕业设计的同学们，感谢你们给我的帮助和鼓励，感谢你们在我遇到困难时所给的帮助，正是有了你们的帮助和鼓励，此次毕业设计才得以顺利的完成。
最后，对大学三年以来曾经关心支持过我的老师、同学，特别是我的亲爱的室友们送上最真诚的谢意。
对于给我们提供了良好学习环境大学，更是充满了感激，由于母校的培养，才使我成长为一个合格的大学生。
第六部分参考文献
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