光控电路

编号：09006310218

南阳师范学院2013届毕业生

题 目： 完 成 人： 班 级：学 制：专 业： 完成日期：

毕业论文

几种简明光控电路设计

目 录

摘要 ·············································· (1) 1光控电路的重要性 ································· (1) 2光控电路的构成及工作原理 ·························· (2)

2.1光控电路的构成 ·································· (2) 2.2光控电路的工作原理 ······························· (2)

3光敏电阻简介及其特性研究 ·························· (2)

3.1光敏电阻简介 ···································· (3) 3.2特性研究 ······································· (3)

4几种简明光控电路设计 ······························ (5)

4.1新颖的门控夜明灯电路 ······························ (5) 4.2光控显示器

····································· (6)

4.3光控开光 ······································· (7) 4.4光敏电阻光控调光电路 ······························ (8) 4.5光敏电阻在自动照明灯中的应用 ······················· (8) 4.6光敏电阻在火灾报警中的应用 ························· (9) 4.7简易光控开关电路 ································ (10) 4.8光控路灯 ······································ (10) 4.9光控指示灯

···································· (11)

4.10光控节能灯 ···································· (12)

5总结············································ (12) 参考文献 ········································· (13) Abstract ·········································· (14)

几种简明光控电路设计

作 者：黄世飞 指导老师：卢成

摘要：科技的进步，人们的生活质量越来越好，大量的自动化技术应用于我们的生活，使人们体力劳作越来越少，而生活却越来越方便。光控电路就是一个很好的例子，在走廊、楼道、及道路两旁等设有路灯的地方，基本都使用了光控电路。光控电路能满足白天路灯自动熄灭，晚上自动点亮的要求，使我们的生活更加便捷。几种简明光控电路设计主要包括4个模块:感光电路、光控电路、继电器驱动电路和照明电路模块。光控电路具有节省电能，长期运行不发热，工作稳定可靠。它采用光电检测电路对照明灯进行控制，它主要由环境光线检测电路、直流电压比较器及光电耦合器组成。由于电路的各个元件都有各自的参数，手工绘制不方便，所以采用proteus绘图。Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件 ，它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，因此可以很好的用于电路图的设计。

关键字: 光敏电阻; 双向触发二极管; 晶闸管; PROTEUS软件.

一．光控电路的重要性

随着国内外电子产业的飞速发展，现如今光控电路已经成为人们生活中广泛应用的必需品。它广泛应用与走廊，楼道，公路，马路，

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招待所，厂房车间等公共场所，给人们的日常生活带来极大方便。尤其在当今能源短缺的大前提下光控电路所能实现的节能，环保优势大大显现出来。光控电路具有节能，体积小，发热量低，寿命长，耗电量小，反应速度快，容易控制等诸多优点，极大地满足了人们日常生活的需要，由此光控电路的诸多优点正逐渐使得光控灯逐步取代传统的照明设备，是照明产品的新兴光源，有“绿色照明”光源之称。未来的光控电路发展潜力无限。国内外光控灯电路的应用十分广泛，实用性极强。尤其是近年来国家大力提倡节能降耗，而传统的路灯控制方式多数是集中定时控制其开关状态。其线路铺设，维护需要大量的人力和财力，同时对于路灯是否正常也只能用人工方式进行检查，这些对路灯的管理极为不便也容易造成电能损耗。因此有必要对路灯等控制系统进行改进。目前，很多城市的路灯控制系统处于人工管理的状态，使路灯的管理和维护成本加大。随着社会不断发展，人们的生活也日益智能化。相对于其他类型的路灯，光控路灯系统不仅能更好的给人们带来方便，而且还不需要人的操作，能自动切换路灯的开关状态。体现了现代科技的智能化，同时也降低了路灯管理和维护的费用。

二．光控电路的构成和工作原理

2.1光控电路的构成：几种简明光控电路设计主要包括4个模块:感光电路、光控电路、继电器驱动电路和照明电路模块。 2.2光控电路的工作原理：

1)光控电路模块主要通过光敏电阻阻值的大小控制NPN硅管的导通与截止。三极管有NPN型、PNP型两种，按材料又分为硅管和锗管两种。本设计选用的是9014型NPN型硅管；

2)继电器驱动电路模块主要通过NPN硅管的导通与截止控制继电器触点的开启与闭合，实现弱电对强电的控制。本设计选用的继电器具有用途广泛、价格低廉、实用性高等特点；

3)照明电路模块是整个电路的终端，实现整个电路的最终目的即控制220V的灯泡的点亮及熄灭。

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三、光敏电阻简介及特性研究

3.1.光敏电阻简介

光敏电阻是利用物体的电导率会随着外加光照的的影响而改变的性质而制作的一种特殊电阻。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时候即可以加直流电压，也可以加交流电压。它的电流随电压呈线性变化。光敏电阻在无光照的时候，其暗电阻的阻值一般很大，在有光照的时候，其亮阻的阻值变得很小，两者的差距较大。半导体光敏电阻的主要特点是灵敏度高、体积小、重量轻、电性能稳定、可以交直流两用，而且工艺简单，价格便宜等，正是由于这些优点，使光敏电阻被广泛应用于照相机日光控制、光电自动控制、光电藕合、光电自动检测、电子光控玩具、自动灯开关及各类可见光波 段光电控制测量场合。 3.2.特性研究

(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)下图3.1表示CdS光敏电阻的光照特性。在一定外加电压下，光敏电阻的光电流和光通量之间的关系。不同类型光敏电阻光照特性不同，但光照特性曲线均呈非线性。因此它不宜作定量检测元件，这是光敏电阻的不足之处。一般在自动控制系统中用作光电开关。

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图3.1光敏电阻与光强

图3.2光敏电阻的光谱特性

(5)光敏电阻的光谱特性光谱特性与光敏电阻的材料有关。从图3.2中可知，硫化铅光敏电阻在较宽的光谱范围内均有较高的灵敏度，峰值在红外区域；硫化镉、硒化镉的峰值在可见光区域。因此，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的效果。

图3.3光敏电阻的伏安特性

图3.4光敏电阻的频率特性

(6)光敏电阻的伏安特性（如上图3.3）

在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关系称为伏安特性。图中曲线1、2分别表示照度为零及照度为某值时的伏安特性。由曲线可知，在给定偏压下,光照度较大，光电流也越大。在一定的光照度下，所加的电压越大，光电流越大，而且无饱和现象。但是电压不能无限地增大，因为任何光敏电阻都受额定功率、最高工作电压和额定电流的限制。超过最高工作电压和最大额定电流，可能导致光敏电阻永久性损坏。

(7)光敏电阻的频率特性（如上图3.4）

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当光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流要经过一段时间才能达到稳定值，而在停止光照后，光电流也不立刻为零，这就是光敏电阻的时延特性。由于不同材料的光敏，电阻时延特性不同，所以它们的频率特性也不同，如图。硫化铅的使用频率比硫化镉高得多，但多数光敏电阻的时延都比较大，所以，它不能用在要求快速响应的场合。

图3.5光敏电阻的温度特性

(8)光敏电阻的温度特性（如上图3.5）

其性能(灵敏度、暗电阻)受温度的影响较大。随着温度的升高，其暗电阻和灵敏度下降，光谱特性曲线的峰值向波长短的方向移动。硫化镉的光电流I和温度T的关系如图所示。有时为了提高灵敏度，或为了能够接收较长波段的辐射，将元件降温使用。例如，可利用制冷器使光敏电阻的温度降低。

四、几种简明光控电路的设计

4.1新颖的门控夜明灯电路

1)门控夜明灯电路设计所需电子元件：双向触发管，发光二极管，双向可控硅。光敏电阻器和普通电阻各一个； 2)门控夜明灯工作原理电路图：

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图4.1门空夜明灯电路

3)门控夜明灯工作原理：RG为光敏电阻，在晚上光强小于10 lx，RG的阻值大于1MΩ，在白天，光线较强，光强大于200lx，RG的阻值小于10kΩ，白天和晚上，RG的阻值相差100倍左右；G为双向触发管。U1为双向可控硅，作交流开关。开关为机械开关，与房门的开和关相联系，门开着开关被打开，此时由于RG和R1分压双向可控硅导通，等被点亮。门关着开关闭合，此时光敏电阻两端短路，晶闸管截止，所以不管是白天还是晚上，只要是门关着，灯就不会亮。门控夜明灯只有在门被推开，光线弱时灯才亮，而且，随着光线减弱灯发出的亮度也相应增强，直到灯被完全点亮，当外界光线较强时附在发出的光相应减弱，直到熄灭。 4.2光控显示器

1)光控显示器的元件选择：两个三极管，一个光敏电阻，一个可调电阻，一个电解电容，一个普通电阻，一个发光二极管，直流电源； 2)光控显示器原理图：

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图4.2光控显示器电路

3)光控显示器的工作原理：原理图如图4.2，三极管，电容，可调电阻等构成了互补多谐振荡器，电容为反馈电容，振荡频率由可调电阻和电容共同决定。白天光射在光敏电阻上，其阻值减小，多谐振荡器停止震荡，发光二极管不亮，晚上无光，光敏电阻阻值增大，振荡器起震，发光二极管亮。 4.3光控开关

1)光控开关的实验元件清单：电阻：R1（5.1kΩ)、R2（470Ω）各一个，可调电阻W（5k）一个，光敏电阻一个，继电器，蜂鸣器，三极管BG两个（9013），发光二极管LED（5mm)； 辅助器件：万用表，直流电源（6V），导线若干； 2)光控开关的工作原理图：

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图4.3光控开关电路图

3)光控开关的工作原理：常用的光探测器件是硫化镉（Cds）光敏电阻，它是由半导体材料制成的。当光照射到光敏电阻时，光子被Cds半导体物质吸收，激发出更多的电子空穴对，使载流子数目增加，从而导致光敏电阻阻值（暗阻）在1~10MΩ之间；在强光条件下，电阻阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。本实验是用光敏电阻作为光探测器件。如下图所示，在由电阻R1、光敏电阻Cds和可调电阻W组成的分压偏。控开关电路图电路中，当A点电压低于晶体三极管基极的导通电压时，晶体三极管Q1、Q2均处于截止状态，发光二极管LED不发光，表示继电器J出于释放状态，继电器J的常闭触点接通蜂鸣器B使之发声。当照射在光敏电阻Cds上的光强增大，使光敏电阻阻值减小，分压偏置电路中的A点电压升高，当超过三级管导通电压时，晶体三极管Q1、Q2导通，发光二极管LED亮；继电器J吸合，常闭触点打开，蜂鸣器B停止发声。 4.4光敏电阻光控调光电路

1)光敏电阻光控调光电路的元件选择：交流220v电源，整流桥，光敏电阻，双向触发管，二双向可控硅、电阻等； 2)光敏电阻光控调光电路原理图：

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图4.4光敏电阻光控调光电路

3)光敏电阻光控调光电路的工作原理：接通电源，当周围光强度变弱时，光敏电阻的阻值变大，则光敏电阻两端的电压增大，电容C1进行充电（20V-35V）使DB3导通来控制可控硅导通，则灯泡变亮。反之，当周围光强度变亮时，光敏电阻的阻值变小，则光敏电阻两端的电压减小，电容C1进行充电（20V-35V）不能使DB3导通来控制可控硅导通，使得全部电压压到R2和光敏电阻上，LB上的压降不足使它发光，灯泡不亮。

4.5光敏电阻在自动照明灯中的应用

1)光敏电阻在自动照明灯中的应用的元件选择：灯泡，电容 ，光敏电阻，双向触发管，二双向可控硅。电阻等； 2)光敏电阻在自动照明灯中的应用原理图：

图4.5自动照明灯电路

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3)光敏电阻在自动照明灯中的应用的实验原理：这种自动照明灯电路图如图，D1 为触发二极管, 触发电压约30V 左右。在白天时, 光敏电阻的阻值低, 其分压低于30V，触发二极管截止, 双向可控硅无触发电流。晶闸管两端呈断开状态。晚上天黑, 光敏电阻阻值增加, 光敏电阻电压大于30V, 触发二极管导通, 双向可控硅呈导通状态, 电灯亮。R1C1 为保护双向可控硅的吸收电路。 4.6光敏电阻在火灾报警中的应用

1)光敏电阻在火灾报警中的应用的元件选择：lm393，光敏电阻，电位器，发光二极管，三极管等； 2)光敏电阻在火灾报警中的应用原理图：

图4.6火灾报警电路

3)光敏电阻在火灾报警中的应用的实验原理：利用光敏电阻的光电特性，即光敏电阻受光照的影响后阻值变化的特性来检测火灾。电路工作与正常光线下，调节电位器的阻值，使比较器lm393的反响输入端的电位高于同相端的电位，这时指示灯暗。如果发生火灾，光敏电阻感应到火焰照度，阻值变小，同相输入端电位升高，报警指示灯亮。 4.7简易光控开关

1)简易光控开关的元件选择：光敏电阻，发光二极管，555定时器。继电器。电容电阻等； 2)简易光控开关原理图：

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图4.7简易光控开关电路

3)简易光控开关的实验原理:电路由发射装置：发光二极管；接收装置（光敏电阻），延时电路（ne555），开关控制部分（继电器）组成。当人靠近桌子挡住了led发出的光，光敏电阻阻值变大，从而影响VT1，VT2，使得VT2输出高电平，555的7脚放电管导通，继电器吸合，灯泡点亮。当人离开时光敏电阻阻值较小，从而使得VT2输出低电平，555的7脚放电管截止，继电器释放，灯灭。电路可以设定延时为一分钟，这样可以防止人偶尔的离开或者身体的移动使光路畅通，造成灯灭。 4.8光控路灯

1)光控路灯的元件选择：光敏电阻，灯泡，二极管，晶闸管等； 2)光控路灯的原理图：

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图4.8光控路灯电路

3)光控路灯的实验原理:如图4.8所示是一个简单易作的光控路灯电路，只要夜幕来临，电灯自动点亮，白天，灯自行熄灭。该电路具有软启动功能，因为夜幕降临时，自然光线是逐渐缓慢变弱的，所以光敏电阻R1的阻值是逐渐变大，VT门极电平也是逐渐升高。故晶闸管由关断变为开通是经历一个微导通与弱导通阶段，所以电灯E有一个逐渐变亮的软启动过程。 4.9光控指示灯

1)光控指示灯的元件选择：光敏电阻，灯泡，二极管，双向触发管，晶闸管等；

2)光控指示灯的原理图：

图4.9光控指示灯电路

3)光控指示灯的实验原理:如图4.9所示是一个采用双向晶闸管制作的光控路灯电路，且它也采用二线制接法，所以安装比较简便。白天，光敏电阻器Ｒl因受自然光线照射，R1呈现低电阻，它与Ｒ1分压后，获得的电压低于双向触发二极管DIAC的折转电压，故双向晶闸管vth阻断，电灯L1不亮。当夜幕来临时，R1上分得电压逐渐升高，当高于DIAC的折转电压时， U1开通，路灯L1点亮。该电路具有软启动过程，有利于延长灯泡的使用寿命。增减R1的阻值可以改变电路的光控灵敏度，但一般情况下可以不必调整。DIAC可用转折电压为20～40v的双向触发二极管，如2CTS、DB3型等。 4.10光控节能灯

1)光控节能灯的元件选择：桥式整流电路，晶闸管，稳压管等；

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2)光控节能灯的原理图：

图4.10光控节能灯

3)如图所示是一个性能较好的采用单向晶闸管的简易光控路灯电路。VDP为光敏二极管，白天它呈低电阻，阻值≤1kΩ，三极管VT2截止，晶闸管VT1因门极无触发电流而处于关断态，路灯E不亮。夜晚，VDP无光照射呈高电阻，阻值≥100kΩ，VT2导通，发射极可输出正向触发电流流经VT1的门极，使VT1开通，E点亮发光。调节RP可使电路在需要开灯的光照度下使灯E点亮。该电路设置了稳压管VS，使电路工作比较稳定可靠。电路安装时，光敏二极管VDP同样应注意避免灯E的自身光线照射。

四．总结

1)光控电路广泛应用于走廊，楼道，公路，马路，招待所，厂房车间等公共场所,给人们的日常生活带来极大方便。

2)光控电路具有节能，体积小，发热量低，寿命长，耗电量小，反应速度快，容易控制等诸多优点，极大地满足了人们日常生活的需要。 3)利用光敏电阻的特性，再结合常用的电路知识和生活实际，设计出几种简明光控电路。

4)利用proteus绘制电路图的软件制作出基本的电路。

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主要参考文献

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Some simple light-operated circuit design

Huang Shifei

Abstract: With the progress of science and technology, people's life quality is getting better and better. A lot of automation technology used in our life, which makes people’s physical labor less and less and life is become more and more convenient. The light control circuit is a good example, you will see it in the aisle, corridor, and both sides of the road. Street light, the basic use of the optically controlled circuit. Light-operated circuit can meet the daytime automatically extinguished, lit at night automatically requirements, which makes our life more convenient.The light control circuit mainly includes 4 modules: the photosensitive circuit, control circuit, the relay drive circuit and the lighting circuit module. Light-operated circuit has electric energy saving, long-term operation without heat,

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stable and reliable work. It uses a photoelectric detection circuit control lamp,which is mainly composed of the ambient light detection circuit, voltage comparator and photoelectric coupler. Because each element of the circuit has its own parameters, manual drawing is not convenient. So we use Proteus. Proteus software is a British Labcenter electronics that published by the EDA software. The simulation function which not only cope with other EDA tools software,but can simulate the single-chip microcomputer and peripheral devices. Proteus is the world famous EDA tools (simulation software). you may see it from the principle chart layout, debugging code to the MCU and peripheral circuit simulation, switch to the PCB design. The real implementation of the complete design from concept to product. As the world's only the circuit simulation software, PCB design software and virtual simulation software in three with a design platform,. So it is very useful in our circuit design .

Key word： LDR ，SCR, DIAC , PROTEUS SOFTWARE.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/gxqx.html