红外感应式延时照明灯.doc

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《数字电子技术》课程设计

——红外感应式延时照明灯

院（系）名称 信息工程学院
专 业 班 级 08普本电信二班
学 号 080102502
学 生 姓 名
指 导 教 师

2010年 6 月 6 日

数字电子技术 课程设计评阅书
题目
红外感应式延时照明灯
学生姓名

学号
080102502
指导教师评语及成绩

指导教师签名：
年 月 日
答辩评语及成绩

答辩教师签名： 年 月 日
教研室意见

总成绩：

教研室主任签名：
年 月 日
课程设计任务书
2009—2010学年第二学期
专业： 电子信息工程 学号： 080102502 姓名：
课程设计名称： 电子技术课程设计
设计题目： 红外感应式延时照明灯的设计
完成期限：自 2010 年 6 月 1 日至 2010 年 6 月 14 日共 2 周
设计依据、要求及主要内容：
设计依据：
红外感应式延时照明灯可以用于家庭走廊、储藏室、卫生间或卧室梳妆台前等，只要人走近灯就亮，离开灯延时一段时间后自动熄灭，方便了人们的日常生活。
设计任务：
采用红外线反射式电路结构，红外发射器与接收器需安装在同一方向的同一平面内，使发射器与接收器成为一体化结构，并使用同一个电源供电。然后用555时基电路结合电阻、电容等控制延时的时间长短。可以使用KA2148对反馈信号实现放大。最后根据设计原理图焊接、调试。
设计要求：
1、 设计出完整的电路图，包括各个单元电路的具体细节；
2、 设计出电路布局与连线图；
3、 搭接电路，进行调试。
参考资料：
[1] 刘修文.实用电子电路设计300例[M].北京：中国电力出版社，2004.
[2] 精选实用电子电路260例.超星书籍
[3] 电子技术基础实验与课程设计.超星书籍
[4] 安兵菊等，电子技术基础实验及课程设计[M].北京：机械工业出版社，2007.
[5] 臧春华等，电子线路设计与应用[M].北京：高等教育出版社，2006.
[6] 朱正伟，何宝祥，刘训非.数字电路逻辑设计[M].北京：清华大学出版社，2006.
指导教师（签字）： 教研室主任（签字）：
批准日期： 年 月 日

红外感应式延时照明灯的设计
摘要
上个世纪90年代以来，中国经济的持续高速发展带动了能源消费量的急剧上升。自1993 年起，中国由能源净出口国变成净进口国，能源总消费已大于总供给，能源需求的对外依存度迅速增大。煤炭、电力、石油和天然气等能源在中国都存在缺口，因此节能思想尤为重要，节能的中心思想是采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可接受的措施，来更有效地利用能源资源。为了达到这一目的，需要从能源资源的开发到终端利用, 更好地进行科学管理和技术改造,以达到高的能源利用效率和降低单位产品的能源消费。由于常规能源资源有限，而世界能源的总消费量则随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高越来越大，世界各国十分重视节能技术的研究，特别是节约常规能源中的煤、石油和天然气，因为这些还是宝贵的化工原料；电力作为一种洁净方便的能源广泛的应用与我们的生活与生产方面，因此电能的节能尤为重要，要节能首先就要做到节约能源，其次再通过科学研究发明更加人性化和节能的用电器。

本文介绍了红外线感应开关的原理，采用KA2148将接收到的微弱信号加以放大，然后驱动继电器，制成红外电感应开关。本开关能探测来自移动人体的红外辐射，只要人体进入探测区域，开关会自动开启。该设计可作为企业、宾馆、商场及住宅的走廊、楼梯、电梯间、卫生间、库房等处的自动开关，起到“人来灯自亮，人走灯自灭”的作用，既新颖方便，又节约用电，在某些场所还能起到威慑盗窃活动的防范作用。本设计结构简单，本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，价格低廉，隐蔽性好，应用范围广，所以可以通过扩展而达到实际的应用。

关键词：红外，感应，555时基电路，KA2148集成电路

目 录
1 绪论 4
1.1课题描述 4
1.2基本工作原理及框图 4
2.相关芯片及电路设计 5
2.1NE555芯片 5
2.1.1 NE555的功能特性 5
2.1.2 NE555的特点 6
2.1.3红外发射管的驱动电路 6
2.2 KA2184芯片 6
2.2.1 KA2184内部结构 6
2.2.2 KA2184各引脚介绍 7
2.3 基于555的单稳态触发器 8
2.4 整体电路 8
总   结 9
致   谢 10
参考文献 11

1 绪论
1.1课题描述
随着电子技术，特别是随大规模集成电路的产生而出现的微型计算机技术的飞速发展，人类生活发生了根本性的改变。集成电路的出现给现代工业带来了不小的变革。它体积小、重量轻、高可靠性、高性能价格比，在电子技术中得到了广泛的应用。本课题研究的内容就是以KA2148为主要控制元件，通过555时基电路等元器件实现红外感应式延时照明电路的设计。
1.2基本工作原理及框图
本课程设计主要由红外发射管的驱动电路、KA2148集成电路、脉冲启动型单稳态触发器构成。其基本工作原理：红外发射管的驱动电路驱动红外发射管正常工作，当人靠近时，产生红外信号，红外发射管将红外反射信号输入KA2148，通过电路内对信号的放大与调节，由其输出的低电平使三极管导通，并触发单稳态触发器工作，使电灯变亮。基本工作原理框图如图1.1所示。
红外发射管的驱动电路（NE555）

KA2148集成电路

脉冲启动型单稳态触发器（NE555）

图1.1基本工作原理框图
2.相关芯片及电路设计
2.1NE555芯片
NE555 (Timer IC)大约在1971年由Signetics Corporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的30年來非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路，尽管近年來CMOS技术版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前都可直接的代用。

NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉冲信号。 555引脚图如图2.1所示

图2.1 NE555芯片引脚图
2.1.1 NE555的功能特性
供应电压4.5-18V
供应电流3-6 mA
输出电流225mA (max)
上升/下降时间100 ns
2.1.2 NE555的特点
1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。
2.它的操作电源电压范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。
3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。
4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。
5.静态电流 最大值 VCC = 5 V, RL = ∞ =6mA  VCC =15 V, RL = ∞ =15mA 
2.1.3红外发射管的驱动电路
多谐振荡器的振荡频率由（Rl＋R2）、R3与Cl的值决定。通常用于红外发射的驱动频率为38一40kHz，电路中采用可调电阻R1将其频率调整在这一范围内，并与接收电路的中心频率相一致，使接收电路呈最佳接收状态。多谐振荡器的振荡频率可由公式f=1.443/（R1＋R2＋2R3）C1来计算。
2.2 KA2184芯片
2.2.1 KA2184内部结构

图2-2 KA2184内部结构

2.2.2 KA2184各引脚介绍
KA2184引脚介绍如下：
1脚：超声信号输入端，该脚的输入阻抗约为40kΩ。
2脚：该脚与地之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。增大电阻R1或减小C1,将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。但C1的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为R1=4.7Ω，C1=1μF。
3脚：该脚与地之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为3.3μf。
4脚：接地端。
5脚：该脚与电源间接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。例如，取R=200kΩ时，f0≈42kHz，若取R=220kΩ，则中心频率f0≈38kHz。
6脚： 该脚与地之间接一个积分电容，标准值为330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。
7脚：遥控命令输出端，它是集电极开路输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，推荐阻值为22kΩ，没有接受信号是该端输出为高电平，有信号时则产生下降。
8脚：电源正极，4.5～5V。
超声波传感器接收部分
2.3 基于555的单稳态触发器
这是一个由555时基集成电路组成的脉冲启动型单稳态触发器，平时电路处于稳态，2脚为高电，3脚输出低电平。当有负向脉冲或低电平加至它的2脚后，电路立即翻转，3脚变为高电平，这一高电平使继电器K通电吸合，将电灯的电源电路接通，电灯EL亮
当3引脚输出高电平时，电路进人暂稳态，同时由电源通过电阻器RII向电容器C8充电。电容器C8的充电过程便是该暂稳态的暂稳时间，当C8充电电压达到电源电压vDD的2/3（6脚的翻转电压）时，电路翻转，单稳态电路的暂稳过程结束，3脚变为低电平。继电器K失电后释放，断开电灯的电源，电灯EL灭。
2.4 整体电路

图2-3 整体电路图
总   结
经过近多日的努力，终于将本次课程设计做完了，但由于水平有限，文中肯定有很多不恰当的地方，请老师指出其中的错误和不当之处，使我能做出改正，我会虚心接受。在本次课程设计过程中，我增强了自己的动手能力和分析能力。通过跟老师和同学的交流，也通过自己的努力，我按时完成了这次课程设计。在此过程中，我学会了很多，也看到了很多自己的不足之处。在以后的学习生活中，我会努力学习专业知识，完善自我，为将来的发展做好充分的准备。
总之，在这次课程设计中，我受益匪浅，学到了很多书本上所没有的东西，懂得了理论和实际联系的重要性。在以后的学习中，我不仅要把理论知识掌握牢更要提高自己的动手能力和分析能力。

致   谢
通过一周的努力，终于将电子技术课程设计完成了，在完成课程设计的这两周中，王二萍老师给予了我很大的帮助。她不仅是指导我完成了设计，还教会了我做设计的一般步骤、设计思想和设计方法。当我对此课程设计无从下手的时候，王老师专心地为我讲解，为我解决了很多实际存在的困难和问题。她在实验室里为我们梳理流程，讲解原理，使我对此次的课程设计能圆满完成增添了很多信心，真正的从心理和解决实际问题上为我树立了很好的榜样，我为能有这样的好老师而感觉到骄傲，每每对课程设计的撰写产生疑问时，她为我提纲挈领、梳理脉络，我确立了本文的框架。在此我衷心的感谢一直不辞辛劳为我指明方向的王二萍老师，也要感谢教会我知识的学校为我提供实践的场所和实践器材。通过这次的课程设计，不仅使我学到了很多专业方面的知识，也让我明白了不畏困难、勇于攀登艰难的重要性，这对我未来的学习和生活产生很大的影响。
在此，再次感谢我的学校和王老师。

参考文献
1、数字集成电路应用300例 黄继昌 人民邮电出版社
2、实用电路小丛书 光电电路 赵宏图 电子工业出版社
3、电子线路设计指导 李银华 北京航空航天大学出版社
4、常用电工电子线路 姜立华 中国电力出版社
5、常用电子电路280例解析 张延琪 中国电力出版社
6、新编电子元器件选用与检测 郑凤翼 福建科学技术出版社
7、使用电子装置DIY 本书编写组 福建科学技术出版社
8、电子技能与训练 朱国兴 高等教育出版社
9、红外辐射 红外器件与典型应用 陈永甫 电子工业出版社
10、电子制作实训 刘进峰 中国劳动社会保障出版社
11、传感器原理与应用 张正伟 中央广播电视大学出版社
12、家用电器与工业控制 实用电路精选 杨绪东 化学工业出版社