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如何构建能够根据大气条件调整其亮度的光源

科技观察员 来源:gadgetronicx 作者:gadgetronicx 2023-06-18 15:30 次阅读

定时器IC555还没有死,这是因为它以低成本提供的扩展功能。无论是振荡器、定时器还是触发器,该芯片都可以很好地完成工作。在本文中,我们将了解如何构建能够根据大气条件调整其亮度的光源。换句话说,这个 LED 信标会在黑暗中明亮地亮起,而在日光下它会熄灭或产生最小的光。

该电路采用IC 555的PWM功能。对于那些不知道PWM是一种改变脉冲的关闭和开启时间的技术。这主要用于控制电机的速度,灯光强度和节省功耗。

在本电路中,我们将使用PWM来控制光的强度。为此,我们将生成一个高频方波并修改其标记和空间比或开/关时间。在这个高频信号中增加脉冲的导通时间会增加灯的亮度,而增加关时间会降低我们光的亮度。

测量 LDR 的电阻

测量LDR在各种光照条件下的电阻。这一点很重要,因为不同制造商的电阻差异很大。因此,我测量了LDR在各种光照条件下的电阻(只是选择电路中的电容器和电阻值的粗略测量),并在下表中注明。

1.png

请记住,如前所述,上述表格大致用于校准。但是,如果您需要非常准确地做到这一点,您可能需要使用照度计测量流明中的光强度,然后将其与相应的LDR电阻制成表格。在我看来,这个项目不需要高水平的准确性,所以我保持简单。

电路工作原理:

要了解上述电路,最好阅读“定时器IC 555”的工作原理。在该电路中,该IC被连接为非稳态多谐振荡器,以产生一系列方波脉冲。该方波脉冲的产生取决于IC

6的两个引脚“阈值/第2引脚”和“触发/第555引脚”中的电压。输出将一直为高电平,直到阈值引脚中的电压达到所提供VCC的+《》/《》,一旦达到标记值,输出将切换为低电平。低电平状态将一直保持,直到触发引脚中的电压降至供电VCC的+《》/《》以下。

如上电路所示,这两个引脚连接到电容器的正极端子。因此,从某种意义上说,IC

555的输出状态取决于电容器两端的电压。当系统打开时,电容C1将通过LDR和二极管D1开始充电。众所周知,LDR中的电阻随着入射光强度的增加而降低。因此,在白天或光线充足的条件下,LDR的电阻会很低,这反过来又允许电容器快速充电到+《》/《》

Vcc。

由于二极管D1对电流的限制,电阻R2在为电容器充电时不会发挥作用。一旦电容电压达到+2/3

Vcc标记,输出将切换到低电平,进而激活引脚7中的内部放电晶体管。现在,电容器通过电阻R1放电,电容器两端的电压开始下降。输出中的低电平状态将一直保持,直到电容电压切换回高电平后达到+1/3

Vcc。这将关闭放电晶体管,整个循环重复。

指示灯:

光激活-LED信标-项目

这部分非常简单,将生成的PWM信号馈送到晶体管的基极,并驱动连接到其集电极端子的LED。晶体管基极将通过此PWM信号激活,LED将在信号的ON时间段内激活。当由更高频率的PWM信号驱动时,LED是一个慢速元件,将表现出连续照明或非照明效果作为输出。那里有你的光响应

LED 信标.LED将消耗约60mA的电流。您可以增加 LED 的数量,以制造出强大的 LED 信标。

计算:

以下是有关该电路背后的计算的简要说明。我们需要固定R1和C1的值,因为这些分量的值决定了输出中PWM脉冲的频率和关断时间。我们需要一个高频脉冲,以避免输出中的闪烁。电容越小,电容器的充放电周期越快。所以我选择了

C1 = 0.22uF

我需要信标根据入射光在 LED

信标中产生衰落效果。所以我需要选择一个介于“人造光下”和“弱光条件下”之间的电阻值,所以我选择了47K,这将在PWM脉冲的ON和OFF周期之间提供良好的平衡,从而产生平滑的衰落效果。

为了确定各种条件的开和关时间,我们使用以下公式 T1 = 接通时间 , T2 = 关断时间

T1 = 0.693 x LDR分辨率 x C1

T2 = 0.693 x R1 x C1

使用上述公式计算时间段、占空比和频率

i) 使用手电筒照明(高强度灯)

LDR分辨率 = 400 欧姆

T1 = 0.693 x 400 x 0.22uF

= 0.000069 秒

T2 = 0.693 x 47k x 0.22uF

= 0.0072 秒

计算PWM波的频率

总和 = T1 + T2 = 0.000069 + 0.0072 = 0.0073

F = 1 / 0.0073 = 137Hz

占空比 = LDRres / LDRres + R1

= 400 / 400 + 47K

= 0.84 %

因此,正如您在上面看到的,当周围的光线非常高时,导通时间非常低,为 0.84%,因此 LED 将处于非常暗淡的状态。

ii) 漆黑

LDR分辨率 = 170k

T1 = 0.693 x 170k x 0.22uF = 0.025

T2 = 0.693 x 47k x 0.22uF = 0.007

F = 1 / 0.032 = 31.25 Hz

占空比 = 170k / 170k + 47k = 78.3%

以上两个条件是两个极端,正如您在计算中观察到的那样,该电路在不同的光照条件下在增亮和调光方面做得相当好。

用直流风扇替换 LED 信标:

您可以通过用直流风扇替换 LED

来尝试此电路的另一种变体。该电路将以类似的性质工作,并根据入射到LDR上的光强度控制直流风扇的速度。当光强度较小时风扇会运行得更快,当强度高时风扇会运行得更慢.

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