1、浙江*學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：路燈控制器的設(shè)計(jì)姓名：系別、專業(yè)：導(dǎo)師姓名、職稱：完成時(shí)間：引言一方案論證1.1 引入路燈控制器的原理1.2 光敏電阻調(diào)光電路1.3 光敏電阻式光控開關(guān)二電路原理圖設(shè)計(jì)三路燈控制器的硬件設(shè)計(jì)路燈控制器的設(shè)計(jì)器件的選擇電路的分析四畫由電路原理圖五總結(jié)與體會(huì)六參考文獻(xiàn)本實(shí)驗(yàn)的路燈控制器是由光敏元件，放大器，繼電器，受控?zé)艉碗娫措娐方M成，運(yùn)用到了模擬電子技術(shù)中的多級(jí)放大電路。主要用于安裝在公共場(chǎng)所或道路兩旁的路燈通常希望隨日照光亮度的變化而自動(dòng)開啟和關(guān)斷，既滿足行人的需要，又能節(jié)電。一些芯片和元器件的功能及其應(yīng)用，以達(dá)到將理論知識(shí)學(xué)以致用、融會(huì)貫通的目的。關(guān)鍵詞：繼電

2、器；光敏元件；關(guān)照變化；控制如圖所示是一個(gè)采用雙向晶閘管制作的光控路燈電路，且它也采用二線制接法，所以安裝比較簡(jiǎn)便。白天，光敏電阻器RL因受自然光線照射，RL呈現(xiàn)低電阻，它與R1分壓后，獲得的電壓低于雙向觸發(fā)二極管VDH勺折轉(zhuǎn)電壓，故雙向晶閘管VTH®斷，電燈E不亮。當(dāng)夜幕來臨時(shí)，RL上分得電壓逐漸升高，當(dāng)高于VDH勺折轉(zhuǎn)電壓。1方案論證隨著能源問題越來越引起人們的重視，節(jié)能已經(jīng)成為生產(chǎn)應(yīng)用中不可忽視的一方面，路燈控制器主要用于安裝在公共場(chǎng)所或道路兩旁的路燈通常希望隨日照光亮度的變化而自動(dòng)開啟和關(guān)斷，既滿足行人的需要，更重要的是它能節(jié)電。了解常用路燈控制的各種方法，及各自的優(yōu)缺點(diǎn)，通

3、過相互的比較，確定設(shè)計(jì)方案，并對(duì)所用傳感器進(jìn)行選型，同時(shí)加以電路的設(shè)計(jì)與分析，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。下面的兩個(gè)小節(jié)分別對(duì)路燈控制器的原理，路燈控制器中用到的主要元件以及在電路中的作用分析。引入路燈控制器的原理此路燈控制器主要由光敏元件，放大器，繼電器，受控?zé)艉碗娫措娐方M成。繼電器是一種當(dāng)輸入量（電、磁、聲、光、熱）達(dá)到一定值時(shí)，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動(dòng)控制器件。在這個(gè)電路中隨著光照的變化，繼電器會(huì)相應(yīng)的吸合或者斷開，即決定路燈工作與否。白天，光照強(qiáng)度強(qiáng)，光敏電阻R2呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，VT1基極電位降低，VT1和VT2處于截止?fàn)顟B(tài)，繼電器K不吸合，燈L不亮。當(dāng)夜幕降臨時(shí)，光照強(qiáng)度弱光敏電阻R2阻值逐漸變

4、大，VT1基極電阻上升，當(dāng)上升到一定程度后，VT1導(dǎo)通，VT2隨之導(dǎo)通，繼電器K吸合，燈L點(diǎn)亮。光敏電阻調(diào)光電路當(dāng)周圍光線變?nèi)鯐r(shí)引起光敏電阻的阻值增加，使加在電容上的電壓上升，達(dá)到增大照明燈兩端電壓的目的。反之，若周圍的光線變亮，則光敏電阻阻值下降，照明燈兩端電壓也同時(shí)下降，使燈光變暗，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光亮度的控制。光敏電阻式光控開關(guān)以光敏電阻為核心元件的帶繼電器控制輸出的光控開關(guān)電路有許多形式，在本實(shí)驗(yàn)中我用了簡(jiǎn)單的繼電器開關(guān)電路。具工作原理是：光照下降到設(shè)置值時(shí)由于光敏電阻阻值上升激發(fā)導(dǎo)通，激勵(lì)電流使繼電器工作，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)段開，實(shí)現(xiàn)對(duì)外電路的控制。YO+12VRP100K/VD，卜

5、3K10CK圖2光敏電阻式光控開關(guān)電路2電路原理圖設(shè)計(jì)如下圖設(shè)計(jì)的路燈控制器電路原理圖，使此路燈控制器白天，光敏電阻R2呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，VT1基極電位降低，VT1和VT2處于截止?fàn)顟B(tài)，繼電器K不吸合，燈L不亮。當(dāng)夜幕降臨時(shí)，R2阻值逐漸變大，VT1基極電阻上升，當(dāng)上升到一定程度后，VT1導(dǎo)通，VT2隨之導(dǎo)通，繼電器K吸合，燈L點(diǎn)亮。圖3電路原理圖3路燈控制器的硬件設(shè)計(jì)路燈控制器的設(shè)計(jì)路燈控制器主要由光敏元件，放大器，繼電器，受控?zé)艉碗娫措娐方M成。白天，光照強(qiáng)度強(qiáng)，光敏電阻R2呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，VT1基極電位降低，VT1和VT2處于截止?fàn)顟B(tài)，繼電器K不吸合，燈L不亮。當(dāng)夜幕降臨時(shí)，光照強(qiáng)度弱光敏電阻R

6、2阻值逐漸變大，VT1基極電阻上升，當(dāng)上升到一定程度后，VT1導(dǎo)通，VT2隨之導(dǎo)通，繼電器K吸合，燈L點(diǎn)亮。電路圖如下：圖4路燈控制器設(shè)計(jì)電路在這里繼電器是一個(gè)主要的元件，繼電器是一種當(dāng)輸入量（電、磁、聲、光、熱）達(dá)到一定值時(shí)，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動(dòng)控制器件。繼電器的輸入信號(hào)x從零連續(xù)增加達(dá)到銜鐵開始吸合時(shí)的動(dòng)作值xx,繼電器的輸出信號(hào)立刻從y=0跳躍至Uy=ym,即常開觸點(diǎn)從斷到通。一旦觸點(diǎn)閉合，輸入量x繼續(xù)增大，輸出信號(hào)y將不再起變化。當(dāng)輸入量x從某一大于xx值下降到xf,繼電器開始釋放，常開觸點(diǎn)斷開。我們把繼電器的這種特性叫做繼電特性，也叫繼電器的輸入一輸出特性。釋放值xf與動(dòng)作值

7、xx的比值叫做反饋系數(shù)，即Kf=xf/xx觸點(diǎn)上輸出的控制功率Pc與線圈吸收的最小功率Po之比叫做繼電器的控制系數(shù)，即Kc=PC/Po。XY輸入輸出0起1Xi：x圖5繼電器的輸入輸出特性器件的選擇3.2.1IC7812電子產(chǎn)品中常見到的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78X逐列和負(fù)電壓輸出的79XXS列。故名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管，TO-220的標(biāo)準(zhǔn)封裝，也有9013樣子的TO-92封裝。用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便

8、，而且價(jià)格便宜。次此實(shí)踐我采用IC7812穩(wěn)壓芯片。值得注意的是：注意三端集成穩(wěn)壓電路的輸入、輸出和接地端絕不能接錯(cuò)，不然容易燒壞。一般三端集成穩(wěn)壓電路的最小輸入、輸出電壓差約為2V,否則不能輸出穩(wěn)定的電壓，一般應(yīng)使電壓差保持在4-5V,即經(jīng)變壓器變壓，二極管整流，電容器濾波后的電壓應(yīng)比穩(wěn)壓值高一些。3.2.21N4002幾乎在所有的電子電路中，都要用到半導(dǎo)體二極管，它在許多的電路中起著重要的作用，它是誕生最早的半導(dǎo)體器件之一，其應(yīng)用也非常廣泛。二極管種類有很多，我們?cè)O(shè)計(jì)所用的二極管組就是其中的整流二極管。二極管按照所用的半導(dǎo)體材料，可分為錯(cuò)二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。根據(jù)其不同用途

9、，可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管等。按照管芯結(jié)構(gòu)，又可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。在此綜合實(shí)踐中，我用的是整流二極管。1N4002是一種整流二極管，它是利用二極管單向?qū)щ娦?，可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈動(dòng)直流電。發(fā)光二極管（LED）是用半導(dǎo)體材料制作的正向偏置的PN結(jié)二極管。其發(fā)光機(jī)理是當(dāng)在PN結(jié)兩端注入正向電流時(shí)，注入的非平衡載流子（電子-空穴對(duì)）在擴(kuò)散過程中復(fù)合發(fā)光，這種發(fā)射過程主要對(duì)應(yīng)光的自發(fā)發(fā)射過程。按光輸出的位置不同，發(fā)光二極管可分為面發(fā)射型和邊發(fā)射型。我們最常用的LED是InGaAsP/InP雙異質(zhì)結(jié)邊發(fā)光二極管。發(fā)光二極

10、管發(fā)光二極管的發(fā)光原理同樣可以用PN結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)來解釋。制作半導(dǎo)體發(fā)光二極管的材料是重?fù)诫s的，熱平衡狀態(tài)下的N區(qū)有很多遷移率很高的電子，P區(qū)有較多的遷移率較低的空穴。由于PN結(jié)阻擋層的限制，在常態(tài)下，二者不能發(fā)生自然復(fù)合。，而當(dāng)給PN結(jié)加以正向電壓時(shí)，溝區(qū)導(dǎo)帶中的電子則可逃過PN結(jié)的勢(shì)壘進(jìn)入到P區(qū)一側(cè)。于是在PN結(jié)附近稍偏于P區(qū)一邊的地方，處于高能態(tài)的電子與空穴相遇時(shí)，便產(chǎn)生發(fā)光復(fù)合。這種發(fā)光復(fù)合所發(fā)出的光屬于自發(fā)輻射，輻射光的波長(zhǎng)決定于材料的禁帶寬度Eg。發(fā)光二極管具有可靠性較高，室溫下連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、光功率-電流線性度好等顯著優(yōu)點(diǎn)，而且由于此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，所以其價(jià)格非常便宜。因

11、此在一些簡(jiǎn)易的光纖傳感器的設(shè)計(jì)中，如果LED能夠勝任，選用它作為光源即可大大降低整個(gè)傳感器的成本。然而LED的發(fā)光機(jī)理決定了它存在著很多的不足，如輸出功率小、發(fā)射角大、譜線寬、響應(yīng)速度低等。因此，在一些需要功率高、調(diào)制速率快、單色性好的光源的傳感器設(shè)計(jì)中，就不得不以提高成本為代價(jià)，選用其它更高性能的光源。光敏電阻由光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻如圖所示。為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。構(gòu)成光敏電阻的材料有金屬的硫化物、硒化物、硫化物等半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。當(dāng)光敏電阻受到光照

12、時(shí)，價(jià)帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子，同時(shí)產(chǎn)生空穴，電子一空穴對(duì)的出現(xiàn)使電阻率變小。光照愈強(qiáng)，光生電子一空穴對(duì)就越多，阻值就愈低。當(dāng)光敏電阻兩端加上電壓后，流過光敏電阻的電流隨光照增大而增大。入射光消失，電子-空穴對(duì)逐漸復(fù)合，電阻也逐漸恢復(fù)原值，電流也逐漸減小。電路的分析。利用光照強(qiáng)度為傳感器，目前最為常用且性價(jià)比較高的就是光敏電阻，利用其光線較強(qiáng)時(shí)，電阻值較低，而光線較暗時(shí)則電阻較大的特點(diǎn)，利用電橋，可將光線信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再通過電壓比較器等方式，可以有效地完成控制需要。這類設(shè)計(jì)中，只要能將光線信號(hào)取出，整個(gè)設(shè)計(jì)也便完成了大半，至于控制部分的設(shè)計(jì)，可采用繼電器輸出，這樣就

13、算驅(qū)動(dòng)較大的路燈負(fù)載，只需再加接觸器便可完成。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，如何提高系統(tǒng)在光線臨界狀態(tài)的穩(wěn)定性，是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)所在。由于光敏電阻的電阻值變化是連續(xù)的，因此在靠近臨界點(diǎn)時(shí)，容易造成不穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)中若能用運(yùn)放電路來完成處理，則可將運(yùn)放接成電壓比較器的方式，這樣可以完成較為精確的起控；若采用分立元件來處理，可以采用穩(wěn)壓管來穩(wěn)定工作點(diǎn)，只有當(dāng)分壓大于穩(wěn)壓管的擊穿電壓時(shí)，電路才能起控。聲光控路燈控制器可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)白天光線較暗和晚上遇到聲響時(shí)，路燈自動(dòng)點(diǎn)亮，從而實(shí)現(xiàn)人來燈亮，人走燈滅，既方便又實(shí)用。不僅節(jié)約了電能，而且能延長(zhǎng)燈泡使用壽命。可廣泛應(yīng)用于樓梯，走廊，衛(wèi)生問及生活小區(qū)等公共場(chǎng)所的照明控制。此控

14、制器經(jīng)濟(jì)實(shí)用，即使一般的腳步聲也能出燈泡發(fā)光照明好。四畫出電路原理圖晶閘管路燈自動(dòng)限壓保護(hù)電路元器件列表元件名稱元件參數(shù)R15.6KR22KR31.2KR40.1KR515KR62KR72KR81.5KR91.5KC1200UF50VC20.47UF63VRP16.8KRP21K五.總結(jié)與體會(huì)當(dāng)今中國(guó)的老百姓越來越重視節(jié)約能源，這個(gè)電路就是為了節(jié)約更多的能源設(shè)計(jì)的。我國(guó)是一個(gè)資源大國(guó)，但最近這些年因?yàn)檫^度重視經(jīng)濟(jì)建設(shè)，在創(chuàng)造了許多財(cái)富的同時(shí)也消耗了很多能源。比如近些年來，每到夏天到來，就會(huì)有許多能源高峰期，政府也會(huì)采取一些相應(yīng)措施限制人們用電。如果路燈控制器安裝在公共場(chǎng)所或道路兩旁的路燈通常希望隨日照光亮度的變化而自動(dòng)開啟和關(guān)斷，既滿足行人的需要，又能節(jié)電。通過本次實(shí)驗(yàn)，使我明白了路燈控制器的工作原理。即當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到一定強(qiáng)度路燈控制器會(huì)相應(yīng)的開啟或關(guān)閉。達(dá)到了節(jié)能的目的，減少了不必要的浪費(fèi)。在實(shí)際實(shí)踐的過程中，我發(fā)現(xiàn)也有需要改進(jìn)的地方，如：如何提高系統(tǒng)在光線臨界狀態(tài)的穩(wěn)定性，是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)所在。由于光敏電阻的電阻值變化是連續(xù)的，因此在靠近臨界點(diǎn)時(shí)，容易造成不穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)中若