現(xiàn)代城市道路路燈自動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)

1、城市路燈自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè) 計(jì) 題 目: 城市路燈自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名 趙冬 學(xué) 號(hào) 2 5 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí) 通信工程1042 摘要隨著城市市政建設(shè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的路燈控制與維護(hù)手段以遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適用城市現(xiàn)代化發(fā)展的速度。城市市政建設(shè)日新月異，寬闊的街道，各種各樣的路燈給城市帶來(lái)了光明的同時(shí)也增添了城市的魅力。但是由于道路路燈眾多，傳統(tǒng)的人工管理模式已經(jīng)和快速的現(xiàn)代化的城市健設(shè)不相適應(yīng)。 本文將介紹用小器件模擬現(xiàn)實(shí)物品。設(shè)計(jì)個(gè)簡(jiǎn)單的基于光電傳感器控制繼電器的路燈控制系統(tǒng)，闡述系統(tǒng)控制的原理。關(guān)鍵詞：光電傳感器；繼電器；路燈控制目錄第一章光控電路原理.41.1概述41.2 電路原理

2、5第二章 控制電路6第三章元件的選型83. 1光敏電阻選型832 繼電器選型93.3 接觸器選型11參考文獻(xiàn):14     第一章 光控電路原理1.1概述1.1.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)路燈自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)電路，用光敏傳感器實(shí)現(xiàn)自控，能在天黑時(shí)自動(dòng)點(diǎn)亮路燈，天亮后又自動(dòng)關(guān)燈?？刂齐娐酚秒姵毓╇?，熄燈后電路耗電小。(1)利用光敏電阻作為光敏傳感器，555作為滯后比較器來(lái)設(shè)計(jì)電路。(2)當(dāng)光線強(qiáng)到一定程度時(shí)，555的輸出發(fā)生跳變，當(dāng)光線暗到一定程度時(shí)，555 的輸出也要發(fā)生跳變。1.12設(shè)計(jì)的作用、目的自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)路燈電路，用光敏傳感器實(shí)現(xiàn)自控，能在天黑時(shí)

3、自動(dòng)點(diǎn)亮路燈，天亮后又自動(dòng)關(guān)燈。通過(guò)自動(dòng)控制路燈電路有效的節(jié)約了能源，減少了人力和物力的浪費(fèi)。1.2 電路原理 該光控路燈電路由光控觸發(fā)器電路、開(kāi)關(guān)電路、電源電路和控制電路組成。圖1.2.1光控觸發(fā)器電路由光敏電阻RG、電位器Rp、電容C3、C4、電阻R3和時(shí)基電路IC555組成開(kāi)關(guān)電路由晶閘管VT、電阻R2等組成電源電路由降壓電容C1、電阻R1、穩(wěn)壓二極管VS。整流二極管VD和濾波電容組成，交流220v電壓經(jīng)c1降壓、vs穩(wěn)壓VD整流及c2濾波后產(chǎn)生8.5v直流電壓供給VCC.在白天（自然光照正常時(shí)），光敏電阻受光照射而呈低阻狀態(tài)，IC6腳和2腳電壓大于2VCC/3,IC的3腳輸出低電平，V

4、L不發(fā)光，晶閘管Q處于截止?fàn)顟B(tài)繼電器不工作。在夜晚或在白天光照不足時(shí)RG因感光量減少，甚至無(wú)光照時(shí)，RG的阻值開(kāi)始變大，使IC2、6腳電壓開(kāi)始下降，當(dāng)兩腳的電壓降至VCC/3時(shí)，IC內(nèi)部翻轉(zhuǎn)，其3腳由低電平轉(zhuǎn)換為高電平，使VL導(dǎo)通發(fā)光，使Q受觸發(fā)導(dǎo)通繼電器線圈得電工作。R1、R2、R3分別選用1/2、1/4、1/8的碳膜電阻。RG選用MG44型硫化鎬光敏電阻，RP選用小型電位器。C2、C4均選用耐壓為16V的鋁電解電容；C3選用獨(dú)石電容C1選用耐壓值大于450的滌綸電容。VD選用IN5408型硅整流二極管，VS選用1/2W、9V的穩(wěn)壓二極管；VL選用5mm的發(fā)光二極管 ；Q選用3A、400V的

5、雙向晶閘管。第二章 控制電路該電路是用繼電器控制接觸器進(jìn)行控制。圖2.1SB1、SB2為檢修開(kāi)關(guān)當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)只需斷開(kāi)一路開(kāi)關(guān)。KA1.1 、KA1.2為繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)KA線圈得電后KA1.1 KA1.2閉合使KM1 KM2線圈分別得電以控制KM1 KM2常開(kāi)觸點(diǎn)閉合將路燈點(diǎn)亮。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的

6、電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱(chēng)為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱(chēng)為“常閉觸點(diǎn)”。使用繼電器好處：低電壓控制高電壓；小電流控制大電流,通過(guò)繼電器與開(kāi)關(guān)的組合可以達(dá)到自動(dòng)控制的目的第三章 元件的選型3. 1光敏電阻選型光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光

7、電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見(jiàn)光）的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá)110M歐,在強(qiáng)光條件（100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對(duì)光的敏感性（即光譜特性）與人眼對(duì)可見(jiàn)光（0.40.76）m的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)引起它的阻值變化。設(shè)計(jì)光控電路時(shí)，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化。

8、60;    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，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體光敏電阻原理圖及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時(shí)，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子空穴

9、對(duì)了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強(qiáng)，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過(guò)，受到波長(zhǎng)的光線照射時(shí)，電流就會(huì)隨光強(qiáng)的而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒(méi)有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電壓，也加交流電壓。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。32 繼電器選型要用好繼電器，正確選型是很重要的，首先必須對(duì)被控對(duì)象的性質(zhì)、特點(diǎn)和使用要求有透徹的了解，并進(jìn)行周密考慮。對(duì)所選繼電器的原理、用途、技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、規(guī)格型號(hào)要掌握和分析。在

10、此基礎(chǔ)上應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況和具體條件，來(lái)正確選擇繼電器。2對(duì)接點(diǎn)的認(rèn)識(shí)繼電器線圈未帶電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的動(dòng)靜接點(diǎn)，稱(chēng)為“常開(kāi)接點(diǎn)”，反之，則稱(chēng)為“常閉接點(diǎn)”。一個(gè)動(dòng)接點(diǎn)同時(shí)與一個(gè)靜接點(diǎn)常閉而與另一個(gè)靜接點(diǎn)常開(kāi)，就稱(chēng)它們?yōu)椤稗D(zhuǎn)換接點(diǎn)”。在同一個(gè)繼電器中，可以具有一對(duì)或數(shù)對(duì)常開(kāi)接點(diǎn)或常閉接點(diǎn)(兩者也可同時(shí)具有)，也可具有一組或數(shù)組轉(zhuǎn)換接點(diǎn)。3消除接點(diǎn)火花的方法由于繼電器接點(diǎn)通斷的電流較小，接點(diǎn)間不會(huì)出現(xiàn)電弧，但會(huì)出現(xiàn)“火花放電”，這是由于接點(diǎn)電路中存在電感，則在斷開(kāi)時(shí)電感上會(huì)出現(xiàn)過(guò)電壓，它與電源電壓一起加在接點(diǎn)間隙上，使剛分開(kāi)一點(diǎn)距離的接點(diǎn)間隙擊穿而放電。由于能量所限，只會(huì)產(chǎn)生火花放電，接點(diǎn)間存在的

11、電容與電感中能量的交替轉(zhuǎn)換，使火花放電時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，而成為一種高頻信號(hào)，再者火花放電對(duì)接點(diǎn)也會(huì)造成損傷，而會(huì)降低使用壽命，因此必須設(shè)法消除，實(shí)用的消火花電路有兩種，如圖1所示。一.其基本作用原理是，使電感中的能量不通過(guò)接點(diǎn)而通過(guò)rc；二.在斷開(kāi)時(shí)經(jīng)過(guò)二極管v在負(fù)載r.l上消耗掉。在應(yīng)用中選擇一種就行了。但要注意的是，rc參數(shù)要選擇適當(dāng)，參數(shù)主要靠實(shí)驗(yàn)來(lái)決定，通常電容c可按負(fù)載電流1a1微法選擇。使用二極管時(shí)其正負(fù)極性應(yīng)連接正確。4增大接點(diǎn)負(fù)載的方法在使用中，如果接點(diǎn)的負(fù)載能力滿足不了使用要求時(shí)，可以采取幾對(duì)接點(diǎn)并聯(lián)的方法來(lái)解決。但在使用前應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，使之接點(diǎn)的同步性達(dá)到要求，否則適得其反。最好的方

12、法是采用中間繼電器或接觸器來(lái)擴(kuò)大接點(diǎn)的負(fù)載能力。5返回系數(shù)不合乎要求時(shí)的解決方法所謂返回系數(shù)kf是反映吸力特性與反力特性配合程度的一個(gè)參數(shù)，也即表征繼電器動(dòng)作值與釋放值的差異性。不同用途的繼電器，往往要求不同的返回系數(shù)，當(dāng)繼電器的返回系數(shù)不能滿足使用要求時(shí)，當(dāng)繼電器的吸合、釋放時(shí)間不能滿足使用要求時(shí)，可以改變繼電器線圈回路的時(shí)間常數(shù)來(lái)解決之。我們知道繼電器線圈的時(shí)間常數(shù)t等于線圈電感l(wèi)與電阻r之比。如果在繼電器線圈回路里串入一個(gè)電阻rf，則t2(t2=lr+rf)就小于t1(t1=lr)。需加速吸合時(shí)，則在繼電器線圈回路中串入一電阻rf，并將電源電壓適當(dāng)提高，以保證線圈的吸合電流維持不變，則可

13、達(dá)到加速吸合的目的。如果在r兩端并聯(lián)一個(gè)電容c，則吸合時(shí)間更短。而在繼電器線圈兩端反向并聯(lián)一只二極管，即可達(dá)到延時(shí)吸合之目的，它的原理是在繼電器線圈斷電后等于給鐵芯增加了一個(gè)短路線圈，使釋放時(shí)間延長(zhǎng)了。7正確選擇繼電器的報(bào)警動(dòng)作狀態(tài)一般具有報(bào)警和聯(lián)鎖功能的儀表、dcs、變頻器都少不了使用繼電器，即大多是通過(guò)繼電器的接點(diǎn)和報(bào)警、聯(lián)鎖電路相聯(lián)，來(lái)進(jìn)行報(bào)警和聯(lián)鎖。報(bào)警時(shí)是使繼電器線圈處于“帶電”還是處于“失電”狀態(tài)好呢?我們從可靠性出發(fā)來(lái)分析一下“帶電”和“失電”狀態(tài)的優(yōu)缺點(diǎn)。繼電器線圈“帶電”而動(dòng)作使電路報(bào)警，這是最易被人理解的設(shè)計(jì)，但是存在一個(gè)隱患，就是當(dāng)相關(guān)接線沒(méi)有接好而出現(xiàn)開(kāi)路時(shí)，或繼電器線

14、圈供電出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，則出事故需要報(bào)警時(shí)，繼電器線圈應(yīng)“帶電”而動(dòng)作，但由于上述原因不動(dòng)作而失誤，這后果是很?chē)?yán)重的。3.3 接觸器選型接觸器用以接通和分?jǐn)嘭?fù)載。它與熱過(guò)載繼電器組合，保護(hù)運(yùn)行中的電氣設(shè)備。它與繼電控制回路組合，遠(yuǎn)控或聯(lián)鎖相關(guān)電氣設(shè)備。3.3.1接觸器種類(lèi) 交流接觸器：主回路接通和分?jǐn)嘟涣髫?fù)載?？刂凭€圈可以有交、直流。典型結(jié)構(gòu)分為雙斷點(diǎn)直動(dòng)式（LC1-D/F*）和單斷點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)式（LC1-B*）。前者結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕；后者維護(hù)方便、易于配置成單極、二級(jí)和多極結(jié)構(gòu)，但體積和安裝面積大。直流接觸器：主回路接通和分?jǐn)嘀绷髫?fù)載?？刂凭€圈可以有交、直流。其動(dòng)作原理與交流接觸器相似，但直流分

15、斷時(shí)感性負(fù)載存儲(chǔ)的磁場(chǎng)能量瞬時(shí)釋放，斷點(diǎn)處產(chǎn)生高能電弧，因此要求直流接觸器具有較好的滅弧功能。中/大容量直流接觸器常采用單斷點(diǎn)平面布置整體結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是分?jǐn)鄷r(shí)電弧距離長(zhǎng)，滅弧罩內(nèi)含滅弧柵。小容量直流接觸器采用雙斷點(diǎn)立體布置結(jié)構(gòu)。真空接觸器：真空接觸器（LC1-V*）其組成部分與一般空氣式接觸器相似，不同的是真空接觸器的觸頭密封在真空滅弧室中。其特點(diǎn)是接通/分?jǐn)嚯娏鞔?，額定操作電壓較高。半導(dǎo)體式接觸器：主要產(chǎn)品如雙向晶閘管，其特點(diǎn)是無(wú)可動(dòng)部分、壽命長(zhǎng)、動(dòng)作快、不受爆炸、粉塵、有害氣體影響，耐沖擊震動(dòng)。電磁閉鎖接觸器：模塊安裝與母線安裝的電磁閉鎖接觸器都安裝特殊電磁鐵，當(dāng)線圈失電時(shí)，可以將其保持在

16、接通位置。有進(jìn)口Tesys CR1系列產(chǎn)品。電容接觸器：專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于低壓無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備中投入或者切除并聯(lián)電容，以調(diào)整用電系統(tǒng)的功率因數(shù)。有國(guó)產(chǎn)LC1D*K系列產(chǎn)品?？赡娼涣鹘佑|器：由兩個(gè)相同規(guī)格的交流接觸器加機(jī)械互鎖（和電氣互鎖）構(gòu)成。應(yīng)用于雙電源切換和電機(jī)設(shè)備正反轉(zhuǎn)控制?？捎蓢?guó)產(chǎn)LC1-D*C系列產(chǎn)品自行組裝，進(jìn)口產(chǎn)品有的有全套產(chǎn)品。星三角起動(dòng)組合接觸器：采用3個(gè)接觸器、1個(gè)熱繼電器和1個(gè)延時(shí)頭及輔助觸點(diǎn)塊等組成的專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于星三角起動(dòng)的設(shè)備，原來(lái)有進(jìn)口LC3-D*系列的產(chǎn)品，目前已經(jīng)停產(chǎn)，但是可以選擇獨(dú)立元件組裝。3.3.2接觸器選型原則接觸器的選型主要需要確定種類(lèi)，負(fù)載類(lèi)型，主回路參數(shù)，控制回

17、路參數(shù)輔助觸點(diǎn)，以及電氣壽命，機(jī)械壽命及工作制等多種情況綜合考慮。選型要點(diǎn)：根據(jù)使用目的和要求按照上述系列選擇種類(lèi)：注意嚴(yán)格區(qū)分主回路負(fù)載類(lèi)型是直流還是交流。交流接觸器不同于直流接觸器，用于直流負(fù)載時(shí)只適用于DC-1至DC-5負(fù)載，對(duì)于DC-5以上的直流負(fù)載建議使用直流接觸器。另外電容接觸器不能用普通交流接觸器替代。負(fù)載類(lèi)型和主回路參數(shù)確定：主回路參數(shù)主要是額定工作電壓、額定電流、極數(shù)、通斷能力、絕緣電壓和耐受過(guò)載能力等。尤其要注意負(fù)載類(lèi)型。接觸器可以運(yùn)行在不同的負(fù)載類(lèi)型下，但是對(duì)應(yīng)的型號(hào)不同，不能完全依靠主極電壓和功率選型。配電類(lèi)負(fù)載（阻性負(fù)載）按照AC-1選型；普通電機(jī)負(fù)載按照AC-3選型；繞線電機(jī)按照AC-2選型；對(duì)于頻繁起停負(fù)載應(yīng)按照AC-4負(fù)載選型，因?yàn)榇祟?lèi)負(fù)載在頻繁通斷時(shí)會(huì)發(fā)生觸頭熔焊現(xiàn)象，例如頻繁正反轉(zhuǎn)、行車(chē)、頻繁點(diǎn)動(dòng)的行業(yè)。另外對(duì)于4極接觸器，有主極2NO+2NC，或者4NO兩大系列，不能使用普通3極接觸器加輔助觸點(diǎn)進(jìn)行替代?？刂苹芈芳拜o助觸點(diǎn)：接觸器的線圈電壓按照控制回路電壓確定。目前，國(guó)產(chǎn)D2