路燈控制器的設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)論文】

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)目錄引言一方案論證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)3.1路燈控制器的設(shè)計(jì)3.2器件的選擇3.3電路的分析四畫出電路原理圖五總結(jié)與體會

六參照文獻(xiàn)

摘要本試驗(yàn)的路燈控制器是由光敏元件，放大器，繼電器，受控?zé)艉碗娫措娐窐?gòu)成，運(yùn)用到了模擬電子技術(shù)中的多級放大電路。重要用于安裝在公共場所或道路兩旁的路燈一般但愿隨日照光亮度的變化而自動啟動和關(guān)斷，既滿足行人的需要，又能節(jié)電。某些芯片和元器件的功能及其應(yīng)用，以到達(dá)將理論知識學(xué)以致用、融會貫穿的目的。關(guān)鍵詞：繼電器；光敏元件；關(guān)照變化；控制如圖所示是一種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，因此安裝比較簡便。白天，光敏電阻器RL因受自然光線照射，RL展現(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的折轉(zhuǎn)電壓，故雙向晶閘管VTH阻斷，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的折轉(zhuǎn)電壓。

1方案論證伴隨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)用中不可忽視的首先，路燈控制器重要用于安裝在公共場所或道路兩旁的路燈一般但愿隨日照光亮度的變化而自動啟動和關(guān)斷，既滿足行人的需要，更重要的是它能節(jié)電。理解常用路燈控制的多種措施，及各自的優(yōu)缺陷，通過互相的比較，確定設(shè)計(jì)方案，并對所用傳感器進(jìn)行選型，同步加以電路的設(shè)計(jì)與分析，完畢設(shè)計(jì)任務(wù)。下面的兩個小節(jié)分別對路燈控制器的原理，路燈控制器中用到的重要元件以及在電路中的作用分析。1.1引入路燈控制器的原理此路燈控制器重要由光敏元件，放大器，繼電器，受控?zé)艉碗娫措娐窐?gòu)成。繼電器是一種當(dāng)輸入量（電、磁、聲、光、熱）到達(dá)一定值時(shí)，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動控制器件。在這個電路中伴隨光照的變化，繼電器會對應(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展現(xiàn)低阻狀態(tài)，VT1基極電位減少，VT1和VT2處在截止?fàn)顟B(tài)，繼電器K不吸合，燈L不亮。當(dāng)夜幕來臨時(shí)，光照強(qiáng)度弱光敏電阻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。1.2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長，使加在電容上的電壓上升，到達(dá)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步下降，使燈光變暗，從而實(shí)現(xiàn)對燈光亮度的控制。圖1光敏電阻調(diào)光路1.3光敏電阻式光控開關(guān)以光敏電阻為關(guān)鍵元件的帶繼電器控制輸出的光控開關(guān)電路有許多形式，在本試驗(yàn)中我用了簡樸的繼電器開關(guān)電路。其工作原理是：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，鼓勵電流使繼電器工作，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)段開，實(shí)現(xiàn)對外電路的控制。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展現(xiàn)低阻狀態(tài)，VT1基極電位減少，VT1和VT2處在截止?fàn)顟B(tài)，繼電器K不吸合，燈L不亮。當(dāng)夜幕來臨時(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)3.1路燈控制器的設(shè)計(jì)路燈控制器重要由光敏元件，放大器，繼電器，受控?zé)艉碗娫措娐窐?gòu)成。白天，光照強(qiáng)度強(qiáng)，光敏電阻R2展現(xiàn)低阻狀態(tài)，VT1基極電位減少，VT1和VT2處在截止?fàn)顟B(tài)，繼電器K不吸合，燈L不亮。當(dāng)夜幕來臨時(shí)，光照強(qiáng)度弱光敏電阻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。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種重要的元件，繼電器是一種當(dāng)輸入量（電、磁、聲、光、熱）到達(dá)一定值時(shí)，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動控制器件。繼電器的輸入信號x從零持續(xù)增長到達(dá)銜鐵開始吸合時(shí)的動作值xx,繼電器的輸出信號立即從y=0跳躍到y(tǒng)=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y將不再起變化。當(dāng)輸入量x從某一不小于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－輸出特性。釋放值xf與動作值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與線圈吸取的最小功率P0之比叫做繼電器的控制系數(shù)，即Kc=PC/P0。圖5繼電器的輸入輸出特性3.2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78××系列和負(fù)電壓輸出的79××系列。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。它的樣子象是一般的三極管，TO-220的原則封裝，也有9013樣子的TO-92封裝。用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來構(gòu)成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件很少，電路內(nèi)部尚有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、以便，并且價(jià)格廉價(jià)。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，否則輕易燒壞。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)壓值高某些。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。二極管種類有諸多，我們設(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，可分為鍺二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。根據(jù)其不一樣用途，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。按照管芯構(gòu)造，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，它是運(yùn)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）在擴(kuò)散過程中復(fù)合發(fā)光，這種發(fā)射過程重要對應(yīng)光的自發(fā)發(fā)射過程。按光輸出的位置不一樣，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。3.2.3發(fā)光二極管發(fā)光二極管的發(fā)光原理同樣可以用PN結(jié)的能帶構(gòu)造來解釋。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)有諸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，兩者不能發(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，處在高能態(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，室溫下持續(xù)工作時(shí)間長、光功率－電流線性度好等明顯長處，并且由于此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，因此其價(jià)格非常廉價(jià)。因此在某些簡易的光纖傳感器的設(shè)計(jì)中，假如LED可以勝任，選用它作為光源即可大大減少整個傳感器的成本。然而LED的發(fā)光機(jī)理決定了它存在著諸多的局限性，如輸出功率小、發(fā)射角大、譜線寬、響應(yīng)速度低等。因此，在某些需要功率高、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)，選用其他更高性能的光源。3.2.4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。為了增長敏捷度，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、碲化物等半導(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)光敏電阻受到光照時(shí)，價(jià)帶中的電子吸取光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子，同步產(chǎn)生空穴，電子—空穴對的出現(xiàn)使電阻率變小。光照愈強(qiáng)，光生電子—空穴對就越多，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-空穴對逐漸復(fù)合，電阻也逐漸恢復(fù)原值，電流也逐漸減小。3.3電路的分析。運(yùn)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，運(yùn)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)，運(yùn)用電橋，可將光線信號轉(zhuǎn)換成電信號，再通過電壓比較器等方式，可以有效地完畢控制需要。此類設(shè)計(jì)中，只要能將光線信號取出，整個設(shè)計(jì)也便完畢了大半，至于控制部分的設(shè)計(jì)，可采用繼電器輸出，這樣就算驅(qū)動較大的路燈負(fù)載，只需再加接觸器便可完畢。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，怎樣提高系統(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持續(xù)的，因此在靠近臨界點(diǎn)時(shí)，輕易導(dǎo)致不穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)中若能用運(yùn)放電路來完畢處理，則可將運(yùn)放接成電壓比較器的方式，這樣可以完畢較為精確的起控；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)分壓不小于穩(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實(shí)現(xiàn)白天光線較暗和晚上碰到聲響時(shí)，路燈自動點(diǎn)亮，從而實(shí)現(xiàn)人來燈亮，人走燈滅，既以便又實(shí)用。不僅節(jié)省了電能，并且能延長燈泡使用壽命?？蓮V泛應(yīng)用于樓梯，走廊，衛(wèi)生間及生活小區(qū)等公共場所的照明控制。此控制器經(jīng)濟(jì)實(shí)用，雖然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

當(dāng)今中國的老百姓越來越重視節(jié)省能源，這個電路就是為了節(jié)省更多的能源設(shè)計(jì)的。我國是一種資源大國，但近來這些年由于過度重視經(jīng)濟(jì)建設(shè)，在發(fā)明了許多財(cái)富的同步也消耗了諸多能源。例如近些年來，每到夏天到來，就會有許多能源高峰期，政府也會采用某些對應(yīng)措施限制人們用電。假如路燈控制器安裝在公共場所或道路兩旁的路燈一般但愿隨日照光亮度的變化而自動啟動和關(guān)斷，既滿足行人的需要，又能節(jié)電。通過本次試驗(yàn)，使我明白了路燈控制器的工作原理。即當(dāng)光照強(qiáng)度到達(dá)一定強(qiáng)度路燈控制器會對應(yīng)的啟動或關(guān)閉。到達(dá)了節(jié)能的目的，減少了不必要的揮霍。在實(shí)際實(shí)踐的過程中，我發(fā)現(xiàn)也有需要改善的地方，如：怎樣提高系統(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持續(xù)的，因此在靠近臨界點(diǎn)時(shí)，輕易導(dǎo)致不穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)中若能用運(yùn)放電路來完畢處理，則可將運(yùn)放接成電壓比較器的方式，這樣可以完畢較為精確的起控；若采用分立元件來處理，可以采