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1、word 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 間 : 目 錄 引言 一 方案論證 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 四 畫出電路原理圖 五 總結(jié)與體會 六 參考文獻(xiàn) 摘 要 本實(shí)驗(yàn)的路燈控制器

2、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)中的多級放大電路。主要用于安裝在公共場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與其應(yīng)用，以達(dá)到將理論知識學(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 · · 如下列圖是一個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，所以安裝比擬簡便。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的折轉(zhuǎn)電壓，故雙向晶閘管VTH阻斷，電燈E不亮。當(dāng)夜幕降臨時，R

3、L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 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)用中不可無視的一方面，路燈控制器主要用于安裝在公共場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，與各自的優(yōu)缺點(diǎn)，通過相互的比擬，確定設(shè)計(jì)方案，并對所用傳感器進(jìn)展選型，同時加以電路的設(shè)計(jì)與分析，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。下面的兩個小節(jié)分別對路燈控制器的原理，路燈控制器中用到的主要元件以與在電路中的作用分析。 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、

4、光、熱〕達(dá)到一定值時，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動控制器件。在這個電路中隨著光照的變化，繼電器會相應(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，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。 當(dāng)周圍光線變?nèi)鯐r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，假如周圍的光線變亮，如此光敏電阻阻值下降，照明燈兩端電壓也同時下降，使燈光變暗，從而實(shí)現(xiàn)對燈光亮

5、度的控制。 圖1 光敏電阻調(diào)光路 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)中我用了簡單的繼電器開關(guān)電路。其工作原理是：光照下降到設(shè)置值時由于光敏電阻阻值上升激發(fā)導(dǎo)通，激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，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

6、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，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 在這里繼電器是一個主要的元件，繼電器是一種當(dāng)輸入量〔電、磁、聲、光、熱〕達(dá)到一定值時，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

7、信號x從零連續(xù)增加達(dá)到銜鐵開始吸合時的動作值xx,繼電器的輸出信號立刻從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－輸出特性。釋放值xf與動作值xx的比值叫做反應(yīng)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 器件的選擇 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×

8、×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、過熱與調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價格廉價。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，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，否如此不能輸出穩(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

9、高一些。 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)其不同用途，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。按照管芯結(jié)構(gòu)，又可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管與平面型二極管。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直流電。 發(fā)光二極管〔LED〕是用半導(dǎo)體材

10、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，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)射過程主要對應(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。 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，溝區(qū)導(dǎo)帶中的電子如此可逃過PN

11、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，處于高能態(tài)的電子與空穴相遇時，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，室溫下連續(xù)工作時間長、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)開展得比擬成熟，所以其價格非常廉價。因此在一些簡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傳感器的本錢。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，就不得不以提高本錢為代價

12、，選用其它更高性能的光源。 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)成光敏電阻如下列圖。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、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，價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

13、漸減小。 。 利用光照強(qiáng)度為傳感器，目前最為常用且性價比擬高的就是光敏電阻，利用其光線較強(qiáng)時，電阻值較低，而光線較暗時如此電阻較大的特點(diǎn)，利用電橋，可將光線信號轉(zhuǎn)換成電信號，再通過電壓比擬器等方式，可以有效地完成控制需要。這類設(shè)計(jì)中，只要能將光線信號取出，整個設(shè)計(jì)也便完成了大半，至于控制局部的設(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，容易造成不穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)中假如能用運(yùn)放電路來完成處理，如此可將運(yùn)放接成電壓比擬器的方式，這樣可以完成

14、較為準(zhǔn)確的起控；假如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，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遇到聲響時，路燈自動點(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，而且能延長燈泡使用壽命。可廣泛應(yīng)用于樓梯，走廊，衛(wèi)生間與生活小區(qū)等公共場所的照明控制。此控制器經(jīng)濟(jì)實(shí)用，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 晶閘管路燈自動限壓保護(hù)電路 元器件列表 元件名稱 元件參數(shù) R1 R2 2K R3 R4 R5 15K R6 2K R

15、7 2K R8 R9 C1 200UF 50V C2 0.47UF 63V RP1 RP2 1K 五.總結(jié)與體會 當(dāng)今中國的老百姓越來越重視節(jié)約能源，這個電路就是為了節(jié)約更多的能源設(shè)計(jì)的。我國是一個資源大國，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)富的同時也消耗了很多能源。比如近些年來，每到夏天到來，就會有許多能源頂峰期，政府也會采取一些相應(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

16、燈控制器會相應(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)也有需要改良的地方，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，容易造成不穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)中假如能用運(yùn)放電路來完成處理，如此可將運(yùn)放接成電壓比擬器的方式，這樣可以完成較為準(zhǔn)確的起控；假如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，電路才能起控。這樣就解決了光照強(qiáng)度在靠近臨界點(diǎn)是路燈控制器工作的。 1電力電子變流技術(shù) 王廷才編 機(jī)械工業(yè) 2晶閘管變流技術(shù)應(yīng)用圖集 王文郁編 機(jī)械工業(yè) 3電力電子變流技術(shù) 曾芳編 某某電子科技大學(xué) 4電類專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) X華編 機(jī)械工業(yè)出版 5電力電子技術(shù)應(yīng)用電路 王文郁編 機(jī)械工業(yè) 14 / 14