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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(shí) 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(huà)出電路原理圖 五 總結(jié)與體會(huì) 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(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(kāi)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(shí)學(xué)以致用、融會(huì)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(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，所以安裝比擬簡(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(shí)，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(wèn)題越來(lái)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(wú)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(kāi)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(guò)相互的比擬，確定設(shè)計(jì)方案，并對(duì)所用傳感器進(jìn)展選型，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(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(kāi)，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?chē)饩€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，假如周?chē)墓饩€變亮，如此光敏電阻阻值下降，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

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(kāi)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(kāi)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，激勵(lì)電流使繼電器工作，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)段開(kāi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外電路的控制。 圖2 光敏電阻式光控開(kāi)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(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

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(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

7、信號(hào)x從零連續(xù)增加達(dá)到銜鐵開(kāi)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跳躍到y(tǒng)=ym,即常開(kāi)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(kāi)始釋放，常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)。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(dòng)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(jiàn)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(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱與調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(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(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?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(kāi)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(dòng)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(shí)，注入的非平衡載流子〔電子－空穴對(duì)〕在擴(kuò)散過(guò)程中復(fù)合發(fā)光，這種發(fā)射過(guò)程主要對(duì)應(yīng)光的自發(fā)發(fā)射過(guò)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(lái)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)帶中的電子如此可逃過(guò)PN

11、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)開(kāi)展得比擬成熟，所以其價(jià)格非常廉價(jià)。因此在一些簡(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)傳感器的本錢(qián)。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(qián)為代價(jià)

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(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—空穴對(duì)的出現(xiàn)使電阻率變小。光照愈強(qiáng)，光生電子—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(guò)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

13、漸減小。 。 利用光照強(qiáng)度為傳感器，目前最為常用且性價(jià)比擬高的就是光敏電阻，利用其光線較強(qiáng)時(shí)，電阻值較低，而光線較暗時(shí)如此電阻較大的特點(diǎn)，利用電橋，可將光線信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再通過(guò)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(hào)取出，整個(gè)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(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)中假如能用運(yùn)放電路來(lái)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(lái)處理，可以采用穩(wěn)壓管來(lái)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(lái)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)生間與生活小區(qū)等公共場(chǎng)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(huà)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) 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(huì) 當(dāng)今中國(guó)的老百姓越來(lái)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^(guò)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(lái)，每到夏天到來(lái)，就會(huì)有許多能源頂峰期，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(kāi)啟和關(guān)斷，既滿足行人的需要，又能節(jié)電。通過(guò)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(huì)相應(yīng)的開(kāi)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(guò)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(shí)，容易造成不穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)中假如能用運(yùn)放電路來(lái)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(lái)處理，可以采用穩(wěn)壓管來(lái)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。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