路灯控制器设计Word下载.docx

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成绩：

电子与信息工程学院

摘要

本设计的路灯控制器是由光敏元件，光控电路，开关电路，受控灯和电源电路等组成。

光敏元件由光敏二极管组成，光控电路由三极管及电阻分压组成，开关电路由可控硅组成。

路灯控制器电路简单，使用方便。

主要用于安装在公共场所或道路两旁的路灯通常希望随日照光亮度的变化而自动开启和关断，既满足行人的需要，更重要的是它能节省电能，实现自动化。

关键词：

光敏二极管、可控硅、光控电路、开关电路

1设计分析

科学技术是第一生产力，科学技术的飞速发展带动了各国生产力的大规模提高。

由此可见科技已成为各国竞技的核心，尤其是电子信息技术更显得尤为重要，在国民生产各部门电子信息技术得到了广泛的应用。

同时随着人们生活现代化水平不断提高，国民经济的快速发展，电力的供需矛盾日益加剧，生产更多的电，即意味着要消耗更多的煤、石油、天然气等不可再生资源，还会带来许多相应的环境问题。

随着能源问题越来越引起人们的重视，节能已经成为生产应用中不可忽视的一方面。

在现代社会中，某些场所的灯光已经不再满足于单纯的手动开关，而是向智能和人性化方便向发展，方便与节能已经是设计的主题，所以各种光控灯应运而生，其中基于光敏二极管设计的路灯控制器就是光控灯的一种。

路灯控制器主要用于安装在公共场所或道路两旁的路灯通常希望随日照光亮度的变化而自动开启和关断，既满足行人的需要，更重要的是它能节省电能。

了解常用路灯控制的各种方法，以及各自的优缺点，通过相互的比较，确定设计方案，并对所用传感器进行选型，同时加以电路的设计与分析，完成设计任务。

2设计方案及电路

2.1设计思路

路灯控制器的作用是路灯随日照光亮度的变化而自动开启和关断，光控灯就是把光信号转换为电信号，再将电信号转换为光信号的装置。

整个电路由电源电路，光控电路及开关电路等部分组成。

电源由直流稳压电源提供。

光控电路是利用光敏二极管对外界光亮程度进行检测，光敏二极管的电阻值随着外界光的强度变化而变化，通过光控电路转换成电压信号。

一般是光线强时电阻减小，光线弱时电阻增大，从而可改变电路的分压值，经开关电路、放大电路来控制路灯的开启和关断来实现光控，从而实现自动控制。

2.2系统方框图

路灯控制器的电路由感光元件、光控电路、开关电路及电源电路等部分组成。

电源由直流稳压电源提供，通过220V市电经过变压器和整流得到。

感光元件对外界光亮程度进行检测，通过光控电路转换成电压信号，经开关电路来控制路灯实现光控。

图2-1路灯控制系统方框图

2.3电路原理图

路灯控制器的电路由光敏二极管D4、变压器T1、电桥D3、可控硅D2、稳压管D1及电阻电容组成。

电源由直流稳压电源提供，通过220V市电经过变压器T1和D3和C1整流得到。

光敏二极管对外界光亮程度进行检测，通过光控电路转换成电压信号，经开关电路来控制路灯实现光控。

图2-2路灯控制电路原理图

3电路工作原理及参数

3.1电路工作原理

路灯控制器是采用可控硅的简易实用光控路灯电路。

R6为光敏二极管（由变阻器R6代替），白天它呈低电阻，阻值200欧姆，三极管基极电位低，三极管Q1截止，可控硅D2门极电位低，因门极无触发电流而处于关断态，路灯X1不亮。

夜晚光敏二极管R6无光照射呈高电阻，阻值200欧姆，三极管Q1导通，发射极可输出电流，与负载R3配合，使可控硅D2门极电位升高，可控硅有正向触发电流流经，使可控硅D2开通，路灯X1点亮发光。

调节R7可使电路在需要开灯的光照度下使路灯X1点亮。

该电路设置了稳压管D1，使电路工作比较稳定可靠。

电路安装时，光敏二极管R6应注意避免路灯X1的自身光线照射。

电路的电源部分由220V交流电，经过变压器T1，变成低电压。

再进入整流桥D3变成脉动的波形，经过滤波电容C1，滤除高频分量，使波形平缓。

最后经稳压管D1和电阻R1输出直流电。

图3-1路灯控制电路图

3.2光控电路

光控电路中重要的元件是光敏二极管，也叫光电二极管。

光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的，其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。

无光照时，有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时光敏二极管截止。

当受到光照时，饱和反向漏电流大大增加，形成光电流，它随入射光强度的变化而变化。

当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。

这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加，因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流[3]。

图3-2光敏二极管的伏安特性曲线

光敏二极管是在反向电压作用之下工作的。

没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。

当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子-空穴对，称为光生载流子。

它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。

这种特性称为“光电导”。

光敏二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。

如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化[3]。

图3-3光敏二极管的光照特性曲线

光控电路由光敏二极管R2（由变阻器R2代替）、电阻R1、R4以及变阻器R3和三极管Q1组成。

白天或光照强时，光敏二极管R2的电阻很小，三极管Q1的基极呈现低电位，三极管Q1截至。

光控电路输出为低电位，即与其相连接的开关电路输入为低电位。

开光电路不会打开，可控硅不会被导通，路灯不亮。

夜晚或光线较暗时，光敏二极管R2的电阻值变大，R2的电阻达到500欧姆以上，三极管Q1基极电位升高，Q1基极电位升高到超过0.7V，三极管Q1导通。

此时，光控电路三极管Q1发射极与负载组合使光控电路输出为高电位，与其相连接的开关电路打开，路灯亮起。

图3-4路灯控制光控电路

光控电路的直流电源为6.8V左右，设置光敏二极管的亮电阻为10欧姆，暗电阻为500欧姆。

欲使 

三极管Q1导通，三极管Q1基极电压需达到0.7V。

通过分压公式，计算得R3取1K欧姆合适。

电阻R3设置为变阻器是为了适应不同环境的光强度变化，通过调整变阻器R3的电阻值，是光敏二极管处于不同的感光区域，适应光强度不同的环境[2]。

3.3开关电路

开关电路是由可控硅和电阻R1、R2组成。

可控硅又可称作晶闸管（Thyristor），是晶体闸流管的简称。

晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：

阳极，阴极和门极。

晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中[1]。

晶闸管在工作过程中，它的阳极（A）和阴极（K）与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。

晶闸管为半控型电力电子器件，它的工作条件如下：

（1）.晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于反向阻断状态。

（2）.晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。

这时晶闸管处于正向导通状态，这就是晶闸管的闸流特性，即可控特性。

（3）.晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。

门极只起触发作用。

（4）.晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。

图3-5路灯控制开关电路

可控硅的最低导通电压是0.7V，通过光控电路和负载R1实现电位的控制，通过模拟选定R1的阻值为1K欧姆，当可控硅门极电路电压升高超过0.7V后，可控硅D1导通，路灯亮起。

为了保证D1的完好，利用电阻R2起限流的作用。

3.4电源电路

电源电路部分是由一个输出为22V的变压器和整流滤波电路组成。

220V的交流电经过变压器变压，变压为22V的交流电，而桥式整流电 

路将交流电变换成脉动的直流电。

再经过由电容C1与电阻R7构成的滤波电路滤除纹波，经过电阻R1和稳压管D1稳压，输出直流电压约为6.8V。

为保护D1的完好，选择了阻值为1K欧姆的限流电阻。

图3-4路灯控制电源电路

通过仿真得到220v交流电经过整形滤波的波形，可以看到直流电源比较理想。

图3-5直流电源波形

4设计总结

本文的路灯控制器，电路简单，使用方便。

路灯控制器安装在公共场所或道路两旁的路灯通常希望随日照光亮度的变化而自动开启和关断，既满足行人的需要，又能节电。

通过光控照明电路，以达到节省能源的目的，光控是通过光敏二极管来实现的，当光敏二极管在有光的时候灯就会慢慢的熄灭。

在较黑暗或完全没有光照的时候灯就会亮起来，这样就达到了节电和节能的目的和延长了灯的寿命。

在实际生活中节电节能，能够实现自动化。

在实际实践的过程中，我发现也有需要改进的地方，如何提高系统在光线临界状态的稳定性，是设计的难点所在。

由于光敏二极管的电阻值变化是连续的，因此在靠近临界点时，容易造成不稳定，在设计中若能用运放电路来完成处理，则可将运放接成电压比较器的方式，这样可以完成较为精确的起控。

这样就解决了光照强度在靠近临界点的路灯控制问题。

通过一周的课程设计，我们觉得自己的确学到了许多知识。

以前学习模拟电子技术和数字电子技术的时候，总觉得没有什么实用性，而现在才发现那种想法是完全错误的。

通过一周的课程设计，我学会了许多专业知识。

遇到困难时，我就去积极的看教材，去图书馆查阅资料，去网上搜索相关信息，直至把每一个细节，每一个原理都搞清楚弄明白为止，大大增强了我的自学能力和独立能力。

更重要的是，我拓展了思路，开阔了视野，活跃了思想。

对以后的学习工作起到了很大的帮助作用。

参考文献

[1]康华光.电子技术基础.高等教育出版社,2006.

[2]童诗白、华成英.模拟电子技术基础（第四版）.高等教育出版社,2006.

[3]胡向东.传感器与检测技术（第2版）.机械工业出版社,2015.

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