光控路灯控制器的设计.docx

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光控路灯控制器的设计

第一章绪论

电子产业飞速发展，近10年来，我国电子信息产品制造业以3倍于GDP增长的速度高速发展，保持国民经济第一支柱产业的地位，预计今年将突破1.6万亿元。

我国信息产品制造业已经进入世界前三位，成为世界信息产业大国，移动电话、DVD、彩电、程控交换机等产品以及不少电子元器件的生产量均位居世界第一。

本篇论文研究有关电子产品中楼道声光照明灯的设计。

用数字电路技术实现灯的自动发亮、节能节电、延长灯的寿命变得越来越重要，而且贴近我们的实际生活。

声光控电路已成为人们日常生活中必不可少的必需品，它不需要开关，当有人经过时会自动的亮；它与我们的生活息息相关，在生活中我们会遇见许多声光双控的电路形式。

广泛应用于走廊、楼道招待所等公共场所，给人们的生活、带来极大的方便。

因此，得到了广泛的应用。

声光控电路是声音和光控制电路工作的电子开关。

它将声音（如击掌声）和光转化为电信号，经放大、整形，输出一个开关信号去控制各种电器的工作，在自动控制工业电器和家用电器方面有着广泛的用途。

那么它们的内部电路结构又是怎样？

本篇论文将谈论它的内部结构、工作原理、元件特性、PCB制版、电路焊接等有关内容。

本篇论文有关楼道声光控制照明灯的设计能使人们在不知不觉中感受电子产品的方便。

第二章系统整体设计

2.1光控制路灯控制器课程设计的目的

1.能够全面的巩固和应用课程中所学的基本理论的基本方法，并初步掌握综合系统设计的基本方法。

2.能合理、灵活的应用各种标准集成电路等器件实现规定的系统设计。

3.培养独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的综合设计能力。

4.培养独立进行试验，包括电路布局、安装、调试和排除故障的能力。

5.培养书写综合设计实验报告的能力。

2.2光控制路灯控制器的设计任务与要求

利用光照的强度作为路灯的起控点，实现光线较亮时，自动关闭，晚上光线较暗时，自动开启路灯的控制。

　了解常用路灯控制的各种方法，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。

2.3方案的提出

无线技术的飞速发展，在各个行业得到广泛应用。

目前很多城市路灯控制系统多数处于人工管理的状态，使路灯管理和维护成本加大。

为此，提出一种新的路灯控制器方案，通过光敏电阻检测自然光强度和脉冲干扰平均滤波算法分析，自动切换路灯的开关状态。

并通过无线传输技术将路灯的状况反馈到管理中心，实现路灯的远程监控，有效降低了路灯管理和维护的费用。

近年来，国家大力提倡节能减耗，而传统的路灯控制方式多数是集中、定时控制其开关状态。

其线路铺设、维护需要大量的人力和财力，同时对于路灯是否正常也只能通过人工方式进行检查，这些对路灯的管理极为不便。

也容易造成电能损耗，因此有必要对路灯控制系统进行改进。

本文给出一种基于无线技术的光控路灯控制方案，实现路灯的全自动监控，大大减少路灯管理、维护的费用。

同时降低电能损耗。

传统路灯的人工管理控制方式是通过有线将各个路灯连接至管理中心。

这不方便管理和维护。

路灯具有一些显著特点。

彼此间距不能太远。

否则不能起到照明作用，而相邻路灯同时照明，各个路灯所处位置亮度加大，本控制器正是利用该特点进行设计。

路灯的每个控制器通过光敏电阻检测其光强度，通过滤波算法判断是否属于自然光变化规律，然后决定路灯开关状态切换；同时，各控制器通过算法自动识别各自监控的路灯工作状态，判断其是否正常，通过控制器的无线传输功能将路灯的状况反馈到管理中心，管理中心也可将相应指令传送到指定位置的路灯，进行相关控制，实现管理中心远程、实时监测路灯并及时进行路灯的维修或更换。

第三章硬件电路测试

3.1电路设计

1.光敏电阻

光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。

这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。

这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。

　　光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。

在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。

用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。

通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体。

及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。

在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。

光照愈强，阻值愈低。

入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。

在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。

光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。

半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。

光敏电阻原理图如图3.1所示：

图3.1光敏电阻原理图

光敏电阻属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反应速度快，光谱特性及r值一致性好等特点外，在高温，多湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性，可广泛应用于照相机，太阳能庭院灯，草坪灯，验钞机，石英钟，音乐杯，礼品盒，迷你小夜灯，光声控开关，路灯自动开关以及各种光控玩具，光控灯饰，灯具等光自动开关控制领域。

下面给出几个典型应用电路。

一些光敏电阻实物图如图3.2所示：

图3.2光敏电阻实物图

2.稳压二极管

稳压二极管概述：

稳压二极管（又叫齐纳二极管）是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，简称稳压管。

此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。

稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内（或者说在一定功率损耗范围内），端电压几乎不变，表现出稳压特性，因而广泛应用于稳压电源与限幅电路之中。

稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用.其伏安特性见图1,稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压。

稳压管工作原理：

稳压管也是一种晶体二极管，它是利用PN结的击穿区具有稳定电压的特性来工作的。

稳压管在稳压设备和一些电子电路中获得广泛的应用。

我们把这种类型的二极管称为稳压管，以区别用在整流、检波和其他单向导电场合的二极管。

稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变。

这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。

图3.3稳压二极管

3.固态继电器（SSR）的工作原理和特性

固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。

固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。

按开关型式可分为常开型和常闭型。

按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。

固态继电器如图3.4所示：

图3.4固态继电器

4、光控电路

光控路灯控制器可以自动实现白天光线较暗和晚路灯自动点亮，既方便又实用。

不仅节约了电能，而且能延长灯泡使用寿命。

可广泛应用于楼梯，走廊，卫生间及生活小区等公共场所的照明控制。

此控制器经济实用。

整个电路由电源电路，光控电路等部分组成。

电源由家用电路供电，光敏控电路对外界光亮程度进行检测，输出与光亮程度相对应的电压信号。

从而实现白天灯泡不亮晚上灯泡自动点亮。

总体原理图如图3.5所示：

3.5光控电路原理图

3.2实物图

图3.6实物图1

图3.7实物图2

第四章电路的检测与调试

4.1安装调试过程

4.1.1安装过程

由老师分完组，每组下发一套工具，经分工后，大家按电路原理图组装电路，并尽量布局合理，连接美观。

4.1.2调试过程

光敏电阻的测试：

用指针式万用表两表笔分别接光敏管的两极，凸面朝向阳光，应为低电阻，若为高阻，对调两表笔为低阻说明此管是好的。

二极管测试：

二极管主要分为三种：

整流二极管、稳压二极管、发光二极管；此外，还有开关二极管。

先打磨引脚，再用指针表测试，因二极管具有单相导电性，所以，在测试时，红笔接负极，黑笔接正极，若是导通，且红笔接正极，黑笔接负极，为截止，则表明二极管是正常的，若不是则表明二极管是坏的。

检查电路在通电调试之前，必须认真检查电路连线是否正确，对照电路图按照一定顺序逐级检测，特别要注意电源是否接错，电源与地是否有短接，二极管是否接反，轻轻拨一拨元器件，观察焊点是否牢固。

电解电容器的极性检测：

电解电容的正负极性不允许接错，当极性接反时，可能因电解液的反向极化，引起电解电容器的爆裂。

当极性标记无法辨认时，可根据正向连接时漏电电阻大、反向连接时漏电电阻相对小的特点判断极性。

交换表笔前后两次测量漏电电阻，阻值大的一次，黑表笔接触的是正极，因为黑表笔与万用表内电池正极相接（采用数字万用表时，红表笔接电池正极）。

但用这种办法有时并不能明显地区分正、负向电阻，所以使用电解电容时，要注意保护极性标记。

调试先用万用表测量电路有关点电位是否正常。

检查发光二极管是否正常工作。

发现不正常现象时，及时找出原因进行修改，注意接线不得有误，接入电源。

在光电二极管有光与无光的情况下看总体电路的工作情况。

观察灯泡是否按要求进行变化。

如不能顺利完成以上功能，则应认真检查电路的连接及功能设计是否有误并作出相应调整。

由于本制作采用市电直接供电，因此操作时要特别小心，否则容易发生触电事故。

在调试时若有直流稳压电源，可采用12V直流电源进行调试。

等各项功能都正常后，再用市电调试。

12V电源接于D1的阴极与地之间，用万用表测量C1两端电压，当光线较强时，C1两端电压为0.5V以下，用一黑色合子将感光孔处挡住，此时C1两端的电压变为高于10V，此时继电器吸合，若听不到继电器吸合的声音，查看D5是否接反，若D5接反，由于VT3直接将正电源与地短接，电流较大，有可能损坏VT3。

若以上测试正常，便可以直接接入220V市电进行调试。

在进行这一步时，操我们千万不要用手直接去接触电路板上的任何金属部分。

先用万用表测量CW2两端电压，接上电源后，电源指示灯点亮，CW2两端电压在12V左右，否则说明整流电路有问题，可查看4个二极管有没有焊反。

由于二只发光二极管和光敏电阻直接伸出外壳，因此在安装这几只元件时，全部在线路板的焊接面，对于光敏电阻直接将元件焊接于线路板的焊接面上，两只发光二极管先折弯，发光面从线路板上的二只孔出伸出。

4.2安装调试过程中所遇问题及解决方法

故障寻、检常用方法如下：

直观检查法电阻法电压法电流法

通过眼、耳、鼻、手来查找故障部位。

即是看元器件有无断线、互碰、烧焦、脱焊等现象；听声音有无异常；闻有无焦味；摸器件是否过热等。

用普通万用表的欧姆档检查各点的阻值，粗查是否有短路、断路或元器件错焊等情况。

用万用表测量电路中各点对地的电阻以及元器件的阻值，以此来判断故障部位测量晶体管的管脚电压和集成块各脚的电压或波形，据此电压值判断故障。

测量晶体管的管脚电压和集成块各脚的电压或波形，据此电压值判断故障。

本电路调试时请先将光敏电阻的光挡住，将ab分别接在电灯的开关位上，用手轻拍驻极体，这时灯应亮，若用光照射光敏电阻，再用手重拍驻极体，这时灯不亮，说明光敏电阻完好，这时即告本套件制作成功。

若不成功请仔细检查有无虚假错焊和拖锡短路现象。

第五章总结与展望

为了节约电能，市场上出现了多种节电照明灯，如声光双控灯、微波感应灯和热释远红外感应灯等。

据调查，微波感应灯的