智能自控路灯电路的设计.docx

1、智能自控路灯电路的设计智能自控路灯电路的设计【摘要】自1978年我国实行改革开放方针以来，伴随经济发展和城市化进程的加快，城市道路照明事业越来越引起各级政府的高度重视和社会各方面的关注，进入上个世纪90年代以后，更是驶上了发展的快车道，不断取得新成果。控制的手段由传统的“手控”不断变革为“时控”、“光控”和“时控、光控一体化”，为提高路灯开、关灯时间的准确性和消灭大面积的“白天亮灯”、“夜间黑灯”现象，提供了可靠的保证。本设计中的运放A1、光敏电阻RG1和运放A4、光敏电阻RG2分别组成两个测光电路，用于关灯和开灯时的光线检测。555定时器被广泛应用于脉冲波形的产生、变换、测量与控制等方面。本

2、电路中用LM339结合LM324组成运放反相器。CD4520则是一个加法计数器，达到电路的延时控制的效果。目 录1 引言 32 器件和功能电路介绍 32.1 光敏电阻 32.2 抗干扰延时电路 32.3 555定时器及其应用 42.3.1 555定时器内部结构 42.3.2 多谐振荡器工作原理 62.3.3 振荡周期 72.4 计数器CD4520 72.5 四运放集成电路LM324 72.6 电压比较器LM339 83 全路灯控制原理 93.1 全夜灯控制 93.1.1 关灯控制 9 3.1.2 开灯控制 93.2 半夜灯和早晚灯控制 104 电路调试 105 结论 116 致谢辞 117 参

3、考文献 111 引 言本电路有全夜灯、半夜灯和早晚灯三种工作方式。本电路由测光电路、比较器、抗干扰延时电路、定时电路和工作方式转换电路等组成，如图1。电路中以测光电路为传感器，用于感知环境光线，自动打开和关闭路灯。另在电路中引入定时电路，可以设定时间打开和关闭路灯。并且具有较强的抗干扰能力、控制方式灵活，用于道路的夜间照明和广告用灯的自动控制。图1 智能自控路灯电路原理框图2 器件和功能电路介绍2.1 光敏电阻 光敏电阻是一种电阻值随外界光照强弱（明暗）变化而变化的元件，光越强阻值越小，光越弱阻值越大。本电路RG1、RG2选用MG44-03型光敏电阻，图2中运放A1、光敏电阻RG1和运放A4、

4、光敏电阻RG2分别组成两个测光电路1，用于关灯和开灯时的光线检测。2.2 抗干扰延时电路 图2-1中RP4、R12和C8组成一个延时电路，12V电源通过RP4、R12对C8充电。大约经过5分钟的延时后8，由集成运放IC6组成的比较器的同相输入端电位上升，IC6由低电平输出跳变为高电平输出，晶体管VT2由截止变为导通，继电器K3吸合，其常闭触点K3-1打开，切断继电器K1的电源，K1释放，关闭路灯。由于RP4、R12和C8的延时作用可避免环境光线由暗渐亮时的临界不稳定状态对电路的干扰，使路灯迅速关闭。 图2-1 智能自控路灯电路电路图2.3 NE555定时器及其原理 555定时器是一种模拟电路和

5、数字电路相结合的中规模集成器件，其内部含有3个阻值为5k用于产生基准电压的高精度电阻。它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容组件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器，以及不需外接组件就可组成施密特触发器。因此， 555定时器被广泛应用于脉冲波形的产生、变换、测量与控制等方面。2.3.1 555定时器内部结构555定时器其内部结构如图2-2,管脚排列如图2-3及内部功能框图如图2-4所示2。它由分压器、比较器、基本RS触发器和放电三极管等部分组成。分压器由三个5K的等值电阻串联而成。分压器为比较器A1、A2提供参考电压，比较器A1的参考电压为VR1，加在同相输入端，比较器A2的参考电压

6、为VR2，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放C1、C2组成。高电平触发信号加在C1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器RD端的输入信号；低电平触发信号加在C2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器 SD端的输入信号。基本RS触发器的输出状态受比较器A1、A2的输出端控制。图2-2 555内部结构图图2-3 555管脚图图2-4 NE555内部功能框图2.3.2 多谐振荡器工作原理由555定时器组成的多谐振荡器如图2-5所示3，它将几个阻容元器件与555电路进行连接可以很方便的组成多谐振荡器.它可以用于时钟脉冲产生、波形发

7、生和提示音电路。其中R1、R2和电容C为外接元件。其工作波如图2-6所示。图2-5 由555定时器构成的多谐振荡器设电容的初始电压UC，t时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端VTHVTL1/3cc，比较器1输出为高电平，2输出为低电平，即VC1=1，VC2=0（1表示高电位，0表示低电位），触发器置，定时器输出U0此时U0=1，定时器内部放电三极管截止，电源VCC经R1，R2向电容充电，UC逐渐升高。当UC上升到1/3 VCC时，UC输出由翻转为，这时VC1=1，VC2=1，触发器保持状态不变。所以0tUr时，输出为高电平UOH。A1、A2、A3、A4选用集成四运放LM339。图

8、2-10 单限比较器（左）及其传输特性（右） 3 全路灯控制原理3.1 全夜灯控制 全夜灯控制可以使路灯在夜间自动点亮，天亮后自动关闭路灯。下面介绍其关灯控制和开灯控制的原理。3.1.1 关灯控制 当天色渐亮起来后光敏电阻RG2的阻值逐渐减小，由运放A4构成的比较器的同相输入端的电位逐渐降低。当低于反相输入端电位时，A3由高电平跳变为低电平输出，使运放IC6组成的比较器输出状态由高电平跳变为低电平，晶体管VT2由导通变为截止，RP4、R12和C8组成一个延时电路7，12V电源通过RP4、R12对C8充电。大约经过5分钟的延时后，由集成运放IC6组成的比较器的同相输入端电位上升，IC6由低电平输

9、出跳变为高电平输出，晶体管VT2由截止变为导通，继电器K3吸合，其常闭触点K3-1打开，切断继电器K1的电源，K1-1释放，关闭路灯。由于RP4、R12和C8的延时作用可避免环境光线由暗渐亮时的临界不稳定状态对电路的干扰10，使路灯迅速关闭。 3.1.2 开灯控制 当天色变暗时，光敏电阻RG2的阻值升高，经R17和RP5分压后使比较器A4的同相输入端电位高于反相输入端电位，A4输出端由低电平跳变为高点平，比较器A3也输出高电平，VT3由截止迅速转为导通状态，C8经VT3和R12放电，IC6的同相输入端电位下降，使IC6输出低电平，VT2截止，继电器K3失电释放，其常闭触点K3-1闭合经继电器K

10、1的线圈接通可控硅的正向电源。随着光线继续变暗，光敏电阻RG1的阻值增大，由于电容C3的充电作用，使得比较器A1的同相输入端电位缓慢上升，当A1的同相输入端电位高于反相输入端电位时，A1输出高电平，A2也输出高电平，通过R5、C4组成的微分电路产生正脉冲信号触发可控硅SCR导通，继电器K1得电吸合，其常开触点接通路灯电源，路灯点亮。 3.2 半夜灯和早晚灯控制半夜灯是在后半夜关掉全部和部分的灯，这一功能是通过定时电路来实现的。电路打开路灯时，继电器K3释放，其常闭触点K3-1在接通可控硅电源的同时也接通了定时电路的电源。NE555构成时钟振荡器，其输出的时钟脉冲经ICU反相后送至IC2。ICK

11、与R7、C6构成上电复位电路，在接通电源时，使由IC2（CD4520）构成分频器复位。ICD构成封锁电路，在定时结束时禁止时钟脉冲送入IC2的CP端10脚，IC2是14级二进制计数器，其内部由14个T触发器构成二进制串行计数器，有14个分频输出端Q1Q14，分频系数为81294，当输入8129个计数脉冲时Q14端输出高电平。本电路的时钟脉冲周期调整为1.7578S，当计数到8129个脉冲时，完成4个小时定时（适用于夏季）.若时钟脉冲周期调整为2.6367S，定时时间为6个小时（适用于冬季）.IC2计数到8129个脉冲时。其3脚输出高电平，这部分高电平分为两路，一路使晶体管VT1导通，继电器K2

12、吸合，其常闭触点K2-1关闭部分或全部路灯；另一路经选择开关SA1和与非门ICD封锁ICU，禁止时钟脉冲输入计数器，计数器停止计数，完成半夜灯控制。定时选择开关SA2用于设定两个时钟振荡周期，完成4小时或6小时定时，SA2闭合时定时时间短；SA2断开时时间长6。选择开关SA1用于早晚灯和半夜灯的控制，断开SA1将取消时钟脉冲封锁，变成循环延时控制，适当确定延时时间使电路在半夜后关闭路灯，黎明前打开路灯，天亮后又自动关闭路灯。4 电路调试电路在调试时首先调整RP5使A4、A3输出低电平，然后调整RP4使电路在延时5分钟后继电器K3吸合，完成路灯关闭动作；在K3释放后电路暂不接入电容C8，调整RP4使IC6输出高电平，继电器K3吸合，完成打开电路的动作：在继电器K3释放状态下，接通SA2，调节RP2使时钟电路的振荡周期为1.7578S，然后断开SA2，调整RP3，使时钟电路的振荡周期为2.6367s。5 结 论此次设计过程中，当天色渐亮起来的时候，两灯都灭。当天色变暗时，两灯都亮，选择开关SA1用于早晚灯和半夜灯的控制，断开SA1将取消时钟脉冲封锁，变成循环延时控制，适当确定延时时间使电路在半夜后关闭路灯，黎明前打开路灯，天亮后又自动关闭路灯。