光控路灯的设计

课程设计任务书

题目路灯光控开关的设计

专业、班级学号姓名

主要内容：利用二极管，光电池，继电器等器件设计一个可以通过光线变化自动控制路灯开关的电路。

基本要求：

(1). 能正确控制路灯开关。

(2). 写出相关设计原理。

(3). 画出电路图。

主要参考资料：

(1)传感器与传感器技术何道清编科学出版社

(4)传感器理论与设计基础单成祥编国防工业出版社

完成期限

指导教师签名：

课程负责人签名：

年月日

路灯光控开关的设计

摘要:光控路灯可以根据光线明暗自动控制开关状态，主要用在楼道等公共场所。光电池是能将光信号转换成电信号的器件，通过三极管组成的多级放大电路可实现控制功能。此次实验的路灯控制器是由光电池，放大器，继电器，二极管，电源电路等元件组成，核心是光电池转换光信号，传送到继电器，然后由继电器控制电路通断。通过此次设计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。通过此次课程设计能增强动手能力和实际电路设计能力，更深刻理解相关电路原理及光敏元件光电特性，继电器控制通断原理，加强对相关理论知识的理解。

关键词：继电器；光敏元件；关照变化；控制

目录

1.设计目的 (4)

2.基本要求 (4)

3.设计方案 (4)

3.1 路灯控制器原理 (4)

3.2 电路分析 (5)

3.3 器件选择 (7)

4.电路原理图 (10)

6.元器件列表 (12)

7.心得体会 (13)

8.参考文献 (14)

1.设计目的

利用二极管，光电池，继电器等器件设计一个可以通过光线变化自动控制路灯开关的电路。

2.基本要求

(1). 能正确控制路灯开关。

(2). 写出相关设计原理。

(3). 画出电路图。

3.设计方案

3.1 路灯控制器原理

此路灯控制器设计主要由电池，放大器，继电器，二极管，电源电路等元件组成，继电器是一种当输入量（电、磁、声、光、热）达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。在这个电路中随着光照的变化，继电器会相应的吸合或者断开，即决定路灯工作与否。白天有光照，光电池输出电动势，BG1加正向偏压，BG1和BG2处于截止状态，继电器J不吸合，灯L不亮。当夜晚没有光照，光电池无电动势，BG1加反向偏压，当上升到一定程度后，BG1导通，BG2随之导通，继电器J吸合，灯L点亮。

图 3-1 光电开关

以光电池为核心元件的带继电器控制输出的光控开关电路有许多形式，在本实验使用了简单的继电器开关电路。其工作原理是：有光照时由于光电池输出电动势，激励电流使继电器工作，常开触点闭合，没有光照时光电池不输出电动势，常闭触点断开，实现对外电路的控制。线路的主回路的相线由交流接触器的三个常开触头并联以适应较大负荷的需要。

3.2电路的分析

利用光照为传感器，目前最为常用且性价比较高的就是光电池，利用其有光线时输出电动势，而无光线较时则不输出电动势的特点，可将光线信号转换成电信号，再通过继电器控制通断可以有效地完成控制需要。这类设计中，只要能将光线信号取出，整个设计也便完成了大半，至于控制部分的设计，可采用继电器输出，这样就算驱动较大的路灯负

载，只需再加交流接触器便可完成。在本系统的设计中，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。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；若采用分立元件来处理，可以采用稳压管来稳定工作点，只有当分压大于稳压管的击穿电压时，电路才能起控。光控路灯控制器可以自动实现白天路灯自动点亮晚上自动关掉，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，走廊小区等公共场所的照明控制。

继电器是一种当输入量（电、磁、声、光、热）达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。继电器的输入信号x从零连续增加达到衔铁开始吸合时的动作值xx，继电器的输出信号立刻从y=0跳跃到y=ym，即常开触点从断到通。一旦触点闭合，输入量x继续增大，输出信号y将不再起变化。当输入量x从某一大于xx值下降到xf，继电器开始释放，常开触点断开。我们把继电器的这种特性叫做继电特性，也叫继电器的输入－输出特性。释放值xf与动作值xx的比值叫做反馈系数，即 Kf= xf /xx 触点上输出的控制功率Pc与线圈吸收的最小功率

P 0之比叫做继电器的控制系数，即Kc=PC/P

。

图3-2 继电器的输入输出特性

3.3器件的选择

3.3.1半导体二极管

几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。二极管种类有很多，作用也很多，主要作用包括整流，限幅，箝位，隔离。我们设计所用的二极管组就是其中的整流二极管。二极管按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。在综合实践中，我用的是整流二极管。1N4002是一种整流二极管，它是利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电。

3.3.2三极管

三极管按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电集c。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数（β一般远大于1，例如几十，几百）。