光控路灯设计

电子线路课程设计

题目路灯控制器设计专业班级2010级电子科学与技术学生姓名黄龙，段攀，刘雷指导教师张丹

二O一二年十二月

路灯控制器的设计

设计说明：

安装在公共场所或道路两旁的路灯，通常是随环境的亮和暗而自动的关断和开启或者自身亮度，同时可以对消耗的电功率进行测量。实验时用1W白光LED（3.3V 300mA）代替路灯，用调光台灯替代环境光线变化。（LED采用恒流供电，电流变化可以与LED亮度的变化约为线性变化。）

设计要求：

基本部分

1、自制电路供电的稳压电源；

2、LED采用恒流供电。

3、该控制器具有环境亮度检测和控制功能，当处于暗（亮）环境

下能够自动开（关）灯，为了演示方便，在现场演示时，当调

光台灯（模拟自然光）较暗（较亮）时相当于暗环境（亮环境），此时另一个白光LED（模拟路灯）将被点亮（熄灭），以此实

现光控功能。

发挥部分

1、设计一个环境光线检测器，其输出电压能随光线近线性变化；

2、受控的LED灯能随环境光线的明暗变化调整亮度，使在LED 灯光照射范围内的光照强度保持恒定。

一，方案提出与选择

1，在稳流源的基础上设计一个光控三极管分流电路，在稳流源输出定值的情况下，改变三极管上的电流从而达到控制发光二极管亮度的效果。电路如下图

2，在同一稳流源的基础上控制电源内部的电压而达到控制输出电流的效果。具体见实验。

方案比较：方案一二均可以完成预定要求，可以实现控制灯的明暗及开关，但光控灯明暗的目的是为了节能，从这一点出发，方案一将多余的电能消耗

在了电阻上发热，而方案二则做到了真正的节能。故最终选择了方案二。

二、设计方案

为了实现LED灯随环境光线的明暗变化调节亮度，我们使用了光敏三级管3DU33和运算放大器构成的基本电路。通过光敏三级管得感光特性控制第一级运算放大器的输入电压，然后通过加法器调节LED灯的明暗变化。实现该电路的电路原理图如下：

三、原件清单

四、电路原理

我们设计的电路原理图可以分为两个组成部分：电压控制电路，稳流电路。1，稳流电路

其稳流原理为：因为稳压管的稳压作用，稳压管将A与电源间的压降稳定在一定值6.2V，运算放大器的两个输入端虚短，所以2,3端电压相等，这一稳定电压就全部落在了电阻R2上，Q2和Q1上流下电流大约为100:1，所以R2上的电流绝大部分由Q2流下供给输出电路，输出电流值随稳压管电压和R2电阻的变化而变化而与外接电路无关。此时的LED上流过电流的计算公式为I=(VCC-UA)/R2

2，电压控制电路

利用3DU33的感光特性来控制支路电压值得变化。当有光照（1000lx）的情况下流过光敏三极管的光电流有10mA，这时电阻R9(2K)就会分得大部分电压，于是支路的电压就很小甚至为零；反过来，当环境光线不充足时，流过光敏三极管的暗电流只有几十微安，这时电阻R1分压就会降低，支路就会获得更大的电压。通过光敏三极管的特性进行线性分压，从而能很好的控制运算放大器输入电压的变化来调节LED灯。但实际情况下外界光线达不到1000lx，所以如果按照理论计算的R9为620Ω根本达不到预期的效果。经过实验中测验2K时可以达到预期效果。

通过一个加法器，加法器计算公式为Uc=(1+R5/R4)*(R6//R7//R8)*(UA/R6+UB/R7)为了使UC=UA+UB,所以将R4=5K,R5=10K,R6=15K,R7=15K,R8=15K将光控制的变化电压与稳压管下端的稳定电压求和而达到UC的变化。当外界光强时R9上电压大导致运算放大器输出电压变大,所以R2两端压降减小，从而流过R2的电流减小，LED上电流减小，LED变暗；相反，外界光线弱时，R9上分得的电压减小，运算放大器UC减小，R2两端压降增大，其上电流变大，LED上的电流跟着变大，LED变亮。

外界最暗时B端电压很小可以忽略，此时UC最小，R2两端压降最大，此时电路电流有最大理论值I=(12-(12-6.2))/20=0.306A

外界很亮时，只要B端电压大于或等于6.2V，理论上UC就可以达到12V,R2两端电压为零，电流也为零，LED熄灭。

五，实验数据

数据采样时用的，用的是手机摄像用散光灯，可以观察到随着手机慢慢升高，灯亮度的变亮程度是先变亮快后随着高度变化灯的变化很小。设光源强度为X,则光敏三极管上的光照为X/(πl*l),上面图像为根据光强与LED灯亮度变化的折线，可以发现外界光强由很暗逐渐变亮时，LED亮度先迅速降低一段，而后随着光线增强，LED缓慢的逐渐变暗。可最终无法达到理论预期的熄灭，最小电流为50mA，由数据表中UC可得当加法器的输出电压始终无法达到电源电压，所以R2两端一直存在压降,后思考认为在R2与电源间加一小稳压管即可实现灯的熄灭。

六，焊接及遇到的问题，调试

1 确定方案后，拿着板子就开始了焊接，结果是灯一直是亮的，加3V电压就很亮，并且控制电路完全起不到任何作用，后来检测才发现是没发现板子上是每三个孔内部相连的，所以很多器件都短路了。发现了这一问题后，鉴于器件比较少，所以干脆在板子的另一半没用的地方重新做了一次.

2有了上次的小错误后这次特别小心，可完成后发现基本看不到光控的效果，万用表检测后发现两个电压并没有像设计那样被加，检查后发现是加法器电阻计算错误，改正后效果就出来了。

3正调节电阻大小时就闻到了器件烧掉的味道——电阻烧了，分析后发现电阻R2上电流太大，超过其额定功率，经过计算用六个120Ω的电阻并联代替了R2,最后将R9调节到了2K左右，灯光随外界光线变化其明暗变化比较明显，经检测，最大电流达到290mA,最小电流为50mA

六、课程设计体会

通过这次的模拟电子线路的课程设计，我们不仅加深了对模拟电路的理解和运用，分析电路调试电路的能力和动手焊接能力也得到了提高，理解了理论和实践的间隔，更明白了团队协作对于电子线路设计的重要性。电子线路的前期设计思路很重要，首先要尽可能多的提出各种思路的模块，然后从理论上判断其实践可能性与难度及效果，然后确定各个具体参数，再利用仿真软件模拟运行。焊接前要先对器件进行总体布局，使器件之间连接简单分明，调试要耐心，出了问题要细心检查，利用万用表，示波器观察结果。

以后的学习，我们会更加努力。不会因为简单而敷衍，从简单的做起，学习课程的思想，逐步加深理解，才能更好的掌握复杂的技术和知识！