光控路灯控制器.

光电电路设计与应用

课程设计报告

题目: 光控路灯控制器

姓名：李广

专业：电子科学与技术

班级： 132 学号： 1886130215 考核等级：

任课老师：韩新风

一题目要求与方案论证

1.1设计题题目

设计一个可以用光线强弱控制的电路来控制路灯的点亮与熄灭，实现自动控制的目的。

1.2题目要求

•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。

1.3 方案论证

方案一：目前大多数的路灯控制采用以时间控制来实现，实际使用中由于冬天和夏天的白天长短不一，因此这种控制方式必然造成在光线充足的情况下，路灯也有时会亮着，从而造成了大量的能源浪费，而各种照明灯也都具有一定的使用时限，在光线充足的情况下仍继续使用，必然增加每天开启灯的时间，会缩短灯的使用寿命。

方案二：本设计主要是运用光敏元件的特性来实现当光照强度足够进自动关闭路灯，而当光照强度不足时，控制继电器吸合，接通路灯回路的电源，达到自动开启路灯的功能。

该设计运用方案二，相对于方案一来说，方案二不仅弥补了资源的浪费，同时也增加了灯的使用寿命。该方案利用光照强度为传感器，目前最为常用且性价比较高的就是光敏电阻，利用其光线较强时，电阻值较低，而光线较暗时则电阻较大的特点，利用电桥，可将光线信号转换成电信号，再通过电压比较器等方式，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，只需再加接触器便可完成。

二电子线路设计与实现

2.1 Multisim仿真电路设计图

1、控制路灯熄灭

图2.11 2、控制路灯亮起

图2.22 2.2 电路设计

图2.23 总电路示意图

1、光敏电阻

光敏电阻器概述：光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1~10M欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）µm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。

光敏电阻工作原理：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。

常用光敏电阻参数，都是实验室超级严格环境下的测试结果！仅供参考，实际测值有时候会有偏差！以实际测值为准！以下是几种常用光敏电阻参数。（仅供参考）

2、继电器

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反

作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。电磁继电器原理图如图2.24所示：

图2.24 电磁继电器原理图

几种常用继电器参数如下

2.3电路分析（含电路的实现过程和各个关键位置处电平变化）

1、外界光线充足时，光敏电阻阻值减小，即对应的图2.21中R2阻值减小到1k Ω以下，常闭式继电器两端电压达到其工作范围，发生动作，导致交流电路断开，路灯熄灭。

2、外界光线减弱时，光敏电阻阻值增大，即对应的图2.22中R2阻值增大到1k Ω以上，常闭式继电器两端电压不处于其工作范围，保持闭合，导致灯泡两端电压达到额定值，路灯亮起。

三总结与体会

通过这学期对光控路灯控制器的设计，我深刻的理解了“学以致用”这句话。正所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行”。学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期在光电子技术刚学完之际，紧接着来一次电子电路课程设计是很及时、很必要的。这样不仅能加深我们对电子电路的任职，而且还及时、真正的做到了学以致用。理论联系实际是很重要的，空有理论知识而没有实际的动手操作是不会对理论知识有进一步的了解的。在设计过程中，和老师的悉心指导是分不开的，对于学生的问题，老师都很耐心的给予细致的讲解。对于电路的设计，要积极培养自己的动手能力。在反复摸索中学会实际的效果。

参考文献

[1]《数字电子技术基础》（第五版）主编：阎石高等教育出版社

[2]《电子技术基础模拟部分》（第五版）主编：康华光高等教育出版社

[3]《数字电路逻辑设计》主编：韩振振大连理工大学出版社，2000

[4]《电子技术基础课程设计》主编：任为民中央广播电视大学出版社，1997

[5]《实验电子技术》主编：李振声国防工业出版社，2003