自动光控路灯系统设计

题目: 自动光控路灯系统设计

班级

学生姓名

实习时间2010.11.22--2010.12.03

自动光控路灯系统设计

一、功能要求

1．白天时，路灯自动关闭（路灯可用小灯泡代替，但必须用继电器控制路灯）。

2．晚上时，路灯自动打开。

3．可以调节亮度触发点。

二、器件选择

工具及元器件数量（单位）

直流稳压电源（5V） 1 (台)

电烙铁 1 (把)

万用电路板 1 (块)

万用表 1 (台)

钳子 1 (把)

镊子 1 (把)

面包板 1 (块)

焊锡若干

继电器 1 (个)

三极管（NPN） 2 (个)

滑动变阻器 1 (个)

小灯泡 1 (个)

光敏电阻 1 (个)

200k 1 (个)

100k 1 (个)

510k 1 (个)

导线若干

三、方案设计

光电器件是利用半导体材料的光电效应进行工作的，光敏电阻接受光信号后电阻值发生变化，将其转换为电信号加到的三极管的基极，经处理后从集电极输出，输出电压随光照强度的增加而增大，通过继电器实现路灯的自动转换，利用滑动变阻器调节灯泡亮度。

在本系统的设计中，对于系统在光线临界状态的稳定性，是设计的难点所在。由于光敏电阻的电阻值变化是连续的，因此在靠近临界点时，容易造成不稳定，在设计中用三极管放大电路来完成处理，则这样可以完成较为精确的控制。

四、系统硬件电路设计

1．光敏电阻

光敏电阻器又叫光感电阻，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）。

通常，光敏电阻器都制成薄片

结构，以便吸收更多的光能。当它

受到光的照射时，半导体片（光敏

层）内就激发出电子—空穴对，参

与导电，使电路中电流增强。一般

光敏电阻器结构如图所示。

光敏电阻的主要参数有亮电阻，暗电阻，光电特性光谱特性，频率特性，温度特性。在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。没有极性，纯粹是个电阻期间，使用时可加直流也可以加交流。

2．继电器

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

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”。

3．三极管（9013）

三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。晶体三极管（以下简称三极管）按材料分两种：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NPN 和PNP两种三极管，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的。

晶体三极管（NPN）的结构

NPN管是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，从图可见发射区与基区间形成的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 和集电极。当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b 点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec 要高于基极电源Ebo。

在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正确，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（控穴）很容易地截越过发射结构互相向反方各扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流Ie。由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补纪念给，从而形成了基极电流Ibo根据电流连续性原理得：Ie=Ib+Ic这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即：β1=Ic/Ib式中：β--称为直流放大倍数，集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为：β=△Ic/△Ib式中β--称为交流电流放大倍数，由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。

4．电位器

电位器是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。它大多是用作分压器，这是电位器是一个四端元件。电位器基本上就是滑动变阻器，有几种样式，一般用在音箱音量开关和激光头功率大小调节电位器是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。

五、系统的软件仿真

软件的仿真方法：

1．调用PROTEUS程序，出现其工作界面之后，可以从器件的选项框

内查找自己所需的器件，在搜索栏里输入所要查找的器件名称，双击将其放入自