光控路灯控制器的设计

第一章绪论

1.1选题背景:

光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。1962年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。经历十多年的初期探索，从70年代后期起，随着半导体光电子器件和硅基光导纤维两大基础元件在原理和制造工艺上的突破，光子技术与电子技术开始结合并形成了具有强大生命力的信息光电子技术和产业。

光电子技术是一个比较庞大的体系，它包括信息传输，如光纤通信、空间和海底光通信等；信息处理，如计算机光互连、光计算、光交换等；信息获取，如光学传感和遥感、光纤传感等；信息存储，如光盘、全息存储技术等；信息显示，如大屏幕平板显示、激光打印和印刷等。其中信息光电子技术是光电子学领域中最为活跃的分支。在信息技术发展过程中，电子作为信息的载体作出了巨大的贡献。但它也在速率、容量和空间相容性等方面受到严峻的挑战。采用光子作为信息的载体，其响应速度可达到飞秒量级、比电子快三个数量级以上，加之光子的高度并行处理能力，不存在电磁串扰和路径延迟等缺点，使其具有超出电子的信息容量与处理速度的潜力。充分地综合利用电子和光子两大微观信息载体各自的优点，必将大大改善电子通信设备、电子计算机和电子仪器的性能。

1.2光电子技术简介：

光电子技术激光在电子信息技术中的应用形成的技术。光电子技术确切称为信息光电子技术。20世纪60年代激光问世以来，最初应用于激光测距等少数应用，到70年代，由于有了室温下连续工作的半导体激光器和传输损耗很低的光纤，光电子技术才迅速发展起来。现在全世界敷设的通信光纤总长超过1000万公里，主要用于建设宽带综合业务数字通信网。以光盘为代表的信息存储和激光打印机、复印机和发光二极管大屏幕现实为代表的信息显示技术称为市场最大的电子产品。人们对光电神经网络计算机技术抱有很大希望，希望获得功耗的、响应带宽很大，噪音低的光电子技术。

光电子技术又是一个非常宽泛的概念，它围绕着光信号的产生、传输、处理和接收，涵盖了新材料（新型发光感光材料，非线性光学材料，衬底材料、传输材料和人工材料的微结构等）、微加工和微机电、器件和系统集成等一系列从基础到应用的各个领域。光电子技术科学是光电信息产业的支柱与基础，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科。

第二章系统整体设计

2.1 光控制路灯控制器课程设计的目的

1. 能够全面的巩固和应用课程中所学的基本理论的基本方

法，并初步掌握综合系统设计的基本方法。

2. 能合理、灵活的应用各种标准集成电路等器件实现规定的

系统设计。

3. 培养独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的综合

设计能力。

4. 培养独立进行试验，包括电路布局、安装、调试和排除故

障的能力。

5. 培养书写综合设计实验报告的能力。

2.2 光控制路灯控制器的设计任务与要求

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。

2.3 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。

2.4 电路原理图

一．电路原理图：

图2-1 光控电路原理图

二．电路原理：

220V市电经电容C3降压，D1-D4组成的桥式整流电路后，R7限流，在CW2两端形成一个稳定的12V直流电压，一路经R8点亮发光管LED1，作为电源指示，另一路作为系统的工作电源。接通电源后，如果是白天，光线较强，光敏电阻R2两端的电压很小，CW1截止，流入VT2基极的电流很小，VT1截止，VT3也截止，继电器不工作。当光线变暗时，R2两端的电压不断上升，当这个电压高于CW1的击穿电压时，VT2导通，相继VT1和VT3也导通，继电器得电吸合，其触点控制路灯点亮。当光线再次变亮时，CW1

截止，相应导致VT1、VT2、VT3截止，继电器断开。

第三章硬件电路测试

3.1 所需器件及器件的介绍

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，