利用Proteus仿真实现路灯自动控制开关电路的设计

路灯自动控制开关电路的设计

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设计一个路灯自动控制开关电路，用光敏传感器实现自控，能在天黑时自动点亮路灯，天亮后又自动关灯。控制电路用电池供电，熄灯后电路耗电小。

简要具体实现：当傍晚光照强度渐弱或清晨光照强度渐强来控制路灯的通或断开。主要利用光敏电阻作为光敏传感器，555作为滞后比较器来设计电路，当光线强到一定程度时，555的输出发生跳变，当光线暗到一定程度时，555 的输出也要发生跳变。

一. 设计的作用

自动控制开关路灯电路，用光敏传感器实现自控，能在天黑时自动点亮路灯，天亮后又自动关灯，通过自动控制路灯电路有效的节约了能源，更重要的是减少了人力和物力的浪费。

二. 设计的具体实现

1. 系统概述

设计思想就是通过光敏电阻遇关改变阻值从而影响端电压的特性，利用555定时器构成的施密特触发器来控制继电器的关断与闭合，使路灯亮灭。

施密特触发器是一种整形电路，它能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。与普通触发器相比，它有以下特点：

（1）具有两个稳定的状态，但没有记忆作用，输出状态需要相应的输入电压来维持。

（2）属于电平触发，能对变化缓慢的输入信号作出响应，只要输入信号达到某一额定值，输出即发生翻转。

(3)具有回差特性，电路对从低电平上升和从高电平下降的输入信号具有不同的阈值电压，这种回差特性使其具有较强的抗干扰能力。

利用555定时器构成的施密特触发器，当在白天时，输出产生高电平，继电器触点断开，路灯不亮；当在黑夜时，输出产生低电平，继电器触点闭合，路灯亮。

工作原理：当白天有光照射的情况下，光敏电阻呈低阻状态，2处于高电平，使触发器的输出端输出低电平，继电器断开路灯不亮，控制指示灯LED1亮。当黑夜无光照射的情况下，光敏电阻呈高阻状态，2处处于低电平，使触发器的输出端输出高电平，继电器得电，触点闭合，路灯亮，控制指示灯LED2亮。

2．单元电路设计与分析

仿光电路就是按照光敏电阻有光或无光时，呈现低阻或高阻状态设计的，它采用两个电阻分压来实现。电子开关就是利用三极管正偏饱和导通和截止状态来设计的。555定时器是一种将模拟电路与数字电路的功能巧妙结合在一起的多用途单片集成电路。施密特触发器是一种整形电路，它能将边沿变化缓慢的电压

波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。与普通触发器相比，它有以下特点。具有两个稳定的状态，但没有记忆作用，输出状态需要相应的输入电压来维持。属于电平触发，能对变化缓慢的输入信号作出响应，只要输入信号达到某一额定值，输出即发生翻转。具有回差特性，电路对从低电平上升和从高电平下降的输入信号具有不同的阈值电压，这种回差特性使其具有较强的抗干扰能力。所以用555定时器构成施密特触发器来做控制电路。

3．设计电路图

白天时：

当光敏电阻R5阻值很小时时，相当于白天有光照射。当白天有光照射的情况下，使触发器的输出端输出低电平，继电器断开路灯不亮，控制指示灯LED1亮。

当R5阻值很大时，相当于黑夜无光照射。当黑夜无光照射的情况下，使触发器的输出端输出高电平，继电器得电，触点闭合，路灯亮，控制指示灯LED2亮。

夜晚时：

器件介绍：

（1）光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。

（2）555 定时器是一种模拟和数字功能相

结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制

作的称为555，用CMOS 工艺制作的称为

7555，除单定时器外，还有对应的双定时器

556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可

在 ~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出

驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、

CMOS 或者模拟电路电平兼容。

555 定时器成本低，性能可靠，只需要外

接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、

单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。

555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置0，使输出为 0 电平。

三．实验总结

本次设计实验较为贴近现实生活，直接取材日常的路灯系统，其实这也类似于楼道的声光控系统，但是这次实验是自己动手，所以有很大的不同，在设计初期，采用的光敏三极管的方案，可是后来发现三极管并不起作用，所以后期又改变方案，直接采用光敏电阻的特性来控制电路里的节点的电平高低，通过555定时器的特性从而控制继电器的吸合与断开，最后在电路仿真与实际操作中都取得了成功。此次实验提高了我们的问题分析能力以及对器材的选择能力。

四．附录