自动控制路灯设计

自控路灯的设计报告
一. 设计要求
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。

(1)．利用光敏三极管作为光敏传感器，555作为滞后比较器来设计电路。

(2)．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。

二.设计的作用、目的
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，减少了人力和物力的浪费。

三.设计的具体实现
1. 系统概述
1.设计思想就是通过光敏三极管的特性，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。

电路组成就是电阻R5、R6，直流电源V3，开关J1组成的电路作为仿光电路。

当J1断开时，相当于白天有光照射；当J1闭合时，相当于黑夜无光照射。

电阻R7、交流电源V2、继电器K1和触点X1组成的电路作为主电路。

三极管VT1、VT2，电阻R1、R2组成的电路作为电子开关。

VT1（采用光敏三极管3DU系列器件）。

由555定时器构成的施密特触发器和电子开关组成的电路作为控制电路。

工作原理：当白天有光照射的情况下，VT1呈低阻(一般为10kΩ)状态，VT2处于正偏状态而饱和导通，管压降只有0.3V左右，使触发器的输出端输出高电平，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，VT1呈高阻状态，VT2无正偏电压而截止，使触发器的输出端输出低电平，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、仿真与分析
仿光电路就是按照光敏三极管有光或无光时，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。

仿真图：
当J1断开时，相当于白天有光照射。

当白天有光照射的情况下，VT1呈低阻(一般为10kΩ)状态，VT2处于正偏状态而饱和导通，管压降只有0.3V 左右，使触发器的输出端输出高电平，继电器断开路灯不亮，控制指示灯LED1亮。

当J1闭合时，相当于黑夜无光照射。

当黑夜无光照射的情况下，VT1呈高阻状态，VT2无正偏电压而截止，使触发器的输出端输出低电平，继电器得电，触点闭合，路灯亮，控制指示灯LED2亮。

器件介绍：光敏三极管VT1采用3DU系列器件，光敏三极管和普通三极管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。

通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿和附加控制等作用。

当具有光敏特性的PN 结受到光辐射时，形成光电流，由此产生的光生电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了相当于β倍的
信号电流。

不同材料制成的光敏三极管具有不同的光谱特性，与光敏二极管相比，具有很大的光电流放大作用，即很高的灵敏度。

通过对半导体二极管和三极管的学习，我了解了晶体管的基本结构和工作原理，晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。

三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN 结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种，如图从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集电极c。

发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。

基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区"发射"的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。

发射极箭头向外。

发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。

硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。

虽然重点学习了晶体管的放大作用，但是我对晶体管的开关作用更感兴趣。

半导体就像一个开关，可以通过导通与截止来控制电路。

半导体通过添加一部分微量元素会使其特性发生翻天覆地的变化。

光敏晶体管就是一种重要的衍生物。

视觉是人体最重要的感觉，因此，我觉得通过光来控制电路真是太精妙了，而光敏的二极管三极管恰好就完成这个任务。

因为光敏三极管由于还具有放大作用，因此应用比二极管更加广泛。

光敏三极管用于测量光亮度，经常与发光二极管配合使用作为信号接收装置。

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4.5V~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。

四．心得体会及建议
本学期我们开设了《电力电子技术》与《数字电子技术基础》课，这两门学科都属于电子电路范畴，与我们的专业息息相关，且都是理论方面的指示。

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，所以在本学期暨电力电子技术、数电刚学完之际，紧接着来一次电力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。

平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。

而且还可以记住很多东西。

比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。

认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。

同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。

某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。

实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。

团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。

而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。

五．附录
元器件明细表
六．参考文献
参考文献的格式如下：
1 毕满清，电子技术实验与课程设计，机械工业出版社，2003
2 张建华，数字电子技术，机械工业出版社，2003
3 王远，模拟电子技术，机械工业出版社，2003
4 童诗白，模拟电子技术基础，高等教育出版社，1999
5 阎石，数字电子技术基础，高等教育出版社，1999
附录：
元器件明细表
名称标号参数
电阻R1 100kΩ
电阻R2 30kΩ
电阻R3 270Ω
电阻R4 270Ω
电阻R5 750Ω
电阻R6 750Ω
电阻R7 715Ω
电容C1 10 nF 光敏三极管VT1
三极管VT2
发光二极管LED1
发光二极管LED2
路灯X1 220V
继电器K1
直流电源V1 6V
交流电源V2 220V
直流电源V3 12V
示波器XSC1
地线GND
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 4.5V~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 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 2.9.1 和图2.9.2 所示。

它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。

它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3
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。