基于单片机的照明路灯控制器.doc

路灯控制器设计本实验的路灯控制器是由光敏元件，放大器，继电器，受控灯和电源电路组成，运用到了模拟电子技术中的多级放大电路主要用于安装在公共场所或道路两旁的路灯通常希望随日照光亮度的变化而自动开启和关断，既满足行人的需要，又能节电一些芯片和元器件的功能及其应用，以到达将理论知识学以致用、融会贯穿的目的关键词：继电器；光敏元件；照顾变化；控制1方案论证随着能源问题越来越引起人们的重视，节能已经成为生产应用中不可无视的一方面，路灯控制器主要用于安装在公共场所或道路两旁的路灯通常希望随日照光亮度的变化而自动开启和关断，既满足行人的需要，更重要的是它能节电了解常用路灯控制的各种方法，及各自的优缺点，通过相互的比拟，确定设计方案，并对所用传感器进展选型，同时加以电路的设计与分析，完成设计任务下面的两个小节分别对路灯控制器的原理，路灯控制器中用到的主要元件以及在电路中的作用分析1.1引入路灯控制器的原理此路灯控制器主要由光敏元件，放大器，继电器，受控灯和电源电路组成继电器是一种当输入量〔电、磁、声、光、热〕到达一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件在这个电路中随着光照的变化，继电器会相应的吸合或者断开，即决定路灯工作与否。

白天，光照强度强，光敏电阻R2呈现低阻状态，VT1基极电位降低，VT1和VT2处于截止状态，继电器K不吸合，灯L不亮当夜幕降临时，光照强度弱光敏电阻R2阻值逐渐变大，VT1基极电阻上升，当上升到一定程度后，VT1导通，VT2随之导通，继电器K吸合，灯L点亮1.2光敏电阻调光路当周围光线变弱时引起光敏电阻的阻值增加，使加在电容上的电压上升，到达增大照明灯两端电压的目的反之，假设周围的光线变亮，则光敏电阻阻值下降，照明灯两端电压也同时下降，使灯光变暗，从而实现对灯光亮度的控制图1 光敏电阻调光路1.3光敏电阻式光控开关以光敏电阻为核心元件的带继电器控制输出的光控开关电路有许多形式，在本实验中我用了简单的继电器开关电路其工作原理是：光照下降到设置值时由于光敏电阻阻值上升激发导通，鼓励电流使继电器工作，常开触点闭合，常闭触点段开，实现对外电路的控制图2 光敏电阻式光控开关电路2电路原理图设计如下列图设计的路灯控制器电路原理图，使此路灯控制器白天，光敏电阻R2呈现低阻状态，VT1基极电位降低，VT1和VT2处于截止状态，继电器K不吸合，灯L不亮当夜幕降临时，R2阻值逐渐变大，VT1基极电阻上升，当上升到一定程度后，VT1导通，VT2随之导通，继电器K吸合，灯L点亮。

图3 电路原理图3路灯控制器的硬件设计3.1路灯控制器的设计路灯控制器主要由光敏元件，放大器，继电器，受控灯和电源电路组成白天，光照强度强，光敏电阻R2呈现低阻状态，VT1基极电位降低，VT1和VT2处于截止状态，继电器K不吸合，灯L不亮当夜幕降临时，光照强度弱光敏电阻R2阻值逐渐变大，VT1基极电阻上升，当上升到一定程度后，VT1导通，VT2随之导通，继电器K吸合，灯L点亮电路图如下：图4 路灯控制器设计电路在这里继电器是一个主要的元件，继电器是一种当输入量〔电、磁、声、光、热〕到达一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件继电器的输入信号*从零连续增加到达衔铁开场吸合时的动作值**,继电器的输出信号立刻从y=0跳跃到y=ym,即常开触点从断到通一旦触点闭合，输入量*继续增大，输出信号y将不再起变化当输入量*从*一大于**值下降到*f,继电器开场释放，常开触点断开我们把继电器的这种特性叫做继电特性，也叫继电器的输入－输出特性释放值*f与动作值**的比值叫做反应系数，即 Kf= *f /** 触点上输出的控制功率Pc与线圈吸收的最小功率P0之比叫做继电器的控制系数，即Kc=PC/P0。

图5 继电器的输入输出特性3.2器件的选择IC7812电子产品中常见到的三端稳压集成电路有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列故名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端它的样子象是普通的三极管，TO-220的标准封装，也有9013样子的TO-92封装用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格廉价次此实践我采用IC7812稳压芯片值得注意的是：注意三端集成稳压电路的输入、输出和接地端绝不能接错，不然容易烧坏一般三端集成稳压电路的最小输入、输出电压差约为2V，否则不能输出稳定的电压，一般应使电压差保持在4-5V，即经变压器变压，二极管整流，电容器滤波后的电压应比稳压值高一些N4002几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛二极管种类有很多，我们设计所用的二极管组就是其中的整流二极管二极管按照所用的半导体材料，可分为锗二极管〔Ge管〕和硅二极管〔Si管〕根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。

按照管芯构造，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管在此综合实践中，我用的是整流二极管1N4002是一种整流二极管，它是利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电发光二极管〔LED〕是用半导体材料制作的正向偏置的PN结二极管其发光机理是当在PN结两端注入正向电流时，注入的非平衡载流子〔电子－空穴对〕在扩散过程中复合发光，这种发射过程主要对应光的自发发射过程按光输出的位置不同，发光二极管可分为面发射型和边发射型我们最常用的LED是 InGaAsP/InP双异质结边发光二极管 发光二极管发光二极管的发光原理同样可以用PN结的能带构造来解释制作半导体发光二极管的材料是重掺杂的，热平衡状态下的N区有很多迁移率很高的电子，P区有较多的迁移率较低的空穴由于PN结阻挡层的限制，在常态下，二者不能发生自然复合而当给PN结加以正向电压时，沟区导带中的电子则可逃过PN结的势垒进入到P区一侧于是在PN结附近稍偏于P区一边的地方，处于高能态的电子与空穴相遇时，便产生发光复合这种发光复合所发出的光属于自发辐射，辐射光的波长决定于材料的禁带宽度Eg发光二极管具有可靠性较高，室温下连续工作时间长、光功率－电流线性度好等显著优点，而且由于此项技术已经开展得比拟成熟，所以其价格非常廉价。

因此在一些简易的光纤传感器的设计中，如果LED能够胜任，选用它作为光源即可大大降低整个传感器的本钱然而LED的发光机理决定了它存在着很多的缺乏，如输出功率小、发射角大、谱线宽、响应速度低等因此，在一些需要功率高、调制速率快、单色性好的光源的传感器设计中，就不得不以提高本钱为代价，选用其它更高性能的光源光敏电阻由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如下图为了增加灵敏度，两电极常做成梳状构成光敏电阻的材料有金属的硫化物、硒化物、碲化物等半导体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当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子—空穴对的出现使电阻率变小光照愈强，光生电子—空穴对就越多，阻值就愈低当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小3.3电路的分析 利用光照强度为传感器，目前最为常用且性价比拟高的就是光敏电阻，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，再通过电压比拟器等方式，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，至于控制局部的设计，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在本系统的设计中，如何提高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，在设计中假设能用运放电路来完成处理，则可将运放接成电压比拟器的方式，这样可以完成较为准确的起控；假设采用分立元件来处理，可以采用稳压管来稳定工作点，只有当分压大于稳压管的击穿电压时，电路才能起控声光控路灯控制器可以自动实现白天光线较暗和晚上遇到声响时，路灯自动点亮，从而实现人来灯亮，人走灯灭，既方便又实用不仅节约了电能，而且能延长灯泡使用寿命可广泛应用于楼梯，走廊，卫生间及生活小区等公共场所的照明控制此控制器经济实用，即使一般的脚步声也能出灯泡发光照明好4．应用Protel画出电路原理图Protel是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的工程模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现4.1 PCB板PCB的设计流程PCB的设计就是将设计的电路在一块板上实现一块PCB板上不但要包含所有必须的电路，而且还应该具有适宜的元件选择、元件的信号速度、材料、温度*围、电源的电压*围以及制造公差等信息，一块板设计出来的PCB必须能够制造出来，所以PCB的设计除了满足功能要求以外，还要满足制造工艺要求以及装配要求。

为了有效地实现这些设计目标，我们需要遵循一定的设计过程和规*4.2电路板设计步骤　一般而言，设计电路板最根本的过程可以分为三大步骤1. 电路原理图的设计　　电路原理图的设计主要是Protel D*p的原理图设计系统〔Advanced Schematic〕来绘制一*电路原理图在这一过程中，要充分利用Protel所提供的各种原理图绘图工具、各种编辑功能，来实现我们的目的，即得到一*正确、精巧的电路原理图2. 产生网络表网络表是电路原理图设计〔SCH〕与印制电路板设计〔PCB〕之间的一座桥梁，它是电路板自动的灵魂网络表可以从电路原理图中获得，也可从印制电路板中提取出来　3. 印制电路板的设计印制电路板的设计主要是针对Protel D*p的另外一个重要的局部PCB而言的，在这个过程中，我们借助Protel D*p提供的强大功能实现电路板的版面设计，完成高难度的布线等工作结论当今中国的老百姓越来越重视节约能源，这个电路就是为了节约更多的能源设计的我国是一个资源大国，但最近这些年因为过度重视经济建立，在创造了许多财富的同时也消耗了很多能源比方近些年来，每到夏天到来，就会有许多能源顶峰期，政府也会采取一些相应措施限制人们用电。

如果路灯控制器安装在公共场所或道路两旁的路灯通常希望随日照光亮度的变化而自动开启和关断，既满足行人的需要，又能节电通过本次实验，使我明白了路灯控制器的工作原理即当光照强度到达一定强度路灯控制器会相应的开启或关闭到达了节能的目的，减少了不必要的浪费在实际实践的过程中，我发现也有需要改良的地方，如：如何提高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，在设计中假设能用运放电路来完成处理，则可将运放接成电压比拟器的方式，这样可以完成较为准确的起控；假设采用分立元件来处理，可以采用稳压管来稳定工作点，只有当分压大于稳压管的击穿电压时，电路才能起控这样就解决了光照强度在靠近临界点是路灯控制器工作的不稳定性 通过本次EDA设计，使我对Protel D*p有了更深入的学习Protel D*P包含电路原理图设计、电路原理图仿真测试、印制电路板设计、自动布线器和FPGA/CPLD设计，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计通过做PCB板使我明白学习不要纸上谈兵，如果自己没有条件把文件做成真实的PCB，则请教老师得到教师的帮助，如果。