光控自動路燈的設計與制作畢業(yè)設計論文

1、<p>　　畢業(yè)設計說明書(論文)</p><p>　　論文題目: 光控自動路燈的設計與制作 </p><p>　　專 業(yè): 電氣自動化技術 </p><p>　　班 級: 電 氣 </p>&

2、lt;p>　　學 號: </p><p>　　姓 名: </p><p>　　指導教師: </p><p>　　二0一四年十一月十日</p><p>　　畢業(yè)設計（

3、論文）任務書</p><p>　　備注：任務書由指導教師填寫，一式二份。其中學生一份，指導教師一份。</p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　　備注：任務書由指導教師填寫，一式二份。其中學生一份，指導教師一份。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>&l

4、t;b>　　摘 要1</b></p><p><b>　　第1章 緒 論2</b></p><p>　　第2章 設計思路3</p><p>　　2.1 整體方案的設計3</p><p>　　2.2 工作原理3</p><p>　　2.3 設計任務及目標3</p&

5、gt;<p>　　第3章 光控自動電路設計4</p><p>　　3.1 相關元器件介紹4</p><p>　　3.1.1 光敏電阻4</p><p>　　3.1.2 整流二極管4</p><p>　　3.1.3 三極管5</p><p>　　3.1.4 繼電器6</p><

6、;p>　　3.1.5 555時基電路7</p><p>　　3.2 光控自動電路設計9</p><p>　　3.2.1 電源電路9</p><p>　　3.2.2 光控電路9</p><p>　　3.2.3 路燈控制電路10</p><p>　　3.2.4 整體電路11</p><

7、p>　　3.2.4 元器件清單11</p><p>　　3.3 電源設計12</p><p>　　3.3.1 路燈電源12</p><p>　　3.3.2 控制電路電源12</p><p>　　第4章 光控自動電路制作與調試13</p><p>　　4.1 光控自動電路制作13</p>

8、<p>　　4.2 光控自動電路的調試14</p><p><b>　　結 論15</b></p><p><b>　　致 謝16</b></p><p><b>　　參考文獻17</b></p><p><b>　　摘 要</b><

9、;/p><p>　　隨著我國經濟發(fā)展迅猛，國民對電能的使用日益提高，與此而來的就是電能的浪費。目前國內路燈照明光源一般采用高壓鈉燈、高壓汞燈和金屬鹵化物燈。常出現(xiàn)開燈早，關燈晚；或者開燈晚，關燈早的現(xiàn)象，不僅造成巨大的電能浪費、影響人們日常生活，還會損害城市形象、影響社會治安和交通安全，從而影響城市的投資環(huán)境。 </p><p>　　總之，伴著城市規(guī)模的不斷擴大，現(xiàn)有的路燈管理的方式

10、方法已遠遠不能滿足城市路燈發(fā)展與管理的需要，必須依靠現(xiàn)代化的高科技管理手段。光控路燈開關的發(fā)明與使用就顯得十分重要。本設計基于光敏電阻的基本原理，設計了一個基于光控開關的路燈自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)路燈的智能控制。該系統(tǒng)通過對光控電路的設計、制作。并分析了研究過程中出現(xiàn)的問題，逐步找出光控開關的最佳設計方法。 </p><p>　　關鍵詞：光控路燈開關；光敏電阻；555時基電路；光電轉換</p>

11、<p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　隨著夜晚的來臨，城市里華燈初上，人民消除了白天的繁忙，漫步穿行于城市的街道上，在那霓虹燈漫彩的燈光下，一個個孩子歡快地玩耍著，一對對男女漫步于小道里、花園中，一輛輛汽車奔馳與公路上。我們經?？梢钥吹?，每天傍晚，當天色較暗，路邊的路燈便自動點亮，每到清晨，當太陽照亮整個街道是，一排路燈就自動熄滅。其實實現(xiàn)這些功能并是不

12、哪位辛勤的街道管理者，而是光電器件的杰作。其中，起主要作用的，就是光敏電阻。路燈已經成為一個城市照明系統(tǒng)不可分割更無可替代的一部分，在城市照明中發(fā)揮著舉足輕重的作用，而其所依靠的就是路燈自動的控制。其中，起主要作用的，就是光敏電阻。路燈控制方式有很多，可以用PLC、單片機以及更多的方法。本系統(tǒng)采用的是光敏電阻，555時基電路自動控制路燈。</p><p>　　本系統(tǒng)重點討論的問題：實現(xiàn)光控路燈的原理設計。具體要求

13、如下：采用光敏電阻進行光控；選擇光敏電阻器件作為光控電路的主元件；設計光控電路原理圖；硬件制作。</p><p><b>　　第2章 設計思路</b></p><p>　　2.1 整體方案的設計</p><p>　　本次畢業(yè)設計題目《光控自動路燈的設計與制作》。此課題的設計方法多種多樣，可以采用單片機，PLC以及更多的方法。要求以路燈為控制對象

14、，完成電路的設計與硬件的制作，實現(xiàn)以光線強弱和演示兩種方式為控制路燈的亮滅功能。其中硬件電路部分包括兩個部分：控制電路部分，路燈電路部分。</p><p>　　本系統(tǒng)采用的是較為簡單且經濟的一種，用到555時基電路，光敏電阻，繼電器等原件。</p><p><b>　　2.2 工作原理</b></p><p>　　光控自動路燈設計原理如圖2-1

15、所示，其主要部分是555集成電路控制上。</p><p>　　圖2-1 光控路燈工作原理圖</p><p>　　2.3 設計任務及目標</p><p>　　根據所學知識畫出設計原理圖;</p><p>　　分析模塊電路的功能；</p><p>　　按原理圖焊接好電路，然后調試，直到達到畢業(yè)設計任務書的要求；</p

16、><p>　　完成課題設計說明書。</p><p><b>　　第3章 硬件設計</b></p><p>　　3.1 相關元器件介紹</p><p>　　3.1.1 光敏電阻</p><p>　　光敏電阻器又叫光感電阻，是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻

17、減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）。 </p><p>　　通常，光敏電阻器都制成薄片結構，以便吸收更多的光能。當它受到光的照射時，半導體片（光敏層）內就激發(fā)出電子—空穴對，參與導電，使電路中電流增強。一般光敏電阻器結構如圖3-1所示。 </p><p>　　光敏電阻的主要參數有亮電阻，暗電阻，光電特性，

18、光譜特性，頻率特性，溫度特性。在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過，受到適當波長的光線照射時，電流就會隨光強的增加而變大，從而實現(xiàn)光電轉換。沒有極性，純粹是個電阻期間，使用時可加直流也可以加交流。 </p><p>　　圖3-1 光敏電阻結構圖</p><p>　　3.1.2 整流二極管</p><p>　　整流二極管一種用于將交流電轉變

19、為直流電的半導體器件。如圖3-2所示，通常它包含一個PN結，有正極和負極兩個端子。P區(qū)的載流子是空穴,N區(qū)的載流子是電子，在P區(qū)和N區(qū)間形成一定的位壘。外加使P區(qū)相對N區(qū)為正的電壓時，位壘降低，位壘兩側附近產生儲存載流子，能通過大電流，具有低的電壓降（典型值為0.7V）,稱為正向導通狀態(tài)。若加相反的電壓,使位壘增加，可承受高的反向電壓，流過很小的反向電流（稱反向漏電流），稱為反向阻斷狀態(tài)。整流二極管具有明顯的單向導電性。整流二極管可用半

20、導體鍺或硅等材料制造。硅整流二極管的擊穿電壓高，反向漏電流小，高溫性能良好。通常高壓大功率整流二極管都用高純單晶硅制造(摻雜較多時容易反向擊穿）。這種器件的結面積較大，能通過較大電流（可達上千安），但工作頻率不高，一般在幾十千赫以下。整流二極管主要用于各種低頻半波整流電路，如需達到全波整流需連成整流橋使用。 </p><p>　　圖3-2 1N4001整流二極管</p><p><b

21、>　　3.1.3 三極管</b></p><p>　　三極管，全稱應為半導體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種電流控制電流的半導體器件，其作用是把微弱信號放大成輻值較大的電信號，也用作無觸點開關。晶體三極管，是半導體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的PN結，兩個PN結把整塊半導體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側部分是發(fā)射

22、區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。</p><p><b>　　三極管工作原理</b></p><p>　　晶體三極管（以下簡稱三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結構形式，但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管（其中，N表示在高純度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在電壓刺激下產生自由電子導電，而p是加入硼取代硅，產生大量空穴

23、利于導電）。兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，三極管結構如圖3-3所示，下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。</p><p>　　圖3-3 三極管結構</p><p>　　對于NPN管，它是由2塊N型半導體中間夾著一塊P型半導體所組成，發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結稱為發(fā)射結,而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結稱為集電結,三條引線分別稱為發(fā)射極e 、基極b和集電極。</p>

24、<p>　　當b點電位高于e點電位零點幾伏時，發(fā)射結處于正偏狀態(tài)，而C點電位高于b點電位幾伏時，集電結處于反偏狀態(tài)，集電極電源Ec要高于基極電源Eb。</p><p>　　在制造三極管時，有意識地使發(fā)射區(qū)的多數載流子濃度大于基區(qū)的，同時基區(qū)做得很薄，而且，要嚴格控制雜質含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結正偏，發(fā)射區(qū)的多數載流子（電子）及基區(qū)的多數載流子（空穴）很容易地越過發(fā)射結互相向對方擴散，但因

25、前者的濃度基大于后者，所以通過發(fā)射結的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發(fā)射極電流了。</p><p><b>　　3.1.4 繼電器</b></p><p>　　繼電器是一種電控制器件，是當輸入量（激勵量）的變化達到規(guī)定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關系。通常應用于自

26、動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。</p><p><b>　　電磁繼電器</b></p><p>　　電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵

27、芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。其接線圖如圖3-4所示。

28、</p><p>　　圖3-4 電磁繼電器接線圖</p><p>　　3.1.5 555時基電路</p><p><b>　　555概述</b></p><p>　　555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器

29、儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。</p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　　555電路的內部電路方框圖如圖3-5所示。它含有兩個電壓比較器，一個基本RS觸發(fā)器，一個放電開關管T，比較器的參考電壓由三只5K電阻器構成的分壓器提供。它們分別使高電平比較器A1的同相輸入和低電平比較器A2的反相器、、輸入端的參考電平為2/3Vcc和1/3Vc

30、c。A1與A2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關狀態(tài)。當輸入信號自6腳，即高電平觸發(fā)輸入并超過參考電平2/3Vcc時，觸發(fā)器復位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電開關管導通；當輸入信號自2腳輸入并低于1/3Vcc進，觸發(fā)器復位，555的3腳輸出高電平，同時放電開關管截止。</p><p>　　Rd是復位端（4腳），當Rd=0,555輸出低電平。平時Rd端開路或接Vcc。</p><p

31、>　　Vc是控制電壓端（5腳），平時輸出2/3Vcc作為比較器A1的參考電平，當5腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時，通常接一0.01uF的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。</p><p>　　T為放電管，當T導通時，將給接于腳7的電容器提供低阻放電通路。</p><p>　　圖3-5 555內部

32、功能圖</p><p><b>　　引腳</b></p><p>　　555的各個引腳功能如圖3-6所示：</p><p>　　圖3-6 555引腳實物圖</p><p>　　1腳：外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。</p><p>　　2腳：低觸發(fā)端Tr。3腳：輸出端Vo。</p&

33、gt;<p>　　4腳：是直接清零端。當此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論Tr、Th處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平。</p><p>　　5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只0.01μF電容接地，以防引入干擾。</p><p>　　6腳：高觸發(fā)端TH。</p>&l

34、t;p>　　7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。</p><p>　　8腳：外接電源Vcc，雙極型時基電路Vcc的范圍是4.5 ~ 16V，CMOS型時基電路Vcc的范圍為3 ~ 18V。</p><p>　　3.2 光控自動電路設計</p><p>　　3.2.1 電源電路</p><p>　　電源電路為55

35、5時基模塊供電，其電路如圖3-7所示。T為變壓器將家庭電壓220V交流電變壓成12V交流電，VD1將12V交流電半波整流成直流電12V，然后經C1濾波給555時基模塊提供穩(wěn)定的直流電。</p><p><b>　　圖3-7 電源電路</b></p><p>　　3.2.2 控制電路</p><p>　　如圖3-8所示，光控電路有光敏電阻Rl和電

36、位器Rp組成，Rl和Rp構成分壓器，利用分壓點a的電平高低隨環(huán)境光線強弱而改變這一特性來控制555時基電路的置位或復位。</p><p>　　時基電路接成施密特觸發(fā)器，白天外界自然光線較強，Rl呈現(xiàn)低電阻，當分壓點a電平高于2/3的電源電壓時，時基電路處于復位狀態(tài)。其輸出端（3腳）輸出低電平，三極管VT截止，繼電器K不動作。</p><p>　　傍晚天色漸暗，Rl的光照強度逐漸減弱，其等效

37、電阻值也隨之增大，分壓點（a點）電平開始下跌，當低于1/3電源電壓時，時基電路置位，輸出端（3腳）跳變?yōu)楦唠娖?，VT導通，K得吸合，其常開觸點k-1閉合。調節(jié)電位器RP的阻值可改變分壓點的電平高低，所以能調節(jié)電路的光控靈敏度，使電路在需要開燈的環(huán)境下其繼電器K得電吸合。</p><p>　　圖3-8 控制電路圖</p><p>　　3.2.3 路燈控制電路</p><p

38、>　　路燈控制電路，其電路如圖3-9所示。用家庭用電交流220V提供電源，當繼電器常開觸點吸合時，電流經繼電器和白熾燈構成回路，白熾燈點亮；當繼電器常開觸點由吸合變?yōu)閿嚅_時，白熾燈熄滅。</p><p>　　圖3-9 路燈控制電路圖</p><p>　　3.2.4 整體電路</p><p>　　綜上所述，整體設計電路由以上三部分構成，如圖3-10所示。家庭用電

39、220V經變壓器變壓，穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓然后電容濾波給控制電路提供12V直流電，光線經光敏電阻光電轉換后，光敏電阻和電位器分壓控制555集成模塊的輸入電壓，555集成模塊根據輸入電壓的大小，當低于1/3電源電壓時，時基電路置位，輸出端（3腳）跳變?yōu)楦唠娖?，三極管導通，繼電器動作，路燈點亮；當高于2/3的電源電壓時，時基電路處于復位狀態(tài)，其輸出端（3腳）輸出低電平，三極管截止，繼電器常開觸點斷開，路燈熄滅。從而實現(xiàn)了白天路燈不亮，傍晚路燈自動

40、點亮的自動控制。</p><p>　　本電路特點是光控有兩個起控點，即開燈光照起控點（不大于1/3VDD）和熄燈起控點（不大于2/3VDD），兩個起控點的閥值電平存在1/3電源電壓的回差，這就避免了單起控點電路在光照強度正好處于起控臨界值狀態(tài)時點燈出現(xiàn)頻繁閃亮的現(xiàn)象。</p><p>　　R1和C2組成干擾脈沖吸收電路，可防止因短暫光線（如雷電閃光，車輛燈光等）導致的告饒電路正常工作的現(xiàn)象

41、。</p><p>　　圖3-10 整體電路圖</p><p>　　3.2.4 元器件清單</p><p>　　在本系統(tǒng)設計的電路所用的元器件如下表3-1所示。</p><p>　　表3-1 元器件清單表</p><p><b>　　3.3 電源設計</b></p><p>

42、;　　3.3.1 路燈電源</p><p>　　路燈采用的白熾燈，從而其電源采用的是普通家庭用電，使得白熾燈能在正常額定電壓范圍內工作，達到正常的亮度。</p><p>　　3.3.2 控制電路電源</p><p>　　在設計的電路中，電容，三極管，二極管的工作電壓都比較低，555模塊的工作電壓范圍也是5~16V，為使個元器件都能正常工作，所以在本系統(tǒng)的控制電路采用

43、普通家庭用電的220V經變壓后半波整流加濾波后得到的直流12V供電。</p><p>　　第4章 光控自動電路制作與調試</p><p>　　4.1 光控自動電路制作</p><p>　　1、對照電路圖，按順序裝上電子元件；電阻、電容、二極管、三極管、繼電器等。</p><p>　　2、焊接電路，先焊接控制電路，后接主電路。在焊接電路的過程中

44、避免橋連，在焊接繼電器的時候，線圈觸點接控制電路，然后主電路接成常開。焊接完成后的電路如圖4-1所示，整體電路如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-1 電路PCB板圖</p><p>　　圖4-2 整體電路圖</p><p>　　4.2 光控自動電路的調試</p><p>　　1、經檢查連接無誤后。在確保安全情況下，通電調試，檢查電路是

45、否正確，各元器件是否有損壞，繼電器能否觸發(fā)。</p><p>　　2、光控靈敏度調試。通電后將光敏電阻器完全遮擋和無完全遮擋自然光情況，測量a點點位高低，對電位器進行調試。確保白天有光情況下，a點點位高于2/3Vcc；晚上無光情況下，a點點位低于1/3Vcc。確認能夠感知自然光線自然控制后將電路進行封裝，封裝后再進行測試，確保封裝后與封裝前無光敏度變化。封裝后有光情況如圖4-3所示，無光的情況下燈泡點亮如圖4-4

46、所示。</p><p>　　圖4-3 封裝后實物圖</p><p>　　圖4-4 無光燈泡點亮圖</p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　本系統(tǒng)主要介紹了光路控制，介紹了光敏電阻、繼電器、整流二極管，三極管555集成電路在光控系統(tǒng)中的應用，555集成電路及其他元件的引腳和在系統(tǒng)中的電路圖。本設計利

47、用了光敏電阻的特性，設計的硬件系統(tǒng)結構簡化，操作人員勞動強度小。</p><p>　　本文設計的光控自動路燈基本實現(xiàn)了路燈白天路燈不亮，傍晚路燈點亮自動控制的功能，內容涉及光敏電阻、繼電器、555時基電路以及電路涉及等諸多方面的知識。采用555時基電路設計出的光控控制器，能夠避免一些短暫光線的干擾?？刂蒲b置具有成本低、抗干擾能力強、控制性能好，在控制電路方面還能設計出延時功能等優(yōu)點。</p><

48、;p>　　通過本次畢業(yè)設計，我更加了解了我所學的專業(yè)，更好的掌握了專業(yè)知識，做到了學以致用，知道了可以通過自己所學的知識來幫助人們提高生活質量。讓自己在理論知識和自學能力方面得到很好的理解和提高。也通過這次畢業(yè)設計增長了新的知識，開闊了自己的眼界，掌握了又一門新技術。同時，也和老師、同學們進行了很好的交流和互動。</p><p>　　我相信本設計當中一定會存在很多不足，請老師多多批評，指導！</p&g

49、t;<p><b>　　致 謝</b></p><p>　　這次論文是在我的導師的親切關懷和悉心指導下完成的。她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，金老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持。幾個月來，劉老師不僅在學習上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，在此謹向金老師致以誠摯的謝意和崇高的

50、敬意。在此，我還要感謝親愛的同學們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。</p><p>　　在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　

51、[1] 呂強．電子技術基礎．機械工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[2] 陳有卿．555時基電路．電子工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[3] 徐立娟．電力電子技術．人民郵電出版社，2010</p><p>　　[4] 閻石．電子技術基礎課程設計．中央廣播大學出版社，1997</p><p>　　[5] 李振聲．實驗電子技術．