路燈控制器的設(shè)計(jì)

1、電子線路課程設(shè)計(jì)論文題目： 路燈控制器的設(shè)計(jì)摘要為了實(shí)現(xiàn)路燈的智能化控制，節(jié)省電力資源，設(shè)計(jì)了一種路燈控制器。設(shè)計(jì)主要是通過(guò)光敏電阻對(duì)外界光線的強(qiáng)弱的感應(yīng)來(lái)控制LM393的高、低電平輸出，再經(jīng)過(guò)恒流源電路后控制路燈的開(kāi)或關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)處于暗（亮）環(huán)境下能夠自動(dòng)開(kāi)（關(guān)）燈，受控的LED燈能隨環(huán)境光線的明暗變化調(diào)整亮度，在LED燈光照射范圍內(nèi)的光照強(qiáng)度保持恒定，實(shí)現(xiàn)了智能化控制路燈。關(guān)鍵詞：智能控制、光敏電阻 、恒流源 、路燈 目 錄一 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求11.1 基本部分11.2 發(fā)揮部分1二 方案設(shè)計(jì)與論證12.1 光亮檢測(cè)方案設(shè)計(jì)：12.2 恒流源方案設(shè)計(jì)：1三 硬件單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算

2、23.1恒流源電路設(shè)計(jì)23.2 光敏電阻電路設(shè)計(jì)23.3 比較器電路設(shè)計(jì)33.4 穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)3四、總原電路及元器件清單44.1 總電路原理圖44.2 元器件清單4五、安裝與調(diào)試55.1 電路安裝55.2 電路調(diào)試5六 性能測(cè)試與分析56.1 系統(tǒng)測(cè)試56.2 測(cè)試結(jié)果5七 結(jié)論與心得5八、致謝6 II一 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1 基本部分1、自制電路供電的穩(wěn)壓電源；2、LED采用恒流供電。 3、該控制器具有環(huán)境亮度檢測(cè)和控制功能，當(dāng)處于暗（亮）環(huán)境下能夠自動(dòng)開(kāi)（關(guān)）燈，為了演示方便，在現(xiàn)場(chǎng)演示時(shí)，當(dāng)調(diào)光臺(tái)燈（模擬自然光）較暗（較亮）時(shí)相當(dāng)于暗環(huán)境（亮環(huán)境），此時(shí)另一個(gè)白光LED（模擬路燈）將

3、被點(diǎn)亮（熄滅），以此實(shí)現(xiàn)光控功能。1.2 發(fā)揮部分1、設(shè)計(jì)一個(gè)環(huán)境光線檢測(cè)器，其輸出電壓能隨光線近線性變化；2、受控的LED燈能隨環(huán)境光線的明暗變化調(diào)整亮度，使在LED燈光照射范圍內(nèi)的光照強(qiáng)度保持恒定。二 方案設(shè)計(jì)與論證本設(shè)計(jì)主要是通過(guò)光敏電阻對(duì)外界的光線的強(qiáng)弱的感應(yīng)來(lái)控制LM339的高、低電平輸出，從而控制路燈的開(kāi)或關(guān)。其中路燈采用恒流源驅(qū)動(dòng)。當(dāng)光照減弱時(shí)，光敏電阻阻值增大，LM393輸出高電平，此時(shí)通過(guò)高電平控制恒流源工作，連接的1WLED形成通路，使其亮即路燈亮。反之，當(dāng)光照增強(qiáng)到一定時(shí)，光敏電阻阻值減小，LM393輸出低電平，此時(shí)恒流源不工作，即路燈不亮。經(jīng)過(guò)測(cè)試，此方案可行。2.1

4、光亮檢測(cè)方案設(shè)計(jì)： 方案一：采用光敏二極管感受外屆光照變化，無(wú)光照時(shí),有很小的飽和反向漏電流，二極管截止；光照時(shí)反向電流增大，形成光電流。方案二：采用光敏電阻對(duì)光源的感應(yīng)改變自身電阻，由電壓比較器提取之間電壓，考慮到電阻變化的靈敏度，采用兩個(gè)光敏電阻串聯(lián)的方式，通過(guò)改變與光敏電阻串聯(lián)的電位器的值可以調(diào)節(jié)光敏電阻的感光范圍?？紤]到現(xiàn)實(shí)中聲光控制技術(shù)的運(yùn)用已經(jīng)證明了光敏電阻完全可以達(dá)到要求，且價(jià)格便宜，電路簡(jiǎn)單。綜合考慮以上方案采用光敏電阻。2.2 恒流源方案設(shè)計(jì)：方案一：晶體管恒流源以晶體三極管為主要組成器件 ,利用晶體三極管集電極電壓變化對(duì)電流影響小 ,并在電路中采用電流負(fù)反饋來(lái)提高輸出電流之

5、恒定性。 方案二：集成運(yùn)放恒流源 電路原理圖如圖2.2所示。該恒流源電路由運(yùn)算放大器、大功率三極管TIP122、采樣電阻R2、負(fù)載LED等組成。通過(guò)控制運(yùn)放的輸入電壓，即可控制電流源輸出。 圖2.2 集成運(yùn)放恒流源 綜上所述，由于方案一中晶體管參數(shù)受溫度變化影響大 ,并且輸出大電流要采用多級(jí)放大，比較麻煩。而方案二中，由于采用了大功率三級(jí)管其輸出電流可以達(dá)到題目要求，并且恒流源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,可靠性高 ,調(diào)整方便。故選擇方案二。三 硬件單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算3.1恒流源電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)采用“運(yùn)放+大功率三極管”的結(jié)構(gòu)構(gòu)成恒流源。大功率三極管選用TIP122型號(hào)，它是應(yīng)用范圍廣、功率小、頻率低的達(dá)林頓

6、， NPN極性型，特征頻率:1000（MHz），集電極允許電流:8（A），集電極最大允許耗散功率:48（W）。其性能滿足本設(shè)計(jì)要求，同時(shí)可以通過(guò)功率管的不同容量來(lái)滿足不同的應(yīng)用要求。在設(shè)計(jì)中通過(guò)控制運(yùn)放的輸入電壓，即可控制電流源輸出。圖3.1 恒流源電路3.2 光敏電阻電路設(shè)計(jì)光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換。在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)光敏電阻有光照射時(shí)，它的電阻大概在4K左右；在黑暗情況下時(shí)，它的電阻大概在16K左右。將輸出端IN1連接到比較器LM393輸入端，在光照情況下

7、比較器LM393輸出高電平在5V左右，在黑暗情況下，輸出低電平0V左右。電路設(shè)計(jì)圖如圖3.2所示。圖3.2 光敏電阻電路3.3 比較器電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)采用的比較器LM393是由兩個(gè)獨(dú)立的、高精度電壓比較器組成。其失調(diào)電壓低，最大為2.0mV，專為獲得寬電壓范圍、單電源供電而設(shè)計(jì)，也可以采用雙電源供電；而且無(wú)論電壓電壓大小，電壓消耗的電流都很低。在本設(shè)計(jì)中，采用雙電源供電，反向輸入端2腳作為基準(zhǔn)電壓源并采用5V電壓與電位器相連方式輸入，正向輸入端3腳輸入的電壓時(shí)光敏電阻部分的輸入電壓，1腳為比較器的輸出腳。當(dāng)正向輸入電壓大于基準(zhǔn)電壓時(shí)，輸出腳輸出5V左右，當(dāng)正向輸入電壓小于基準(zhǔn)電壓時(shí)輸出腳輸出0V左

8、右。電路設(shè)計(jì)圖如圖3.3所示。圖 3.3 比較器電路3.4 穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中，采用7805/7815/7915三端固定輸出穩(wěn)壓器，輸出+5V、+15V、-15V電壓。+15V、-15V電壓是用于OP07運(yùn)放供電，+5V電壓用于單片機(jī)供電。從電路中可以看到，7805/7815/7915的輸入輸出端都接有電容，而且是一大一小，大容量電容是低頻濾波作用，小容量電容是高頻濾波用。圖3.4 穩(wěn)壓電源電路四、總原電路及元器件清單 4.1 總電路原理圖 總電路原理圖如圖4.1： 4.1 總電路原理圖4.2 元器件清單 系統(tǒng)主要元件清單如表1所示。表1 主要元器件清單名稱數(shù)量作用OP072運(yùn)放放大LM

9、3931比較器LED1二極管，作路燈TIP1221三極管放大電阻若干限流、采樣LM78051+5V穩(wěn)壓芯片LM78151+15V穩(wěn)壓芯片LM79151-15穩(wěn)壓芯片五、安裝與調(diào)試5.1 電路安裝本系統(tǒng)硬件較少，只需將恒流源電路、比較器電路、LED電路以及電源電路焊接完成，再將需要連接的線連接上,即可完成電路的安裝。5.2 電路調(diào)試本系統(tǒng)采用先分別調(diào)試各單元模塊，調(diào)通后再進(jìn)行整機(jī)調(diào)試的方法，以提高調(diào)試效率。各單元調(diào)試模塊如下：（1）恒流源電路輸入一個(gè)小于5V電壓到運(yùn)放OP07的輸入腳，用萬(wàn)用表測(cè)量電流是否等于電壓除于采樣電阻。（2）光控電路人為的對(duì)路燈進(jìn)行假設(shè)控制，看電路的反應(yīng)是否是達(dá)到系統(tǒng)所要

10、求的功能。（3）電源電路在變阻器一端輸入220V電壓后，采用萬(wàn)用表測(cè)量LM78*/LM79*穩(wěn)壓芯片是輸出電壓，看是否輸出正確。六 性能測(cè)試與分析6.1 系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試分為3個(gè)步驟:(1)系統(tǒng)正常工作后，將系統(tǒng)處于暗環(huán)境下,觀察LED燈的亮滅情況；(2)系統(tǒng)正常工作后，將系統(tǒng)處于亮環(huán)境下,觀察LED燈的亮滅情況；(3)系統(tǒng)正常工作后，選擇好跳線帽改變環(huán)境的亮暗情況,觀察LED燈的亮度情況； 6.2 測(cè)試結(jié)果系統(tǒng)正常工作后，當(dāng)系統(tǒng)處于暗環(huán)境下能夠自動(dòng)開(kāi)燈（LED亮），當(dāng)處于亮環(huán)境下能夠自動(dòng)關(guān)燈（LED滅）；并且受控的LED燈能隨環(huán)境光線的明暗變化調(diào)整亮度， 在LED燈光照射范圍內(nèi)的光照強(qiáng)度保持

11、恒定?；緦?shí)現(xiàn)了本次課程設(shè)計(jì)的要求。七 結(jié)論與心得通過(guò)該次課程設(shè)計(jì)，我深深感覺(jué)到自己理論知識(shí)的欠缺，還要加強(qiáng)自己的動(dòng)手能力。課題的選擇、方案的設(shè)計(jì)和修改、電路的仿真再到實(shí)物的制作，都需要理論與動(dòng)手能力的結(jié)合。在焊接過(guò)程中稍不小心哪怕只焊錯(cuò)一個(gè)引腳、一根導(dǎo)線都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電路無(wú)法正常工作，因此必須要有極大地耐心與細(xì)心。我認(rèn)為本次課程設(shè)計(jì)是非常有必要的，不僅對(duì)我們的學(xué)習(xí)有利，而且對(duì)以后的工作實(shí)踐也是非常幫助的。八、致謝我由衷的感謝我的指導(dǎo)老師藍(lán)老師對(duì)我的學(xué)習(xí)、工作、以及課題的研究和論文撰寫過(guò)程中面臨的問(wèn)題所給的細(xì)心指導(dǎo)和無(wú)私幫助，也感謝支持我的其他老師和同學(xué)對(duì)我的熱心幫助。參考文獻(xiàn)1謝自美.電子線路設(shè)計(jì)-實(shí)驗(yàn)-測(cè)試M .武漢:華中科技大學(xué)出版社,20