光控節(jié)能路燈設計

1、-. z光控節(jié)能路燈電路設計組員：鵬鵬 1886120212 兵 1886120214曉光 1886120213 江宏南 1886120211第一章概述1.1光電檢測技術前景光電檢測技術是一種非直接接觸測量的高新技術。它主要利用電子技術對光學信號進展檢測，并進一步傳遞、儲存、控制、計算和顯示。光電檢測技術通過光學系統(tǒng)把待檢測的非電量信息變換成為便于承受的光學信息，然后用光電檢測器件將光學信息量變換成電量，并進一步經過電路放大、處理，以到達電信號輸出的目的。 光敏二極管作為一種光電器件在光電檢測技術中有著非常重要的作用。在光電檢測電路中，光電轉換元件一般采用光敏二極管，通過對它的微弱電流的檢測，

2、來獲取光信息或其它信息，其原理是把調制到光載波上的有用信號解調出來，實現(xiàn)光信號到電信號的轉換。1.2課題作用、實用價值所謂光控節(jié)能路燈，就是能夠在黃昏時自動接通路燈的電源，在黎明時自動關閉路燈，實現(xiàn)對路燈的自動控制，而且更重要的是要求節(jié)能。關于對路燈的自動控制的電路，根本原理是一樣的，即利用自動控制理論如何實現(xiàn)自動控制。實現(xiàn)方式可謂各式各樣，五花八門，這也是由于具體的實用要求和環(huán)境的差異所決定的。常見的控制方式有聲控，光控及聲光結合的控制，當然還可以利用單片機，DSP等微控制器來實現(xiàn)。在保證足夠可靠性的根底上，為了盡量節(jié)約本錢。利用簡易的分立元件來實現(xiàn)，顯得既經濟又實用，在提倡節(jié)約型社會的今無

3、疑值得推廣。1.3關于對該作品的開展前景的看法無論大小城市都一定會有路燈，有路燈就一定要用電，而現(xiàn)在各個城市經濟都飛速開展，許多城市都會出現(xiàn)用電緊的情況。除去一些家庭的不合理造成的浪費，城市里許許多多的路燈所耗的電能也不是個小數(shù)目。每個城市的路燈都不計其數(shù)，如果平均每一盞燈耗電250瓦每小時，則一天的耗電量會很大。再過幾十年將會多么可怕！而如果我們使用光控太陽能電路，這一切將會大大改變。因為每一天都有，則假設每盞燈都安上三塊太陽能電池板，并且每塊的供電量為100瓦每小時，則每天就產生3600瓦的電能，足夠讓一盞燈工作14.4個小時。并且光控太陽能路燈的造價也不貴，這樣，節(jié)約下來的電能就很可觀了

4、。除此之外，我們還可以進一步改造，將路燈改小變成各個家庭所必需的日光燈，則，我們很有必要利用太陽能。光控太陽能路燈很有必要代替?zhèn)鹘y(tǒng)的路燈。第二章 主要器件根本原理2.1 光電二極管的根本原理光電二極管是將光信息變成電信號的半導體器件，它的核心局部是一個PN結，和普通二極管相比，在構造上不同的是，為了便于承受入射光照，PN的結面積盡量的大一點，電極面積盡量小一點，而且PN結的結深很淺，一般小于1微米，它們在反向電壓作用下工作，沒有光照時，反向電流很小一般小于0、1微安，稱為暗電流。當有光照時，攜帶能量的光子進入PN結后，把能量傳給共價鍵的束縛電子，使局部電子掙脫共價鍵，從而產生電子空穴對，稱為光

5、生載流子。它們在反向電壓作用下參加漂移運動，使反向電流變大，這種特性稱為光電導。光電二極管在一般照度的光線照射下，所產生的電流叫光電流。如果在外電路上接個負載，負載上就獲得電信號，而且這個電信號隨著光的變化而相應的變化。光電二極管作為一種光伏探測器可以在光伏型即物外加偏壓和光電導即物外加反向電壓兩種工作模式下工作。在光導模式下，施加反向偏壓后，可以增加光電二極管PN結的耗盡層寬度和結電場，在耗盡層中產生的電子空穴對由于復合較少，在結區(qū)強電場的作用下，不必經過引起復合的擴散過程，就可以對電流做出奉獻，顯然提高了光電二極管的光電靈敏度，但在這種模式下，由于給光電二極管施加了反向偏置電壓，必然存在較

6、大的暗電流，由此會產生較大的噪聲電流，通常在光通信等快速應用中應該使用該模式；兒童在光伏模式下，光電二極管處于零偏狀態(tài)，不存在等效二極管的反偏電流，有較低的噪聲，線性好，適合于比擬準確的測量。2.2 光電三極管的根本原理光電三極管的原理分為兩個局部：一是光電轉換；二是光電流放大。光電轉換過程與一般光電二極管一樣，在集基區(qū)進展。光激發(fā)產生電子空穴對，在反向偏置的PN結電場的作用下，電子流向集電極被集電極所收集，而空穴流向基區(qū)與正向偏置的發(fā)射結發(fā)射的電子復合，形成基極電流，基極電流將被集電極放大，這與一般半導體三極管的放大原理一樣。不同的是一般三極管的是由基極向發(fā)射結注入空穴載流子，控制發(fā)射極的擴

7、散電流，而光電三極管的是由注入到發(fā)射結的光生電流控制的。第三章 光控節(jié)能路燈的設計3.1 主要容研究光敏二極管、光電三極管、與門、非門和繼電器等，設計一個光控節(jié)能電路，實現(xiàn)節(jié)能路燈的控制。3.2 根本要求1研究光敏二極管、光電三極管、與門、非門和繼電器等器件的功能特性，實現(xiàn)節(jié)能的目的。2設計光控節(jié)能路燈的功能框圖。3、設計光控節(jié)能路燈電路的實際電路圖，要求功能仿真成功。4、完成此次光電檢測技術課程設計的實驗報告。3.3 設計方案設計電路中，光控觸發(fā)器電路局部由三極管、光電三極管、發(fā)光二極管、電阻器、電位器、與門、非門等器件組成；電源電路局部由發(fā)光二極管、電阻器、電位器組成；報警電路局部由三極管

8、、電阻器、報警器用燈泡表示、與門組成。在白天，光電三極管受到光照導通，7408N輸出高電平，然后經過非門，繼電器獲得低電平，這時發(fā)光二極管LED4不導通；在黃昏，光照度逐漸減弱，光電三極管截止，7408N輸出低電平，然后經過非門，繼電器獲得高電平，這時LED4被導通發(fā)光；直到第二天黎明降臨，光照度又逐漸增強，光電三極管再次被導通，繼電器獲得低電平，這時LED4又熄滅。為了防止出現(xiàn)白天路燈也亮這種故障的出現(xiàn)，在電路中添加一個報警電路，以便工作人員及時知道出現(xiàn)故障的電路。3.4 電路框圖3.5 總體電路圖3.6 電路功能介紹一白天電路顯示在白天，光電三極管受到光照導通，7408N輸出高電平，然后經

9、過非門，繼電器獲得低電平，這時發(fā)光二極管LED4不導通；二晚上電路顯示在黃昏，光照度逐漸減弱，光電三極管截止，7408N輸出低電平，然后經過非門，繼電器獲得高電平，這時LED4被導通發(fā)光；直到第二天黎明降臨，光照度又逐漸增強，光電三極管再次被導通，繼電器獲得低電平，這時LED4又熄滅。三光強控制顯示 黃昏光照不強時，光電三極管仍被導通，LED4路燈保持熄滅狀態(tài)，這時可以通過調節(jié)滑動變阻器使路燈亮起來。四報警顯示 當白天時如果LED4路燈亮，光電三極管導通，則7408N兩個輸入端都是高電平，輸出為高電平，再經過三極管放大后使LED2報警器工作。當工作人員發(fā)現(xiàn)故障后，再同時斷開開關D和E使報警器和

10、路燈停頓工作，再進展適宜的檢查和修理。五電路實際應用在電路中，當光電三極管損壞時，可通過應急開關D斷開使電路工作。六電路各器件參數(shù)與功能(1) 繼電器電磁繼電器由線圈繞上鐵芯，形成電磁鐵，當線圈導通時，電流使得鐵芯暫時磁化，吸引鐵杵使得觸點吸合。參數(shù)：額定工作電壓是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號不同，可以是直流電壓，也可以是交流電壓；吸合電壓是使繼電器觸點吸合的最小線圈電壓。釋放電壓是保證繼電器觸點釋放的最大線圈電壓；吸合電流是指繼電器能夠產生吸合動作的最小電流。在正常使用使，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定的工作。而對于線圈所加的工作電壓，一般不要超過額

11、定工作電壓的1.5倍，否則會產生較大的電流而把線圈燒壞。2與門74LS0874LS08是2輸入4與門集成電路芯片，常用在各種功能的數(shù)字電路系統(tǒng)中。第四章 實驗總結4.1 實驗缺乏之處 在實驗中，電路設計雖說較為簡單，但我們把根本的功能都實現(xiàn)了。唯一讓我們有遺憾的是太陽能電池供電局部，這局部電路無法仿真，且要實現(xiàn)其功能要求較為精細，憑我們現(xiàn)有的知識無法完成設計，只能提供我們的設計思想。我們設想是在夜晚太陽能電池為路燈供電時，把多余的電能用在工業(yè)用電上，使路燈用電和工業(yè)用電一體化，最終使它們共同使用太陽能這種清潔能源，這樣同時會給環(huán)境帶來更大的改善，會更好的保護地球。4.2 實驗總結與心得這次實驗目的是利用電子技術對光學元件進展檢測和控制，通過光學元件對光的感應，再利用電路控制必要時燈的亮滅，以此到達節(jié)約能源的目的。 本次實驗中，我們看到題目后，先上網查找了相關的資料，了解了光控節(jié)能電路的前景和意義，然后一起討論課程設計方案和思想。確定好學要用的元器件來實現(xiàn)各自的功能，接下來畫電路圖，仿真，對不合理的地方加以改良，以完善電路的功能。軟件中沒有的元器件我們設法用其他的元件代替，到達一樣的目的。 該實驗中的電路圖可以很好的實現(xiàn)其功能，白天有光時，燈不亮；晚上沒有光時，燈亮；黃昏時，可以調節(jié)滑動變阻器來控制，要求多暗