路灯自动控制器的原理与设计

路灯自动控制器的原理与设计目录一、收集信息二、选择方案三、确定方案四、实施方案五、成果检测六、评价收集信息路灯控制电路需要解决的问题电路实现的功能？电路实现天黑时，电路控制电灯亮；天亮时，电路控制电灯熄灭。开关二极管IN4148的作用？开关二极管IN4148主要起保护作用，保护VT2三极管不被击穿三极管VT1、VT2的工作过程？当天黑时，光敏电阻R无光照，反向电阻增大，于是晶体管VT1的基极电压升高到4V左右，VT1VT2导通；当天亮时，光敏电阻受到光照，反向电阻减少，VT1的基极与发射极电压降到0.7V以下，VT1VT2截止。JK继电器的工作原理？当线圈通电以后，铁芯被磁化产生足够大的电磁力，吸动先贴并带动簧片，使动触点和静触点闭合或断开；电磁吸力消失，衔铁返回原来的位置，动触点和静触点又恢复到原来闭合或断开的状态。应用时只需把要控制的电路接到触点上，就可以利用继电器达到控制的目的。光敏电阻的工作原理？光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。二、选择方案方案一、单片机控制电路路灯由光敏电阻和单片机两部分控制。光敏电阻能实现路灯夜间自动点亮，白天自动关闭功能。单片机能实现时钟显示功能和定时功能。这样便能在规定时间内对路灯进行开关和降耗的控制，即有故障保护，保证了夜间照明。路灯点亮时产生反馈信号到单片机，由单片机实现计时显示。方案一的优点是所需器件少且线路相对简单。但是它的缺点同样明显，就是用单片机产生的时钟脉冲信号很难做得到准确，久而久之时间误差将越来越大。方案二、数字集成电路路灯由光敏电阻和数电集成电路控制。光敏电阻实现路灯夜间自动点亮，白天自动关闭功能。数电集成电路实现时钟显示、计时电路、控制降耗电路等功能。方案二运用的是数字集成电路，能提高准确性，但所需器件较多且线路复杂。方案三、光敏控制电路当天快黑时，光敏电阻R由于无光照，反向电阻增大，晶体三极管VT1的基极电压上升至4V左右，此时三极管VT1处于导通状态，VT2也处于导通状态，继电器JK线圈得电，常开触点闭合，接通220V，灯泡点亮。当天明时，光敏电阻R由于光照，反向电阻减小，晶体三极管VT1的基极电压下降至0.7V以下，此时三极管VT1处于截止状态，VT2也处于截止状态，继电器JK线圈失电，常开触点断开，灯泡熄灭。三、确定方案方案三、光敏电阻控制电路选择理由：可控性强，稳定性好，线路简单，且与所学知识吻合。因此选择方案三四、实施方案一、设计内容二、电路参数的设计1、设计内容：利用晶体三极管，设计一个路灯傍晚时自动亮、天亮时自动熄的控制电路。具体要求：（一）、利用光敏电阻控制三极管的工作状态；（二）、利用三极管来驱动继电器的工作；（三）、用继电器来控制路灯亮熄问题（路灯电源为市电）。电源电压的确定此电路是弱电流控强电流的自动控制电路，故取12V（同时也要符合继电器的额定工作电压）。继电器的选择电磁继电器是自动控制电路中常用的一种元件。实际上它是用较小电流控制较大电流的一种自动控制开关。主要由一个线圈、铁芯、一组或多组的弹片组成。触点有动、静触点之分。为了与电源匹配，这里取JZC22FDC12V/10A的高低切换继电器。工作原理：电磁铁通电时，把衔铁吸下来使D和E接触，工作电路闭合。电磁铁断电时失去磁性，弹簧把衔铁拉起来，切断工作电路。结论：电磁继电器就是利用电磁铁控制工作电路通断的开关。用电磁继电器控制电路的好处：用低电压控制高电压；远距离控制；自动控制。元件理由结论晶体管VT1构成的电路为共集放大电路，工作于放大和截止两种状态，为小功率管，硅材料NPN型均可。可选9011、9013、9014。在此取9013。晶体管VT2构成的电路为驱动电路，工作于饱和和截止两种状态，相当于开关，故为小功率管，硅材料NPN型均可可选9011、9013、9014。在此取9013。确定R3、续流二极管为确保VT2工作于开关状态，基极电流应取大一些，因为VT2集极接的是继电器线圈，掉电瞬间会产生自感电动势，为了保护VT2，故取一个二极管作为续流路径。最好取开关二极管，也可取普通二极管。D：为发光二极管，起指示作用。R：为光敏电阻，控制路灯亮熄的主要元件，有光照时，其电阻变小；无光照时，电阻变大。为VT1提供偏置电压。VT1：起放大作用，放大电流。VT2：起驱动作用（当做开关）。JK：控制路灯的亮熄。VD：起保护作用，保护VT2因电流过大而不被击穿。R4：起限流作用，防止电流过大。R3：起限流作用。R2:基极偏置电阻，为三极管VT2基极提供合适的正向偏流。R1：构成分压电路，固定三极管VT1的基极电压。IB2在0.2mA—3mA之间，由于UB1=4V，UBE1=0.7V，根据KVL定律得到UR2=3.3V,此时UR2为VT2提供电压，又UBE2=0.7，又根据KVL定律得UR3=2.6V，为了计算方便取IB2=2.6mA根据欧姆定律R3=UR3/IB2=2.6V/2.6mA=1K确定R2由VT2的输入回路得到UR2=3.3V，设IR2=1.1mA，根据欧姆定律得到R2=3K。确定Rb1、R1IB1的确定：IB1=IC1/β，又IC1约等于IE1根据KCL定律IE1=IR2+IR3=1.1mA+2.6mA=3.7mA。取β=100IB1=IC1/β=IE1/β=3.7mA/100=37uA又基极偏置电流I1IB1，硅（5~10），锗（10~20）I1=10IB=0.37mA又UB1=4V，根据欧姆定律得R//R1=UB1/I1=10.8K设R=300K，根据并联关系推出R1=11.2K又根据KCL定律得到URB1=8V,故RB1=8V/0.37mA=21.6K约为22K限流电阻：红色发光二极管UD=2V,ID=10mAR4=UCC-UD/ID=12-2/10=1K五、成果检测配套元件及材料明细表代号名称规格代号名称规格R1碳膜电阻100K/0.25WVT1、VT2二极管9013R2碳膜电阻3K/0.25WRp电位器100K/0.5WR3碳膜电阻1K/0.25WD发光二极管红色R4碳膜电阻1K/0.25W0.8mm镀锡铜丝若干R光敏电阻MG5656焊料、助焊剂、绝缘胶若干VD开关二极管IN4148万能电路板一块JK高低切换继电器JZC22F,DC12V/10A紧固件M4*154套多股软导线400mmL白炽灯220V/25W与220V/25W白炽灯配套的灯座一套数据记录表灯泡灭时VT1Vb=0.2vVc=12vVe=0Vbe=0.18vVce=12v状态：截止VT2Vb=0Vc=12vVe=0Vbe=0Vce=12v状态：截止VledVled=1.9v继电器输入端电压=0灯泡亮时VT1Vb=4.8vVc=8.8vVe=4.4vVbe=0.66vVce=3.8v状态：放大VT2Vb=0.8vVc=0.03vVe=0Vbe=0.75vVce=0.02v状态：饱和VledVled=1.8v继电器输入端电压=8.8v六、评价对于该次课程设计，我感触很深，以前的其他课程设计只是要求理论设计，而这次不仅要设计出原理图还要做出实物。课题的选择、方案的设计和修改、电路的仿真再到实物的制作，都是自己亲自动手做的，最后还多亏了秦老师的帮忙，要不然有些问题我说不定永远找不出原因。最后，方案终于做好了。通过这次课设，我明白了做什么事都要认真细心，而且还有信心和耐心，心浮气躁是不行的。谢谢观赏