光控路灯

题目: 自动光控路灯系统设计班级：学生姓名：实习时间：2010-11-22——2010-12-031.功能要求（1）白天时，路灯自动关闭（路灯可用小灯泡代替。

但必须用继电器控制路灯）；（2）晚上时，路灯自动打开；（3）可以调节亮度触发点。

2.方案论证光敏电阻的阻值随入射光的强弱变化而变化，无光照时的阻值叫暗阻，通常很大；在光线照射时的阻值很小，叫亮阻。

通过测量，得到本次试验中的光敏电阻亮阻值约为10K，暗阻值约为500K。

此次试验中使用的继电器为3V标号，通过测量发现，当它两端输入电压超过2.45V时，其常开触点闭合。

光电器件是利用半导体材料的光电效应进行工作的，光敏电阻接受光信号后电阻值发生变化，将其转换为电信号加到的三极管的基极，经处理后从集电极输出，输出电压随光照强度的增加而增大，通过继电器实现路灯的自动转换。

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，在设计中若能用三极管放大电路来完成处理，则这样可以完成较为精确的控制；若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。

总体设计分为两个模块：主控模块，被控模块。

主控模块和被控模块之间通过继电器进行连接。

考虑到本次放大电路要达到的性能要求，因此确定为放大电路的放大级数至少为两级。

在整个过程中，我们小组先后尝试过三种方案，并最终敲定了第三种。

方案一：前一级采用电流放大（共集电极放大），后一级采用电压放大（共射级放大）。

采用这个方案是理所当然的。

因为前一级用共集电极放大电路的话，这样输入电阻大，可将光敏电阻阻值的变化最大程度地引入放大电路，继而从输入级就保证了后面继电器两端电压变化的灵敏度。

而后一级的作用主要是驱动继电器吸合，因此要放大电压，达到继电器的吸合时想所需要的电压，采用共射级放大电路。

仿真情况下这种放大电路效果较好，但在实际中无论怎样调整电阻阻值，这种放大电路使得继电器两端电压的变化阈值始终不够大。

因此最终舍弃了这种设计方案。

方案二：前一级采用电压放大，后一级采用电流放大。

采用这个方案当时完全是继第一种方案之后的逆其道而行。

当时想的是共射级放大电路不但可以放大电压也可以放大电流，因此也可以作为输入级，并自我安慰的想第一级已经放大了电压，第二级就没有必要了。

结果这种放大电路不但阈值变化范围小，更重要的是灵敏度很差，光敏阻值增大1%继电器两端的电压一下子就从1.6V左右变为2.7V。

其间虽然也试过将第二级放大电路换为电压放大驱动继电器，但还是不行，始终没有仿真出理想的效果。

只好也将这种方案舍弃。

方案三：采用复合管的设计方案，进一步提高输入电阻。

正当一筹莫展之际，突然想到了学习三级管的放大电路时，老师曾说过实际中多用复合管，复合管的放大性能要明显由于一般两级放大电路而且不减小放大倍数，进一步提高输入电阻后系统的灵敏度明显改善，其等效电流放大系数和等效输入电阻很高，优点明显。

采用这种方案后，通过计算并调整偏置分压电阻阻值使得继电器两端电压从0.00V渐变为4.01V，效果很好，完全满足系统的性能要求。

因此最终选定采用这种设计方案。

3.系统硬件电路设计工作原理：晚上光线较暗，RL呈现高阻状态，B点电位很低，VT1截止，电源通过R1为晶体管VT2提供偏置电流而使其导通，集电极电流驱动继电器吸合，灯泡自动打开。

白天光线较强，光敏电阻RL呈现低阻状态，B 点电位很高，晶体管VT1的基极有电流注入，VT1导通，VT1的导通将VT2的基极电位下拉至低电平，迫使VT2截止，于是K断开，被控电器停止工作，即灯泡自动熄灭。

(1)光敏电阻光敏电阻器又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。

通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。

当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。

光敏电阻的主要参数有亮电阻，暗电阻，光电特性光谱特性，频率特性，温度特性。

在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。

没有极性，纯粹是个电阻期间，使用时可加直流也可以加交流。

(2)继电器继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。

故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。

只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。

当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。

这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。

(3)三极管（9013）三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。

晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。

而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和PNP两种三极管，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的。

NPN管是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，从图可见发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极。

当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。

在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正确，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（空穴）很容易地截越过发射结构互相向反方各扩散，但因前者地浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流Ie。

由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补纪念给，从而形成了基极电流Ibo根据电流连续性原理得：Ie=Ib+Ic这就是说，在基极补充一个很小的I b，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与I b是维持一定的比例关系，即：β1=Ic/Ib，式中：β--称为直流放大倍数，集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib 之比为：β=△Ic/△Ib式中β--称为交流电流放大倍数，由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。

三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。

4．系统的软件仿真软件的仿真方法：（1）调用PROTEUS程序，出现其工作界面之后，可以从器件的选项框内查找自己所需的器件，在搜索栏里输入所要查找的器件名称，双击将其放入自己的元器件库中。

（2）单击鼠标左键开始连接电路，尽量将电路连得清晰、简明，将电源、地等一并接入；（3）开始调试所连接的电路，改变代替光敏敏电阻的电位器（RV1），调至另一不同光照强度度时的电阻值，观察结果。

下图是用PROTEUS软件仿真的原理图：5.调试与性能分析在PROTEUS仿真成功后，我们先在面包板上搭建电路，进行调试。

发现一个很大的问题，在仿真软件上可以实现，但在面包板上却不能达到要求。

起初，对电路进行了很长时间的检查，没有发现连接问题。

后来用万用表一步一步测量，发现继电器两端电压根本达不到2.45V，不能使继电器开关闭合。

然后，我们就对电路里的参数再次进行修改，最终实现了理想的结果。

我们通过调节电位器可以对亮度触发点进行调节。

最后，我们在电路板上对所设计的电路进行焊接，中间也出现过像虚焊等一些小问题，但很快被我们解决了。

6.设计心得这次实习，我主要负责焊接电路。

说起来这是个比较苦的差事，手被烫了若干次，但是值得庆幸的是一次成功没有干返工的活。

刚接到这个实习题目，真的有些眼高手低，因为光控路灯跟我们的生活是那么的息息相关，而且大致的想想，只用一个光敏电阻，岂不相当之简单，以造成刚开始的眼高手低的局面。

我们小组三个人起初的三天总感觉一头雾水，找了好多的资料，电子版的，书本的……思路好像很清楚又感觉很模糊。

电路设计工作一直是反反复复，设计的电路不下六个，仿真软件上进行的仿真没有问题，但在面包板上搭建就出现一些出乎意料的问题。

周五上午第一周的实习结束，我们没有一丝进展，看着其他小组或大或小的成果，我们组员都有些放弃了，下午闲来无事，大家一起蹭实验室加班，还是没有进展。

晚上，不屈不挠，坚守岗位，终于黄天不负有心人，在周五晚上，临近实验室关门，我们的电路已经在面包板上搭建成功，这个消息似乎比2008申奥成功还要让我振奋！晚上，睡了实习以来第一个安稳而踏实的美觉。

第二天按捺不住喜悦，急忙奔赴实验室，进行焊接工作，为了焊接出来一个比较美观的电路板，我们三个人研究比划了好一阵子。

北京时间2010年11月28日16时，我们“浩大”的工程竣工啦！这次的实习跟以往有所不同，以前只是独自一个人完成所有的环节，虽然任务量大一些，但是对我们今后步入工作岗位进行工作不是很有利，我个人认为本次实习，不仅锻炼我们理论与实践结合的能力，更重要加强了我们的团队意识。

这个是我本次实习收获最大的！本次的课程设计我主要负责电路的设计。

接到设计题目后，我们小组进行了讨论首先明确了光控路灯的设计思想：鉴于这次课程设计的特点是将光敏电阻作为整个系统感受外界光强条件变化的感觉器官，能够将外界的光照强度的变化转化为系统能够处理的电信号（其自身阻值的变化），之后我们再经过三极管的放大，驱动继电器吸合或断开继而控制路灯的亮灭。

明确了设计思想后我们将设计的侧重点放在了放大电路的设计上。

考虑到上学期学的模拟电路到现在已经有一定程度的遗忘，首先我花了一天时间将模拟电路第三章中三种类型的基本放大电路进行了较为深入的复习。

尽管这就意味着要比别人晚一天开始，但我想“磨刀不误砍柴工”之后也证明这种做法是很有益处的，至少保证了我在后面的整个放大电路的设计过程中不会出现一些原理性的错误。