光控自动路灯的设计与制作毕业设计论文附实物图.doc

四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)论文题目: 光控自动路灯的设计与制作 专 业: 电气自动化技术 班 级: 明天过后 学 号: 1126595455 姓 名: 我是-你的范儿 指导教师: 半妆红豆 二0一四年十月三十日四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书学 生姓 名我是-你的范儿学号1126595455班级电气专业电气自动化技术设计（或论文）题目光控自动路灯的设计与制作指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注讲师四川信息职业技术学院工程师设计（论文）内容：注意：选题要结合实际。设计（论文）内容要详细写明具体步骤；学生在该设计中具体完成的工作（结果）介绍国内外光电技术发展现状及特点，对光控原理及其硬件电路撰写说明。1、对光电技术的现状作深入分析，介绍国内光电技术的发展现状；2、设计555模块的光控电路；选择适当的光敏电阻作为光控电路的主元件；3、画出光控原理电路图；根据电路图制作硬件；调试硬件达到光控效果；4、撰写详细的毕业论文，说明清楚，层次清楚，不少于五千字。进度安排：要有较为详细的时间安排（时间具体到周）；6月中旬-7月初：任务下达，进行选题； 7月初-7月中旬：选题及查找相关资料； 7月中旬-8月初：确定选题方案； 8月初-8月中旬：收集资料，对资料整理； 8月中旬-9月初：中期检查，及时发现问题； 9月初-10月初：整体设计与分析，确定初稿；10月初-11月中旬：整理报告，最终定稿；  11中旬-12月：答辩。主要参考文献、资料：1 吕强电子技术基础机械工业出版社，20062 陈有卿555时基电路电子工业出版社，20073 徐立娟电力电子技术人民邮电出版社，20104 阎石电子技术基础课程设计中央广播大学出版社，19975 李振声实验电子技术国防工业出版社，20036 张绪光电工技术高等教育出版社，20037 张晓东电工实用电子制作国防工业出版社，2005审批意见教研室负责人：年 月 日备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。目 录摘 要1第1章 概 述2第2章 设计思路32.1 整体方案的设计32.2 工作原理32.3 设计任务及目标3第3章 硬件设计43.1光敏电阻43.2 整流二极管43.3 三极管53.4 继电器63.5 555时基电路73.5.1 555概述73.5.2 555工作原理73.5.3 555引脚83.6 硬件电路原理图及其原理9第4章 调 试11结 论12致谢13参考文献14附录1 实物图15摘 要随着我国经济发展迅猛，国民对电能的使用日益提高，与此而来的就是电能的浪费。目前国内路灯照明光源一般采用高压钠灯、高压汞灯和金属卤化物灯。常出现开灯早，关灯晚；或者开灯晚，关灯早的现象，不仅造成巨大的电能浪费、影响人们日常生活，还会损害城市形象、影响社会治安和交通安全，从而影响城市的投资环境。 总之，伴着城市规模的不断扩大，现有的路灯管理的方式方法已远远不能满足城市路灯发展与管理的需要，必须依靠现代化的高科技管理手段。光控路灯开关的发明与使用就显得十分重要。本设计基于光敏电阻的基本原理，设计了一个基于光控开关的路灯自动控制系统，实现路灯的智能控制。该系统通过对光控电路的设计、制作。并分析了研究过程中出现的问题，逐步找出光控开关的最佳设计方法。  关键词：光控路灯开关；光敏电阻；555时基电路；光电转换第1章 绪 论随着夜晚的来临，城市里华灯初上，人民消除了白天的繁忙，漫步穿行于城市的街道上，在那霓虹灯漫彩的灯光下，一个个孩子欢快地玩耍着，一对对男女漫步于小道里、花园中，一辆辆汽车奔驰与公路上。我们经常可以看到，每天傍晚，当天色较暗，路边的路灯便自动点亮；每到清晨，当太阳照亮整个街道是，一排路灯就自动熄灭。其实实现这些功能并是不哪位辛勤的街道管理者，而是光电器件的杰作。其中，起主要作用的，就是光敏电阻。路灯已经成为一个城市照明系统不可分割更无可替代的一部分，在城市照明中发挥着举足轻重的作用，而其所依靠的就是路灯自动的控制。其中，起主要作用的，就是光敏电阻。路灯控制方式有很多，可以用PLC、单片机以及更多的方法。本系统采用的是光敏自动控制路灯。本文重点讨论的问题：实现光控路灯的原理设计。具体要求如下：采用光敏电阻进行光控；选择适当的光敏电阻器件作为光控电路的主元件；设计合适的光控电路原理图；硬件制作。第2章 设计思路2.1 整体方案的设计本次毕业设计题目光控自动路灯的设计与制作。此课题的设计方法多种多样，可以采用单片机，PLC以及更多的方法。要求以路灯为控制对象，完成电路的设计与硬件的制作，实现以光线强弱和演示两种方式为控制路灯的亮灭功能。其中硬件电路部分包括两个部分：控制电路部分，路灯电路部分。本系统采用的是较为简单且经济的一种，用到555时基电路，光敏电阻，继电器等原件。2.2 工作原理图2-1 光控路灯工作原理图2.3 设计任务及目标根据所学知识画出设计原理图;分析模块电路的功能；按原理图焊接好电路，然后调试，直到达到毕业设计任务书的要求；完成课题设计说明书。第3章 硬件设计3.1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。一般光敏电阻器结构如图所示。 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。 图3-1 光敏电阻实物图3.2 整流二极管整流二极管一种用于将交流电转变为直流电的半导体器件。通常它包含一个PN结，有阳极和阴极两个端子。其结构如图1所示。P区的载流子是空穴,N区的载流子是电子，在P区和N区间形成一定的位垒。外加使P区相对N区为正的电压时，位垒降低，位垒两侧附近产生储存载流子，能通过大电流，具有低的电压降（典型值为0.7V）,称为正向导通状态。若加相反的电压,使位垒增加，可承受高的反向电压，流过很小的反向电流（称反向漏电流），称为反向阻断状态。整流二极管具有明显的单向导电性。整流二极管可用半导体锗或硅等材料制造。硅整流二极管的击穿电压高，反向漏电流小，高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造(掺杂较多时容易反向击穿）。这种器件的结面积较大，能通过较大电流（可达上千安），但工作频率不高，一般在几十千赫以下。整流二极管主要用于各种低频半波整流电路，如需达到全波整流需连成整流桥使用。 图3-2 1N4001整流二极管3.3 三极管三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种电流控制电流的半导体器件·其作用是把微弱信号放大成辐值较大的电信号， 也用作无触点开关。晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。三极管工作原理晶体三极管（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和锗PNP两种三极管，（其中，N表示在高纯度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而p是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电）。两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，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Eb。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，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，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了。图3-3三极管结构3.4 继电器继电器是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。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）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“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。电磁继电器电磁继电器一般由铁芯、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）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。3.5 555时基电路3.5.1 555概述555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。3.5.2 555工作原理555电路的内部电路方框图如下图所示。它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电压由三只5K电阻器构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器A1的同相输入和低电平比较器A2的反相器、输入端的参考电平为2/3VCC和1/3VCC。A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平2/3VCC时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3VCC进，触发器复位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。RD是复位端（4脚），当RD=0,555输出低电平。平时RD端开路或接VCC。Vc是控制电压端（5脚），平时输出2/3VCC作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一0.01uF的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。图3-4 555内部功能图3.5.3 555引脚它的各个引脚功能如下：图3-5 555引脚实物图1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。2脚：低触发端TR。3脚：输出端Vo。4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。6脚：高触发端TH。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。3.6 硬件电路原理图及其原理图3-6 硬件设计原理图光控电路有光敏电阻RL和电位器RP组成，RL和RP构成分压器，利用分雅点a的电平高低随环境光线强弱而改变这一特性来控制555时基电路的置位或复位。时基电路接成施密特触发器，白天外界自然光线较强，RL呈现低电阻，当分压点a电平高于2/3的电源电压时，时基电路处于复位状态。其输出端（3脚）输出低电平，三极管VT截止，继电器K不动作，路灯EL不亮。傍晚天色渐暗，Rl的光照强度逐渐减弱，其等效电阻值也随之增大，分压点（a点）电平开始下跌，当低于1/3电源电压时，时基电路置位，输出端（3脚）跳变为高电平，VT导通，K得吸合，其常开触点k-1闭合，路灯通电发光。调节电位器RP的阻值可改变分压点的电平高低，所以能调节电路的光控灵敏度，使电路在需要开灯的环境下其继电器K得电吸合。本电路特点是光控有两个起控点，即开灯光照起控点（不大于1/3VDD）和熄灯起控点（不大于2/3VDD），两个起控点的阀值电平存在1/3电源电压的回差，这就避免了单起控点电路在光照强度正好处于起控临界值状态时点灯出现频繁闪亮的现象。R1和C2组成干扰脉冲吸收电路，可防止因短暂光线（如雷电闪光，车辆灯光等）导致的告饶电路正常工作的现象。本控制器电源采用变压器T降压、二极管VD1半波整流、电容C1滤波以获得直流12V的工作电压。第4章 调 试硬件调试1、对照电路图，按顺序装上电子元件；电阻、电容、二极管、三极管、继电器等。2、焊接电路，先焊接控制电路，再安装主电路。3、经检查连接无误后。在确保安全情况下，通电调试。4、光控灵敏度调试。通电后将光敏电阻器完全遮挡和无完全遮挡自然光情况，测量a点点位高低，对电位器进行调试。结 论本系统主要介绍了光路控制，介绍了光敏电阻、继电器、整流二极管，三极管555集成电路在光控系统中的应用，555集成电路及其他元件的引脚和在系统中的电路图。本设计利用了光敏电阻的特性，设计的硬件系统结构简化，操作人员劳动强度小。本文设计的光控自动路灯基本实现了自动控制的功能，内容涉及光敏电阻、继电器、555时基电路以及电路涉及等诸多方面的知识。采用555时基电路设计出的光控控制器，能够避免一些短暂光线的干扰。控制装置具有成本低、抗干扰能力强、控制性能好，在控制电路方面还能设计出延时功能等优点。通过本次毕业设计，我更加了解了我所学的专业，更好的掌握了专业知识，做到了学以致用，知道了可以通过自己所学的知识来帮助人们提高生活质量。让自己在理论知识和自学能力方面得到很好的理解和提高。也通过这次毕业设计增长了新的知识，开阔了自己的眼界，掌握了又一门新技术。同时，也和老师、同学们进行了很好的交流和互动。我相信本设计当中一定会存在很多不足，请老师多多批评，指导！致谢这次论文是在我的导师金老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，金老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。几个月来，刘老师不仅在学习上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向金老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在此，我还要感谢亲爱的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!参考文献1 吕强电子技术基础机械工业出版社，20062 陈有卿555时基电路电子工业出版社，20073 徐立娟电力电子技术人民邮电出版社，20104 阎石电子技术基础课程设计中央广播大学出版社，19975 李振声实验电子技术国防工业出版社，20036 张绪光电共技术高等教育出版社，20037 张晓东电工实用电子制作国防工业出版社，2005附录1 实物图图1 整体实物图图2 包装后有光线图图3 包装后无光点亮图四川信息职业技术学院毕业设计（论文）评语学生姓名我是-你的范儿学号1126595455班级电气专业电气自动化技术设计（论文）题目光控自动路灯的设计与制作指导教师指导老师考核意见 等级： 指导教师：答辩评语等级： 答辩老师： 总评成绩等级： 考核小组组长：备注以上两项成绩综合后，指导老师考核成绩占总分的60%，答辩成绩占总分的40%，按五级记分（优、良、中、及格、不及格）。