路灯控制器的设计

1、电子线路课程设计论文题目： 路灯控制器的设计摘要为了实现路灯的智能化控制，节省电力资源，设计了一种路灯控制器。设计主要是通过光敏电阻对外界光线的强弱的感应来控制LM393的高、低电平输出，再经过恒流源电路后控制路灯的开或关。实验结果表明，当处于暗（亮）环境下能够自动开（关）灯，受控的LED灯能随环境光线的明暗变化调整亮度，在LED灯光照射范围内的光照强度保持恒定，实现了智能化控制路灯。关键词：智能控制、光敏电阻 、恒流源 、路灯 目 录一 设计任务与要求11.1 基本部分11.2 发挥部分1二 方案设计与论证12.1 光亮检测方案设计：12.2 恒流源方案设计：1三 硬件单元电路设计与参数计算

2、23.1恒流源电路设计23.2 光敏电阻电路设计23.3 比较器电路设计33.4 稳压电源电路设计3四、总原电路及元器件清单44.1 总电路原理图44.2 元器件清单4五、安装与调试55.1 电路安装55.2 电路调试5六 性能测试与分析56.1 系统测试56.2 测试结果5七 结论与心得5八、致谢6 II一 设计任务与要求1.1 基本部分1、自制电路供电的稳压电源；2、LED采用恒流供电。 3、该控制器具有环境亮度检测和控制功能，当处于暗（亮）环境下能够自动开（关）灯，为了演示方便，在现场演示时，当调光台灯（模拟自然光）较暗（较亮）时相当于暗环境（亮环境），此时另一个白光LED（模拟路灯）将

3、被点亮（熄灭），以此实现光控功能。1.2 发挥部分1、设计一个环境光线检测器，其输出电压能随光线近线性变化；2、受控的LED灯能随环境光线的明暗变化调整亮度，使在LED灯光照射范围内的光照强度保持恒定。二 方案设计与论证本设计主要是通过光敏电阻对外界的光线的强弱的感应来控制LM339的高、低电平输出，从而控制路灯的开或关。其中路灯采用恒流源驱动。当光照减弱时，光敏电阻阻值增大，LM393输出高电平，此时通过高电平控制恒流源工作，连接的1WLED形成通路，使其亮即路灯亮。反之，当光照增强到一定时，光敏电阻阻值减小，LM393输出低电平，此时恒流源不工作，即路灯不亮。经过测试，此方案可行。2.1

4、光亮检测方案设计： 方案一：采用光敏二极管感受外届光照变化，无光照时,有很小的饱和反向漏电流，二极管截止；光照时反向电流增大，形成光电流。方案二：采用光敏电阻对光源的感应改变自身电阻，由电压比较器提取之间电压，考虑到电阻变化的灵敏度，采用两个光敏电阻串联的方式，通过改变与光敏电阻串联的电位器的值可以调节光敏电阻的感光范围。考虑到现实中声光控制技术的运用已经证明了光敏电阻完全可以达到要求，且价格便宜，电路简单。综合考虑以上方案采用光敏电阻。2.2 恒流源方案设计：方案一：晶体管恒流源以晶体三极管为主要组成器件 ,利用晶体三极管集电极电压变化对电流影响小 ,并在电路中采用电流负反馈来提高输出电流之

5、恒定性。 方案二：集成运放恒流源 电路原理图如图2.2所示。该恒流源电路由运算放大器、大功率三极管TIP122、采样电阻R2、负载LED等组成。通过控制运放的输入电压，即可控制电流源输出。 图2.2 集成运放恒流源 综上所述，由于方案一中晶体管参数受温度变化影响大 ,并且输出大电流要采用多级放大，比较麻烦。而方案二中，由于采用了大功率三级管其输出电流可以达到题目要求，并且恒流源结构简单 ,可靠性高 ,调整方便。故选择方案二。三 硬件单元电路设计与参数计算3.1恒流源电路设计 设计采用“运放+大功率三极管”的结构构成恒流源。大功率三极管选用TIP122型号，它是应用范围广、功率小、频率低的达林顿

6、， NPN极性型，特征频率:1000（MHz），集电极允许电流:8（A），集电极最大允许耗散功率:48（W）。其性能满足本设计要求，同时可以通过功率管的不同容量来满足不同的应用要求。在设计中通过控制运放的输入电压，即可控制电流源输出。图3.1 恒流源电路3.2 光敏电阻电路设计光敏电阻器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。在本设计中，当光敏电阻有光照射时，它的电阻大概在4K左右；在黑暗情况下时，它的电阻大概在16K左右。将输出端IN1连接到比较器LM393输入端，在光照情况下

7、比较器LM393输出高电平在5V左右，在黑暗情况下，输出低电平0V左右。电路设计图如图3.2所示。图3.2 光敏电阻电路3.3 比较器电路设计设计采用的比较器LM393是由两个独立的、高精度电压比较器组成。其失调电压低，最大为2.0mV，专为获得宽电压范围、单电源供电而设计，也可以采用双电源供电；而且无论电压电压大小，电压消耗的电流都很低。在本设计中，采用双电源供电，反向输入端2脚作为基准电压源并采用5V电压与电位器相连方式输入，正向输入端3脚输入的电压时光敏电阻部分的输入电压，1脚为比较器的输出脚。当正向输入电压大于基准电压时，输出脚输出5V左右，当正向输入电压小于基准电压时输出脚输出0V左

8、右。电路设计图如图3.3所示。图 3.3 比较器电路3.4 稳压电源电路设计在设计中，采用7805/7815/7915三端固定输出稳压器，输出+5V、+15V、-15V电压。+15V、-15V电压是用于OP07运放供电，+5V电压用于单片机供电。从电路中可以看到，7805/7815/7915的输入输出端都接有电容，而且是一大一小，大容量电容是低频滤波作用，小容量电容是高频滤波用。图3.4 稳压电源电路四、总原电路及元器件清单 4.1 总电路原理图 总电路原理图如图4.1： 4.1 总电路原理图4.2 元器件清单 系统主要元件清单如表1所示。表1 主要元器件清单名称数量作用OP072运放放大LM

9、3931比较器LED1二极管，作路灯TIP1221三极管放大电阻若干限流、采样LM78051+5V稳压芯片LM78151+15V稳压芯片LM79151-15稳压芯片五、安装与调试5.1 电路安装本系统硬件较少，只需将恒流源电路、比较器电路、LED电路以及电源电路焊接完成，再将需要连接的线连接上,即可完成电路的安装。5.2 电路调试本系统采用先分别调试各单元模块，调通后再进行整机调试的方法，以提高调试效率。各单元调试模块如下：（1）恒流源电路输入一个小于5V电压到运放OP07的输入脚，用万用表测量电流是否等于电压除于采样电阻。（2）光控电路人为的对路灯进行假设控制，看电路的反应是否是达到系统所要

10、求的功能。（3）电源电路在变阻器一端输入220V电压后，采用万用表测量LM78*/LM79*稳压芯片是输出电压，看是否输出正确。六 性能测试与分析6.1 系统测试系统测试分为3个步骤:(1)系统正常工作后，将系统处于暗环境下,观察LED灯的亮灭情况；(2)系统正常工作后，将系统处于亮环境下,观察LED灯的亮灭情况；(3)系统正常工作后，选择好跳线帽改变环境的亮暗情况,观察LED灯的亮度情况； 6.2 测试结果系统正常工作后，当系统处于暗环境下能够自动开灯（LED亮），当处于亮环境下能够自动关灯（LED灭）；并且受控的LED灯能随环境光线的明暗变化调整亮度， 在LED灯光照射范围内的光照强度保持

11、恒定。基本实现了本次课程设计的要求。七 结论与心得通过该次课程设计，我深深感觉到自己理论知识的欠缺，还要加强自己的动手能力。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，都需要理论与动手能力的结合。在焊接过程中稍不小心哪怕只焊错一个引脚、一根导线都会导致整个电路无法正常工作，因此必须要有极大地耐心与细心。我认为本次课程设计是非常有必要的，不仅对我们的学习有利，而且对以后的工作实践也是非常帮助的。八、致谢我由衷的感谢我的指导老师蓝老师对我的学习、工作、以及课题的研究和论文撰写过程中面临的问题所给的细心指导和无私帮助，也感谢支持我的其他老师和同学对我的热心帮助。参考文献1谢自美.电子线路设计-实验-测试M .武汉:华中科技大学出版社,20