光控路灯系统设计实验报告.doc

自动光控路灯系统设计

班级：电子二班
姓名：李旺
学号：3

1.功能规定
（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
运用光照强度为传感器，目前最为常用且性价比较高的就是光敏电阻，运用其光线较强时，电阻值较低，而光线较暗时则电阻较大的特点。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。
敏
感
元
件
放大电路

继电器
辅助电源
照明电路
外界光照变化

3. 系统电路工作原理：
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，经解决后从集电极输出，输出电压随光照强度的减弱而增长，通过继电器实现路灯的自动转换。当光照强度很大时，光敏电阻阻值很小，三极管VT1分得的电压较小，三极管VT1、VT2截止，继电器不工作，灯泡不亮；当光照强度很小时，光敏电阻阻值很大，三极管VT1分得的电压较大，三极管VT1、VT2导通，继电器工作，灯泡亮。通过调节滑动变阻器，可调节亮度触发点。
4.系统的软件仿真电路
打开PROTEUS软件，在元件库里查找电路图中所需要的元器件，添加至当前页面。按照所设计的原理图进行画图。画完之后，认真检查。拟定没有错误后，运营，查看是否符合设计规定。并对电阻进行参数的调节，以达成预期设计的规定。下图是用PROTEL软件所画的设计图：

注：仿真图上所示电路中光敏电阻用电位器（RV1）代替
5.调试与性能分析
仿真调试及各数据记录：
阻值：1M%
Q1
Q2
继电器
LAMP
Ube
Ube
Uce
U
I
70%
0.79
0.88
0.09
11.9
0.04
亮
20%
0.78
0.88
0.11
11.8
0.04
亮
10%
0.76
0.87
0.47
11.5
0.04
亮
9%
0.75
0.86
4.24
7.71
0.03
亮
8%
0.74
0.85
8.27
3.73
0.01
灭
5%
0.69
0.44
12.0
0.00
0.00
灭
通过表格可以看出以9%—8%为界线，改变继电器电流达成导通状态。
通过调试最后优化的电路图如下，将电阻R1的阻值变小可将亮度触发点减少，使灯泡在3%—2%时明灭变化，提高系统的灵敏度。
EWB仿真图

6.各元器件的工作原理
光敏电阻
光敏电阻器又叫光感电阻，是运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；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）。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。光敏电阻的重要参数有亮电阻，暗电阻，光电特性， 光谱特性，频率特性，温度特性。通过测量，得到本次实验中的光敏电阻亮阻值约为3.7K，暗阻值约为400K。

光敏电阻的光电特性

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，它事实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本来的位置，使动触点与本来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达成了在电路中的导通、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在断开状态的静触点，称为“常开触点”；处在接通状态的静触点称为“常闭触点”。

三极管（9013）
三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中经常运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，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，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c。当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处在正偏状态，而c点电位高于b点电位几伏时，集电结处在反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Eb。
电位器
电位器是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。 它大多是用作分压器。
7.实验心得
在实验中我负责设计电路和仿真电路的任务。刚拿到课题设计的题目时，只知道实验的规定是设计一个光控路灯，规定使用的元器件有光敏电阻、三极管和继电器。老师规定在4天内通过查阅资料设计出电路来，一方面我通过网络搜集了一些相关的资料，在网上有关于这方面的设计方案，简朴的学习了解之后，发现设计规定不完全同样，网上的方案比我们的规定复杂，使用的是220V电压必须添加整流电路尚有需要使用运放器，这些都不符合我们设计规定，但是大约可以拟定下整体思绪。从网上的学习还找到了一些建议的参考书目，于是大家分工分别通过网络搜索和从图书馆借阅的书籍上收集各种有关的资料。
但是设计电路光有整体思绪的想法还不够，要熟悉使用的元器件的功能和应用，我们在模拟电路中学过三极管的知识，但是隔了一段时间再加上学习的时候多半是分析电路做题求值，所以相应用三极管又很陌生了，运用模电的笔记快速的复习了三极管的知识。此外，对于继电器的功能和应用也不太懂，之前没有接触过继电器，所以在设计电路之前必须把使用的元器件熟悉了解才可以纯熟应用。通过网络学习了继电器和光敏电阻的相关应用，为设计电路打下了基础。
真正开始设计电路是从分析人家的电路入手，我们从借来的书籍里找到了一个不错的设计方案，但是分析理论总是和实际情况有所不同，我把书上的电路图用仿真软件进行了仿真，但是没有出来结果，主线不能实现设计规定，就只能靠自己了。通过仿真软件把自己的想法加到电路里去，不断地尝试、讨论、分析，终于实现了设计目的。这下可以轻松一些了。但是，当分发设计元器件时又碰到了问题，我们设计的电路里需要使用一个PNP三极管和两个NPN三级管，但是元器件只给了两个NPN三极管，所以必须修改电路图。又通过一天的忙碌之后简化的电路做好了，功能是可以实现，但是一些电阻值还没有拟定，还需要不断的进行优化，提高电路变化的灵敏度。在对设计好的电路图进行参数调试的时候，通过电路中电压电流的值进一步分析电路、优化电路，在后期焊接电路时，结合实际光照强度影响光敏电阻的阻值范围，仍然不断地进行尝试和修改，最终定稿。
通过本次课题设计我收获了很多，我对自动光控路灯系统有了一定的了解，对以前在模电中学到的三极管也有了进一步的掌握和应用。我也对PROTEUS和EWB仿真软件的使用更加纯熟，真是受益匪浅。在这次课题设计中，大家表现出了良好的团队合作精神，有分工也有合作，如期的完毕了任务。
感谢这两周里老师的指导，帮助我们学习了很多课本以外的知识，拓展了知识面，培养了独立思考的能力和动手实践能力。