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1、略事工商蛾求盘莆摩院毛丹百至$ T 匚 hh 亍lb 5 TITU Tt工学院毕业设计（论文）毕业设计（论文）题目专 业：机电一体化技术班级：机电0822学 号：0801212254学生姓名：校外指导教师：XXXXX校内指导教师：二零一零年十二月四日目录摘要 3第1 章 前言41.1 课题研究的意义4第2 章 定时亮灭的光控节能路灯控制设计52.1 设计方案52.2 方案比较62.3 设计思路的优缺点62.4 题目分析72.5 电路分析82.5.1 光控电路82.5.2 整流电路82.5.3 延时降压电路10第3 章 元器件的简介及其原理113.1光敏电阻113.2 555 控制器123.3
2、二极管143.4三极管143.5 数字时间继电器15结束语 15参考文献17附录一：元件清单表18摘要城市路灯照明系统是城市必不可少的公用设施，是现代城市文明的一大标 志。随着城市的发展，人们对城市照明的要求也越来越高。保证路灯的高亮灯率， 及时发现和排除路灯故障，对人民生活、交通安全等都起着非常重要的作用。另 外，随着社会的发展，能源问题己经成为全球最为关注的问题之一，能源危机己 经成为全人类所面临的主要危机，因此，尽可能的节约电能显得尤为重要。目前，城市路灯监控系统在我国已经得到了广泛的应用，然而现有的路灯监 控系统都存在一个共同的缺点，就是不能控制和检测单个路灯的运行状态。这就 带来两个
3、方面的问题：一方面，存在大量的电能浪费。为了保证路灯的“亮灯率”， 则需要将所有路灯点亮，因为城市后半夜行人较少，这样就白白消耗了大量电能； 若采取“半夜灯”、“隔一亮一”或“亮一隔二”等节能方式，则会带来的社会 治安、交通安全和路灯寿命减损等问题。本文研究的智能路灯节能控制系统是针对我国在城市照明上所存在巨大的 电力能源消耗的问题而提出的，通过光敏电阻、555集成电路、整流电路、数字 定时器、继电器及变压器组成一个供电电路，有效的改善节能照明源和使用符合 实际交通状况的控制系统，可明显提高路灯用电效率，真正达到了节能降耗关键词：光敏电阻、555集成电路、整流电路第 1章 前言1.1 课题研究
4、的意义城市道路照明的目的是使行人和驾驶员能很好地识别抢房路面上的情况， 从而保证夜间交通的安全与快适。道路照明并不需要那么亮，更不是越亮越 好。实际上，路面过亮会带来一些问题。首先是浪费电路，为了提高路面的 亮度，需要增加路灯的功率，若平均每盏灯增加50KW，统计全国660个城市 的路灯400万盏，共增容20万KW，年多耗电7亿KWh。其次，每年多发电7亿KWh， 将增加二氧化碳、二氧化硫有害气体的排放，破坏空气质量。第三，加重了 光污染和光干扰，使干扰驾驶员正常行驶的眩光趋于严重。目前我国大部分城市路灯都采用“全夜灯恒照度”方式，此方式的能源 利用率不高，主要存在以下几个方面的不足：第一。在
5、后半夜车流量较小， 依然保持前半夜的“恒照度”会造成资源的大量浪费；第二，后半夜是用电 低谷期，电力系统电压升高，路灯反而会更亮，而我国现行70的道路照明 使用的高压钠灯，此类电网电压的波动致使灯泡的实际使用寿命不超过1年， 因此会带来高额的维修费和材料费。随着“节约型社会”观念深入人心，以 及节能减排纳入国家十一五规划内容，提高路灯控制系统的管理水平，解决 传统模式的能源高消耗、维护高成本，实现智能化的节能照明已成为解决城 市美化和能源紧张的最佳选择。第2 章定时亮灭的光控节能路灯控制设计2.1 设计方案方案一： 采用“定时亮灭的光控节电路灯控制电路”进行优化设计， 傍晚路灯自动点亮，半夜以
6、后降压半波供电以利节能，清晨天亮后路灯自动 熄灭。控制方法：该电路采用光敏电阻作感光元件,白天,光亮度大,光敏电阻 RG呈低电阻，贝川的脚处于高电位，脚输出为低电平，晶体管VT截止，继 电器K不吸合，接触器KM线圈无电，主触头断开，路灯不亮。傍晚，随着自然光 亮度降低，RG电阻值逐渐变大。当RG、R2分压作用使N的脚电位低于控 制电压时，N翻转，其脚输出高电平，VT导通继电器K吸合，其两个常开 触点闭合。一个使接触器KM1得电并自保，其主触头闭合，路灯亮，另一个 启动通电延时时间继电器KT，计时机构开始计时，半夜后，到达整定时间， 其延时接点KT (3 4)闭合，启动接触器KM2，其主触头接通
7、，接入二极管 半波整流供电以节能，同时断开KM1。到第二天早晨，随着自然光亮度增加, RG逐渐减小，分压作用使脚电位上升，当高于控制电压时，N翻转， 脚输出低电平，VT截止，K失电使路灯熄灭。由于按自然光亮度控制，因 此控制器会按照天气晴、雨及季节变化自行调整点亮路灯时间。R3及C1防 止晚上闪电等光的干扰引起控制器误动作。另外便于路灯进行检修而接入按 钮SB1、 SB2。方案二：采用VVO变压器-高压钠灯照明系统，由时间控制，在半夜适当 降低加在灯上的电压，达到节电的目的。控制原理：V /V o 一V /V变压器路灯照明节电系统不需要增加自耦变 压器、补偿变压器或电抗器等元件，只需要将路灯专
8、用变压器作V /V o接 线(采用V /V o路灯专用变压器，或将目前使用的Y /Y 0变压器的一相绕 组悬空)。然后通过控制器在深夜自动断开变压器二次侧的中性线，变成V/V 接线，从而使灯具电压从相电压自动变换为线电压的一半。方案三：根据周围环境如光线亮度和交通状况综合考虑，解决问题。 控制原理：将从开灯到关灯根据交通可分为三个阶段 （高峰、正常、低 谷）来对路灯进行控制，利用时钟芯片可将实时时钟传人主控制器，从而把 各阶段划分定时，再由主MCU通过电力载波通信将信号传递给从MCU,而LED 的照明亮度决定于经高压交流传输整流后，再进行DC / DC输出电压的大小， 此时从控制器通过PWM可
9、进行控制其输出电压（各档位时段对应各自电压）。 在低谷时段，从控制器还可利用设置在路面的噪声传感器检测路面交通的实 时交通状况，通过噪声情况决定是否改变目前的路灯电压，以此实现动态节 能。通过光电传感器在非正常开灯阶段还可实时检测路面光照度当光照摩 诀不到预设要求可以启动路灯照明讲行席急。2.2 方案比较方案一和方案三都采用的光敏电阻控制，方案二利用变压器降压处理， 达到节能效果。方案三还采用了噪音传感器，方案一从节能方面考虑。由于 元器件和经济方面有限以及操作难易方面考虑，我认为方案一可行性较好。2.3 设计思路的优缺点本次毕业设计中我所设计的题目是“定时亮灭光控节能路灯的设计”。 这是一种
10、光照控制亮灭的照明灯。本设计是一种基于模拟与数字混合型的集 成电路，电路主要由两个高精度电压比较器Al、A2, 个RS触发器，一个 放电三极管和三个5KQ电阻的分压器而构成。白天光照超过一定的强度时， 都不会是路灯发亮；夜晚光暗，光敏电阻电阻阻值变大，就会导致路灯自动 亮为车辆和行人照明；半夜后，到达整定时间，接入二极管半波整流供电以 节能。另外，还有防止晚上闪电等光的干扰引起控制器误动作的控制器。定 时亮灭光控节能路灯具有可靠性要高，成本要低，电源连接方便，元件易找 等优点。该设计的缺陷是该设计在接入节能灯后，因为节能灯不能频繁启动， 容易造成节能灯寿命减少。1KR3330KR2TC1TRI
11、G DISCHG555R6-1K56KVDI1R5-55K56K10uF16K图 2-4(a),2KN400120V-10VVT805093O2KMKM2P32KT22.4 题目分析本电路系统用交流220V电压通过变压器T降压对光控电路、延时电路、整流电路及防止干扰电路提供电压。由这三部分控制路灯定时亮灭。如图 2-4(a)、2-4(b)所示File:C :U sersd sq Desk topPREVIO-I. DDBD raw n By图 2-4(b)2.5 电路分析2.5.1 光控电路光控电路的核心元件为光敏电阻，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
12、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)。在光线较暗时，光敏电阻呈高阻态；在光线较亮时，光敏电阻呈低阻态， 光敏电阻通常都工作于直流或低频状态下。光控电路主要由光敏电阻 R 和555控制器组成，部分电路图如图 2-5(a)G图 2-5(a)2.5.2 整流电路整流电路把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压 器、整流主电路和滤波器等组成。本次所用为单向桥式整流加上滤波电路， 是由电源变压器T, 4只整流二极管VDVD等组成。14、电容 C2工作原理：交流220V电压经过变压器T,降压得
13、到交流10V电压，再经 过四个二极管组成的整流电路,将交流转换成直流电压。整流电路只能把交 流电变成脉动直流电,但在实际应用中,许多电器设备都需要平滑的直流电 源。要达到这个要求,需在整流电路后面加上滤波电路。滤波电路的目的是尽量降低输出电压中的交流成分即脉动成分而保留其中的直流成分,使输出 电压接近于理想直流电压。本电路中主要是利用电容两端的电压不能突变特 点,将电容与负载并联,以达到输出波形基本平滑的目的。此部分电路图如2.5.3 延时降压电路延时降压电路它是用 555 集成块、数字时间继电器、接触器、三极管、 二极管等组成的电路来控制电压。工作原理：当光敏电阻R导通，此时555集成块起作
14、用使三极管导通，G接触器K吸合，接触器K常开触点吸合，数字继电器导通并开始定时。当时 间达到预定值时，其延时接点 KT 闭合，接入二极管半波整流供电以节能。 此部分电路图如图2-5(c)所示：图 2-5(c)第 3 章 元器件的简介及其原理3.1 光敏电阻光敏电阻是一种典型的光电导器件，该电阻具有光电导效应，即其组成 材料（或器件）在受到光辐射以后，它的电导率（或阻值）会发生变化。在 光线较暗时，光敏电阻呈高阻态；在光线较亮时，光敏电阻呈低阻态，光敏 电阻通常都工作于直流或低频状态下。光敏电阻与其它半导体光电器件相比，有以下优点：1.其光谱响应范围 相当宽；2.工作电流大，可达到数毫安；3.所
15、测光强度范围宽，既可测强光， 也可测弱光；4.灵敏度高，光导电增益大于1；5.偏置电压低，无极性之分， 使用方便。其缺点是：1.在强光照射下光电转换线性较差；2.光电弛豫过程 较长，何为光电导的弛豫现象？即光照后，半导体的光电导随光照时间逐渐 上升，经一段时间到达定态值。光照停止后，光电导逐渐下降；3.频率响应 （器件检测变化很快的光信号的能力）很低。目前，光敏电阻已广泛用于控制路灯自然点熄电路、照相机自动曝光电 路、照度计、机床自动断电和其它自动控制装置。图 3-1 所示为光敏电阻的工作原理。图中，在光敏电阻的两极间加上一 定电压V,当光照射在光敏电阻上时，其内部被束缚的电子吸收光子能量成 为自由电子，并留在空穴。光激发的电子空穴对在外电场的作用下同时 参与导电，从而改变了光敏电阻的导电性能。随着光强的增加其导电性能变好，即光敏电阻的电导率增加，流过其内 的电流（光电流）增加，其本身的电阻值减小。随着光强的减小，其导电性 能破坏，即光敏电阻的电导率减小，流过其内的电流减小，其本身的电阻值 增加。根据热平衡状态下半导体电导率公式，可推算出在光辐射作用下产
