路燈開關(guān)模擬電路的設(shè)計(jì)與研究

江西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 雷媛媛

在全球能源缺乏的今天，節(jié)省能源是每個(gè)公民應(yīng)盡的責(zé)任，但城市的路燈是必不可少的照明裝置，為了盡可能減少能源的浪費(fèi)，本文設(shè)計(jì)了一款路燈開關(guān)模擬電路，利用光敏元件實(shí)現(xiàn)路燈自動控制，白天和人煙稀少的后半夜路燈不工作。

1 路燈開關(guān)模擬電路功能

將紅色發(fā)光二極管和綠色發(fā)光二極管交叉排列，設(shè)計(jì)一路燈開關(guān)模擬電路，白天所有發(fā)光二極管全滅，傍晚所有發(fā)光二極管全亮，6小時(shí)后紅色發(fā)光二極管熄滅，天亮所有發(fā)光二極管全滅，如此循環(huán)往復(fù)。

2 路燈開關(guān)模擬電路總體設(shè)計(jì)

框圖由9V直流穩(wěn)壓電源、光控電路、波形整形電路、繼電器控制電路、二極管指示電路、延時(shí)電路組成。下面來詳細(xì)介紹各部分電路的功能。

（1）9V直流穩(wěn)壓電源

9V直流穩(wěn)壓電源有變壓器降壓，四個(gè)二極管構(gòu)成的橋式整流電路整流、電解電容器濾波、9V的穩(wěn)壓集成塊穩(wěn)壓和發(fā)光二極管電路指示共同組成。電路輸出一個(gè)9V的直流穩(wěn)壓電源，為電路的其他部分供應(yīng)直流電壓。

（2）光控電路

光控電路采用了負(fù)阻系數(shù)的光敏電阻RG和電位器RP1串聯(lián)的方式來感應(yīng)光的強(qiáng)弱，當(dāng)光線強(qiáng)時(shí)，光敏電阻RG的阻值變小，光敏電阻RG兩端承受的電壓變小，為低電平；當(dāng)光線弱時(shí)，光敏電阻RG的阻值變大，光敏電阻RG兩端承受的電壓變大，為高電平。如此就實(shí)現(xiàn)了將光線的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓ㄟ^光線的變化得到不同的電平，該電平作為輸入信號送到CD4011的1、2腳。其中電位器RP1用來調(diào)節(jié)光敏電阻RG的靈敏度。

（3）波形整形電路

因?yàn)閺墓饪仉娐份敵龅男盘柺悄M信號，其高低電平并不是那么的穩(wěn)定和標(biāo)準(zhǔn)，所以它的后面還需要加上整形電路來實(shí)現(xiàn)波形的整形，變成標(biāo)準(zhǔn)的矩形波，所以用了CD4011的兩個(gè)與非門U1:A、U1:B來實(shí)現(xiàn)波形的整形，即U1:A的1、2腳相連并接需要整形的信號，U1:A的3腳接U1:B的5、6腳，U1:B的4腳輸出整形后的信號，這樣就成功的將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，得到了標(biāo)準(zhǔn)的矩形波了。

（4）繼電器控制電路

繼電器控制電路由三極管Q1構(gòu)成的電子開關(guān)和繼電器K1、K2共同組成，當(dāng)三極管Q1的基極B得到高電平信號時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通，繼電器K1的線圈中會出現(xiàn)工作電流，工作電流產(chǎn)生電場將繼電器K1開關(guān)的常開接點(diǎn)閉合；當(dāng)三極管Q1的基極B為低電平信號時(shí)，三極管Q1截止，繼電器K1線圈中的電流消失，電場也消失，繼電器K1中的常開接點(diǎn)彈回，又重新回到常開狀態(tài)。繼電器K2由555定時(shí)器的3腳控制，當(dāng)3腳為高電平信號時(shí)，繼電器K2的線圈中會出現(xiàn)工作電流，工作電流產(chǎn)生電場將繼電器K2開關(guān)的常開接點(diǎn)閉合；當(dāng)3腳為低電平信號時(shí)，繼電器K2線圈中的電流消失，電場也消失，繼電器K2中的常開接點(diǎn)彈回，又重新回到常開狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)路燈的遠(yuǎn)程控制。

（5）二極管路燈指示電路

二極管路燈指示電路由一組紅色發(fā)光二極管和限流電阻、一組綠色發(fā)光二極管和限流電阻（圖中只畫出了一路）串聯(lián)構(gòu)成，紅綠發(fā)光二極管又是相間并聯(lián)的排列關(guān)系，綠色發(fā)光二極管由K1繼電器控制，紅色發(fā)光二極管由K2繼電器控制。

（6）延時(shí)電路

延時(shí)電路由555定時(shí)器和R2、R4、C1、C3、D2構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)，R4、C3串聯(lián)，555定時(shí)器的6、7腳相連并連在R4、C3中間，555的4、8腳接電源，5腳通過C1接地，1腳接地，2腳輸入，3腳輸出。該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為負(fù)脈沖觸發(fā)的，負(fù)脈沖從CD4011的10腳通過C2送入555定時(shí)器的2腳，而該負(fù)脈沖信號又是來自光控電路，當(dāng)光線由強(qiáng)變?nèi)鯐r(shí)，光控電路產(chǎn)生一個(gè)正脈沖信號，所以經(jīng)過反相器之后就能得到一個(gè)負(fù)脈沖信號，將該負(fù)脈沖信號提供給555的2腳，就能使延時(shí)電路工作，從3腳產(chǎn)生一個(gè)正脈沖信號，該正脈沖信號持續(xù)的時(shí)間由6、7腳所接的R4、C3決定，延時(shí)時(shí)間計(jì)算公式為t=1.1 R4C3。而3腳的正脈沖用來控制K2繼電器，從而實(shí)現(xiàn)紅色發(fā)光二極管的控制。

3 路燈開關(guān)模擬電路實(shí)現(xiàn)研究

（1）白天光敏電阻的阻值變小，光敏電阻兩端為低電平，經(jīng)兩個(gè)與非門整形之后輸出，再經(jīng)由與非門構(gòu)成的反向器反向后變成高電平，該信號一路引入555的2腳，從而使555的2腳得到一個(gè)正脈沖觸發(fā)信號，555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路不工作，555的第三腳輸出一個(gè)低電平信號，3腳的低電平信號使得K2處于常開狀態(tài)，紅色的發(fā)光二極管不亮。另一路又經(jīng)過一個(gè)反向器反向后變回低電平信號，將其輸送到三極管的基極，三極管截止，K1也處于常開狀態(tài)，綠色的發(fā)光二極管也不亮。

（2）傍晚光敏電阻的阻值變大，光敏電阻兩端為高電平，經(jīng)兩個(gè)與非門整形之后輸出，再經(jīng)由與非門構(gòu)成的反向器反向后變成低電平，該信號一路引入555的2腳，從而使555的2腳得到一個(gè)負(fù)脈沖觸發(fā)信號，555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路工作，555的第三腳輸出一個(gè)正脈沖信號，該信號的維持時(shí)間由R4和C4的乘積決定，3腳的正脈沖信號使得K2常開開關(guān)閉合，將紅色的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，當(dāng)3腳的正脈沖信號消失之后，K2斷開，紅色發(fā)光二極管又熄滅。另一路又經(jīng)過一個(gè)反向器反向后變回高電平信號，將其輸送到三極管的基極，使三極管導(dǎo)通，驅(qū)動K1的常開開關(guān)閉合，點(diǎn)亮綠色的發(fā)光二極管。

4 結(jié)語

該路燈開關(guān)模擬電路已經(jīng)完成了硬件測試，實(shí)驗(yàn)證明，該設(shè)計(jì)反應(yīng)靈敏，性能穩(wěn)定，通過光敏元件實(shí)現(xiàn)了對路燈的控制。

[1]歐偉明.實(shí)用數(shù)字電子技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2014.

[2]許磊.傳感器技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2014.