路灯开关模拟电路的设计与研究

2015-03-25江西工业职业技术学院雷媛媛

电子世界 2015年20期

关键词：光敏电阻三极管低电平

江西工业职业技术学院雷媛媛

在全球能源缺乏的今天，节省能源是每个公民应尽的责任，但城市的路灯是必不可少的照明装置，为了尽可能减少能源的浪费，本文设计了一款路灯开关模拟电路，利用光敏元件实现路灯自动控制，白天和人烟稀少的后半夜路灯不工作。

1 路灯开关模拟电路功能

将红色发光二极管和绿色发光二极管交叉排列，设计一路灯开关模拟电路，白天所有发光二极管全灭，傍晚所有发光二极管全亮，6小时后红色发光二极管熄灭，天亮所有发光二极管全灭，如此循环往复。

2 路灯开关模拟电路总体设计

框图由9V直流稳压电源、光控电路、波形整形电路、继电器控制电路、二极管指示电路、延时电路组成。下面来详细介绍各部分电路的功能。

（1）9V直流稳压电源

9V直流稳压电源有变压器降压，四个二极管构成的桥式整流电路整流、电解电容器滤波、9V的稳压集成块稳压和发光二极管电路指示共同组成。电路输出一个9V的直流稳压电源，为电路的其他部分供应直流电压。

（2）光控电路

光控电路采用了负阻系数的光敏电阻RG和电位器RP1串联的方式来感应光的强弱，当光线强时，光敏电阻RG的阻值变小，光敏电阻RG两端承受的电压变小，为低电平；当光线弱时，光敏电阻RG的阻值变大，光敏电阻RG两端承受的电压变大，为高电平。如此就实现了将光线的强弱转变为电压的变化，通过光线的变化得到不同的电平，该电平作为输入信号送到CD4011的1、2脚。其中电位器RP1用来调节光敏电阻RG的灵敏度。

（3）波形整形电路

因为从光控电路输出的信号是模拟信号，其高低电平并不是那么的稳定和标准，所以它的后面还需要加上整形电路来实现波形的整形，变成标准的矩形波，所以用了CD4011的两个与非门U1:A、U1:B来实现波形的整形，即U1:A的1、2脚相连并接需要整形的信号，U1:A的3脚接U1:B的5、6脚，U1:B的4脚输出整形后的信号，这样就成功的将模拟信号转换成数字信号，得到了标准的矩形波了。

（4）继电器控制电路

继电器控制电路由三极管Q1构成的电子开关和继电器K1、K2共同组成，当三极管Q1的基极B得到高电平信号时，三极管Q1导通，继电器K1的线圈中会出现工作电流，工作电流产生电场将继电器K1开关的常开接点闭合；当三极管Q1的基极B为低电平信号时，三极管Q1截止，继电器K1线圈中的电流消失，电场也消失，继电器K1中的常开接点弹回，又重新回到常开状态。继电器K2由555定时器的3脚控制，当3脚为高电平信号时，继电器K2的线圈中会出现工作电流，工作电流产生电场将继电器K2开关的常开接点闭合；当3脚为低电平信号时，继电器K2线圈中的电流消失，电场也消失，继电器K2中的常开接点弹回，又重新回到常开状态，从而实现路灯的远程控制。

（5）二极管路灯指示电路

二极管路灯指示电路由一组红色发光二极管和限流电阻、一组绿色发光二极管和限流电阻（图中只画出了一路）串联构成，红绿发光二极管又是相间并联的排列关系，绿色发光二极管由K1继电器控制，红色发光二极管由K2继电器控制。

（6）延时电路

延时电路由555定时器和R2、R4、C1、C3、D2构成的单稳态触发器来实现，R4、C3串联，555定时器的6、7脚相连并连在R4、C3中间，555的4、8脚接电源，5脚通过C1接地，1脚接地，2脚输入，3脚输出。该单稳态触发器为负脉冲触发的，负脉冲从CD4011的10脚通过C2送入555定时器的2脚，而该负脉冲信号又是来自光控电路，当光线由强变弱时，光控电路产生一个正脉冲信号，所以经过反相器之后就能得到一个负脉冲信号，将该负脉冲信号提供给555的2脚，就能使延时电路工作，从3脚产生一个正脉冲信号，该正脉冲信号持续的时间由6、7脚所接的R4、C3决定，延时时间计算公式为t=1.1 R4C3。而3脚的正脉冲用来控制K2继电器，从而实现红色发光二极管的控制。

3 路灯开关模拟电路实现研究

（1）白天光敏电阻的阻值变小，光敏电阻两端为低电平，经两个与非门整形之后输出，再经由与非门构成的反向器反向后变成高电平，该信号一路引入555的2脚，从而使555的2脚得到一个正脉冲触发信号，555构成的单稳态电路不工作，555的第三脚输出一个低电平信号，3脚的低电平信号使得K2处于常开状态，红色的发光二极管不亮。另一路又经过一个反向器反向后变回低电平信号，将其输送到三极管的基极，三极管截止，K1也处于常开状态，绿色的发光二极管也不亮。

（2）傍晚光敏电阻的阻值变大，光敏电阻两端为高电平，经两个与非门整形之后输出，再经由与非门构成的反向器反向后变成低电平，该信号一路引入555的2脚，从而使555的2脚得到一个负脉冲触发信号，555构成的单稳态电路工作，555的第三脚输出一个正脉冲信号，该信号的维持时间由R4和C4的乘积决定，3脚的正脉冲信号使得K2常开开关闭合，将红色的发光二极管点亮，当3脚的正脉冲信号消失之后，K2断开，红色发光二极管又熄灭。另一路又经过一个反向器反向后变回高电平信号，将其输送到三极管的基极，使三极管导通，驱动K1的常开开关闭合，点亮绿色的发光二极管。