室外照明自動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)

摘 要：室外照明在實(shí)際生活中應(yīng)用非常廣泛，目前，許多區(qū)域多采用光控自動(dòng)照明控制，在清晨和黃昏光照強(qiáng)度臨界點(diǎn)附近，環(huán)境亮度的變化很緩慢，導(dǎo)致天黑前和天亮前燈具頻繁閃爍，將大大縮短燈具的使用壽命，同時(shí)也浪費(fèi)電能，為克服上述缺點(diǎn)，本文詳細(xì)介紹了一套采用光敏電阻采集光照來實(shí)現(xiàn)燈具的亮滅控制的電路，該電路能根據(jù)環(huán)境光線的增強(qiáng)或減弱，迅速將燈具點(diǎn)亮或熄滅，來實(shí)現(xiàn)照明燈具的有效控制。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制；光敏電阻；有效控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.120

0 引言

照明用電在整個(gè)耗電量中占有相當(dāng)大的比重，如何改進(jìn)照明電路的控制方式對(duì)于節(jié)省能源具有重要的意義。現(xiàn)有的照明燈具多采用手動(dòng)開關(guān)來控制，在公共場(chǎng)所時(shí)常出現(xiàn)“長(zhǎng)明燈”現(xiàn)象；有的照明電路利用聲音來控制照明燈具的亮滅，往往又因周圍環(huán)境的干擾而造成失誤。因此設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、運(yùn)行可靠的自動(dòng)照明裝置是十分必要的。不同季節(jié)的晝夜長(zhǎng)短不同，而晝夜之間室外光照強(qiáng)度的差別也很大，白天光照強(qiáng)度大，晚上光照強(qiáng)度弱，可使光敏電阻的阻值由幾百歐到幾兆歐之間變化，因此可利用光敏電阻的這一特性來制作室外照明的自動(dòng)控制電路，使燈具晚上自動(dòng)點(diǎn)亮、白天自動(dòng)熄滅。

1 室外照明自動(dòng)控制電路的組成

室外照明自動(dòng)控制電路的硬件模塊：感光信號(hào)采集與處理、光照強(qiáng)度判斷電路、控制驅(qū)動(dòng)電路、路燈照明電路、直流穩(wěn)壓電源。如圖1所示：

采用光敏電阻采集光照強(qiáng)度信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)送入光照強(qiáng)度判斷電路進(jìn)行比較，比較后的結(jié)果送給控制驅(qū)動(dòng)電路。若晚上光照強(qiáng)度弱，則由控制驅(qū)動(dòng)電路控制路燈照明電路接通電源，使路燈點(diǎn)亮；若白天光照強(qiáng)度強(qiáng)則由控制驅(qū)動(dòng)電路控制路燈照明電路斷開電源，使路燈熄滅。其中直流穩(wěn)壓電源為室外照明自動(dòng)控制電路提供所需的直流電壓。整個(gè)系統(tǒng)采用～220V/50Hz電源供電。

2 室外照明自動(dòng)控制電路

圖2所示為一室外照明自動(dòng)控制電路。其中LDR1為光敏電阻。

3 自動(dòng)控制電路的工作原理

3.1 +5V直流穩(wěn)壓電源

+5V直流穩(wěn)壓電源由U1集成穩(wěn)壓器LM7805、電源變壓器（～220V/～12V）、整流二極管D1～D4、電容C1～C4構(gòu)成?！?20V工頻交流電源經(jīng)電源變壓器變壓為～12V，經(jīng)單相橋式整流電容濾波及穩(wěn)壓電路后，輸出電壓為+5V，為整個(gè)電路提供所需的直流電壓。

3.2 感光信號(hào)采集與處理電路

感光信號(hào)采集與處理電路由光敏電阻LRD1和電位器RV1串聯(lián)而成。白天光照強(qiáng)，光敏電阻的阻值小，所分得的電壓低；晚上光照弱，光敏電阻的阻值大，所分得的電壓高。這樣就將光照的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)化為不同的電壓數(shù)值Ui，送入LM324的反相輸入端。RV1用于調(diào)節(jié)光敏電阻所獲電壓的大小，以便調(diào)試時(shí)選擇路燈亮滅合適的臨界點(diǎn)。

3.3 光照強(qiáng)度判斷電路

光照強(qiáng)度判斷電路是由集成運(yùn)放LM324、電阻R1～R4、發(fā)光二極管LED1所組成的反相輸入滯回電壓比較器。其中R3將比較的結(jié)果反饋回比較器的同相輸入端，引入了正反饋，使得比較器的抗干擾能力提高，由R1、R2分壓提供了比較器的參考電壓給其同相輸入端，因R1=R2且直流穩(wěn)壓電源電壓為5V，因此參考電壓UREF=U+=2.5V。發(fā)光二極管LED1與限流電阻R4串聯(lián)，用于指示比較結(jié)果。

感光信號(hào)采集與處理電路將光照的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)化為不同的電壓數(shù)值Ui，由LM324的反相輸入端輸入，與LM324的同相輸入端的參考電壓UREF進(jìn)行比較：

若晚上Ui>UREF，則比較器輸出低電平，LED1不亮；

若白天Ui

3.4 控制驅(qū)動(dòng)電路控制照明電路

（1）控制驅(qū)動(dòng)電路?？刂乞?qū)動(dòng)電路由三極管Q1、電阻R5～R6、二極管D5、繼電器RL1的線圈構(gòu)成。

（2）照明電路。照明電路由路燈L1、～220V電源、繼電器RL1的常閉接點(diǎn)（本為轉(zhuǎn)換接點(diǎn)，因只用了常閉狀態(tài)，故稱常閉接點(diǎn)）。

（3）控制驅(qū)動(dòng)原理。若晚上Ui>UREF，則比較器輸出低電平，三極管Q1截止，繼電器RL1的線圈不通電，繼電器RL1的常閉接點(diǎn)處于閉合狀態(tài)，使路燈接通～220V電源而點(diǎn)亮；若白天Ui

（4）二極管D5與繼電器RL1的線圈并聯(lián)。當(dāng)繼電器RL1的線圈斷電時(shí)，線圈電流逐漸減小至0時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)對(duì)電路中的元件產(chǎn)生反向電壓。為防止反向電壓擊穿電路元件，將二極管D5并聯(lián)在線圈兩端，使線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流通過二極管D5和線圈構(gòu)成的回路做功而消耗掉。

4 室外照明自動(dòng)控制電路的仿真調(diào)試

使用Proteus ISIS軟件繪制室外照明自動(dòng)控制電路，為了方便調(diào)試，調(diào)用了交流電壓表，并在多處放置電壓探針。仿真調(diào)試過程中需反復(fù)適當(dāng)修改部分元件參數(shù)，逐步使電路趨向更佳的狀態(tài)。仿真調(diào)試成功，效果如圖3（a）、（b）所示。

5 調(diào)試結(jié)果分析

室外照明自動(dòng)控制電路工作穩(wěn)定可靠，可按照光照強(qiáng)度準(zhǔn)確的控制燈具晚上自動(dòng)點(diǎn)亮、白天自動(dòng)熄滅，且硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，實(shí)際應(yīng)用優(yōu)勢(shì)非常明顯。

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作者簡(jiǎn)介：曹文祥（1983-），男，山西忻州人，本科，講師，研究方向：電子信息工程。