畢業(yè)論文---校園路燈智能控制系統(tǒng)設計

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文 （設 計）</p><p>　　題目：校園路燈智能控制系統(tǒng)設計</p><p><b>　　學生學號：</b></p><p><b>　　作者姓名：</b></p><p><b>　　指導教師：</b></p><p

2、><b>　　完成日期：</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　校園智能路燈是為在滿足需求的情況下節(jié)約能源而設計的，其中最重要的問題是設計有合理的控制系統(tǒng)，要有足夠敏捷的應變能力。全國各地高校為電力方面支付了高額的費用，原因有很多，主要是由于設計或管理不夠合理浪費了很多的電力資源，還有就是現有的照明設備沒

3、有做到很好的規(guī)劃。在理論研究和實地考察實驗的基礎上，對校園智能路燈進行了實時在線巡回監(jiān)測與控制系統(tǒng)的設計和研制。在不影響路燈正常工作的情況下對其進行節(jié)能研究有著重要的意義，從各個可以節(jié)能的角度，且在設備成本不能過高的前提下設計出符合實際的智能控制系統(tǒng)。探討在線測量，思考和計算設計控制系統(tǒng)當中要運用到的理念與數據，基本做到了“按需控制”的目的，節(jié)約電力資源和保護路燈。減少了“全夜燈”、“后夜燈”、電燈在后半夜的高電壓狀態(tài)下工作的情況，這樣

4、不僅節(jié)約了電能資源，而且還保護了電燈，延長了其使用壽命。</p><p>　　正目前,學校路燈有些是全夜燈也有些是后夜燈,基本上是人工控制,勞動強度大,繁瑣,由于工作人員開啟或關閉路燈不及時,造成不方便路人與浪費用電的現象時有發(fā)生,于是,設計并研制性能價格比較高的校園智能路燈控制系統(tǒng)很有必要。由于校園路燈分布范圍很寬、很廣，校園各條道上路燈的監(jiān)控和管理并不是那么的容易，基于傳感器能及時響應和軟件的基礎上，根據外界

5、的條件感應器會有相應的動作，由每個路燈中的傳感器將準確數據通過有線數傳輸模塊發(fā)送給控制模塊，控制模塊再根據要求作出相應的響應動作，及時可靠的開關方便經過的人或者汽車也節(jié)約能源。管理人員在控制室就可以很輕松就做好管理校園路燈的工作，實現校園路燈自動化、智能化。</p><p>　　關鍵詞：路燈； 智能控制； 合理設計； 節(jié)能 </p><p><b>　　ABSTRACT</

6、b></p><p>　　Campus intelligent street lamp is for the demand of circumstances to save energy and design, one of the most important questions is designed to have a reasonable control system, want to have e

7、nough dexterity capability. Colleges and universities all over the country for the electric power aspect pay a higher costs, many reasons, is mainly due to design or management unreasonable waste a lot of power resources

8、, there's the existing lighting equipment do not very good plan. In theory research and </p><p>　　Is now the school is whole lamps some night light is some are after night light, basically be artificial

9、control, labor intensive, trival, because the staff open or close street lamp is not seasonable, inconvenience passers-by and waste electricity phenomenon occurs frequently, and hence, design and development performance

10、price higher campus intelligent street lamp control system is necessary. As the campus lamps distribution a wide range is very wide, campus road lamps of various monitoring an</p><p>　　KEY WORDS：the street l

11、amp; Intelligent control;Reasonable design;energy-saving</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　第一章

12、引言1</b></p><p>　　1.1校園路燈控制的發(fā)展現狀1</p><p>　　1.2課題的提出及研究的意義1</p><p>　　1.3本文的設計思路及預期結果2</p><p>　　1.3.1本文的設計思路2</p><p>　　1.3.2 預期結果2</p><

13、p>　　第二章 校園路燈智能控制系統(tǒng)設計基礎知識3</p><p>　　2.1 燈光智能控制技術3</p><p>　　2.1.1智能化的相關概念3</p><p>　　2.1.2自動控制路燈的分類及特點3</p><p>　　2.1.3智能照明系統(tǒng)中元件設備的相關概念5</p><p>　　2.1.

14、4光敏元件的分類及特點7</p><p>　　2.1.5聲敏元件的分類及特點8</p><p>　　2.2中間器件及模塊的選擇8</p><p><b>　　2.2.1整流8</b></p><p><b>　　2.2.2濾波8</b></p><p><b&

15、gt;　　2.2.3穩(wěn)壓9</b></p><p>　　2.2.4延時電路9</p><p>　　第三章 校園路燈智能控制系統(tǒng)的具體設計11</p><p>　　3.1設計思路11</p><p>　　3.1.1論文設計過程：11</p><p>　　3.2設計結構12</p>

16、<p>　　3.2.1電源電路12</p><p>　　3.2.2光控控制電路12</p><p>　　3.2.3聲控控制電路結構圖13</p><p>　　3.2.4延時控制電路13</p><p>　　3.3設計中需解決的問題及分析14</p><p>　　3.4電路組裝14</p>

17、;<p>　　第四章 系統(tǒng)的調試及結果分析15</p><p>　　4.1電路的調試15</p><p>　　4.1.1調試方法15</p><p>　　4.1.2調試步驟15</p><p>　　4.1.3故障查詢16</p><p>　　4.2系統(tǒng)測試結果16</p>&l

18、t;p>　　4.3系統(tǒng)完成16</p><p><b>　　總 結17</b></p><p><b>　　致 謝18</b></p><p><b>　　參考文獻19</b></p><p><b>　　第一章 引言</b></p

19、><p>　　隨著時代的進步和發(fā)展，智能控制自然而然的走進我們的日常生活，這也成為控制領域的普遍追求之一。自動控制系統(tǒng)涉及到我們的生活，工作，科研……等各個領域，它已經成為一種比較成熟的技術。校園路燈控制自然地地于自動化的要求也越來越高。</p><p>　　為了更好的適應社會發(fā)展的理念：綠色環(huán)保，低碳生活。我們從幾個方面思考了節(jié)能的設計方法。我們探討的節(jié)能途徑有兩個：一個是采用節(jié)能光源;二是

20、采用合理的控制線路。本文在使用節(jié)能光源的情況下采用合理的控制線路來實現路燈節(jié)能。在供電系統(tǒng)中，為避免送電過程中的線路損耗和用電高峰時造成末端電壓過低，供電部門均采用較高電壓進行傳輸。</p><p>　　根據調查，有很多學校晚上23：00過后校園里就幾乎沒有行人來往了，然而較園路燈卻是“通宵達旦”。為了避免出現這種不合理的用電現象，我們提出了這么一個設想作為論文的研究課題，這具有很積極的意義。設計電路能夠通過照明

21、燈開關對光線強弱的感應和通過照明燈開關對聲強的感應設置兩級開關，控制照明燈的亮滅。能夠實現有光線時滅，無光線時有聲亮，并且照明燈點亮一段后自動關斷。</p><p>　　1.1校園路燈控制的發(fā)展現狀</p><p>　　如今我國經濟高速發(fā)展，人民生活水平日益提高，能源和資源變得日益緊張，電力短缺已成為制約國民經濟發(fā)展的突出矛盾。目前我國照明消耗的電能約占電力生產總量的10%～20%，而公共

22、照明則在照明耗電中占30%，并且近幾年教育及社會發(fā)展迅速全國路燈的數量仍在迅猛地增長。照明燈節(jié)能的口號便由此而提出。</p><p>　　1.2課題的提出及研究的意義</p><p>　　隨著現代化建設的發(fā)展，校園路燈及城市照明建設越來越注重于它的形象，道路照明和景觀照明的要求和數量不斷增加，今后照明管理部門除了管理校園道路照明外，還將參與校園景觀燈的美化，很明顯這將代表一個學校的形象。因

23、此校方及師生對校園的建設、道路照明和景觀照明提出了更高的要求。希望實現校園照明現代化、美化校園、節(jié)約能源……等目的，使校園路燈控制系統(tǒng)真正達到智能化走在科技前沿。</p><p>　　正目前,學校路燈有些是全夜燈也有些是后夜燈，基本上是人工控制，勞動強度很大，繁瑣，由于工作人員開啟或關閉路燈不及時，造成不方便路人與浪費用電的現象時有發(fā)生，于是，設計并研制性能價格比較高的校園智能路燈控制系統(tǒng)很有必要。再有，路燈之類

24、的設施實施節(jié)能改進，不僅可以降低能耗成本,而且有助于緩解政府能源供應和建設壓力，對減少廢氣污染保護環(huán)境也有巨大的現實意義，我們要努力落實以人為本，全面、協調、可持續(xù)的科學發(fā)展觀，減輕環(huán)境污染，實現人與自然和諧發(fā)展的重要舉措。這在一定程度上提高了人們的生活水平。</p><p>　　校園路燈穩(wěn)定可靠的工作是關系到校園全體師生的大事，事關人身安全與財產安全，科學合理的設計出這么一個控制系統(tǒng)具有很重要的社會意義。<

25、;/p><p>　　1.3本文的設計思路及預期結果</p><p>　　1.3.1本文的設計思路</p><p>　　下圖為設計的電路原理框圖：</p><p>　　設計的這一控制系統(tǒng)有話筒MIC，它負責接收聲音信號然后轉換成電信號，又因為設計的后面加了電子開關，因而要加個放大器放大該信號。后面有個倍壓整流電路，它是把聲音信號變成直流控制電壓。接

26、下來加入的是本電路當中重要的元件——光敏電阻，它通過對光線變化的大小自動改變阻值進而改變電路電壓信號的強弱，光線強時，光敏電阻RL的阻值變?。还饩€弱時，光敏電阻RL的阻值變大。當電壓信號達到預設值時電子開關閉合，當電壓信號小于該值時電子開關關斷。延時電路的核心部分是555集成電路，延時中將它設置成40秒左右。后面再加一個交流開關對電路進行接下來的控制作用。</p><p>　　1.3.2 預期結果</p&g

27、t;<p>　　預期通過感應外界環(huán)境的光照強弱變化和聲音大小來控制路燈的開關與強弱的調節(jié)，這兩種控制同時作用，路燈的光亮分為兩個調檔。首先由光敏元件感應外界的光亮，當亮度沒能達到某一個值時開啟電燈開關。然后是進一步控制，當光亮低于某一定值或者聲敏元件感應到的聲音達到某一強度時，工作進入二檔模式；當光亮和聲音兩條件同時滿足感應器的調檔時也可以進入二檔。</p><p>　　所設計出的控制電路系統(tǒng)要做到

28、電路能夠實現有光線時滅，無光線時有聲亮，并且照明燈點亮一段后自動關斷。并且在點亮期間又有新的聲源出現時，路燈又重新開啟。</p><p>　　第二章 校園路燈智能控制系統(tǒng)設計基礎知識</p><p>　　2.1 燈光智能控制技術</p><p>　　燈光智能控制技術：燈光智能控制系統(tǒng)，用于特定環(huán)境（或裝配）光亮、聲音信號的采集，并通過聲音放大元件將信號放大，然后再

29、經倍壓整流光敏電路、延時電路等的綜合處理，系統(tǒng)快速的根據原本設置好的數據自動做出相關動作。</p><p><b>　　應用場景：</b></p><p><b>　　·校園路燈自動控制</b></p><p>　　·廣場布景燈光智能控制</p><p>　　·車間或日

30、常設備燈光控制</p><p>　　2.1.1智能化的相關概念</p><p><b>　　智能控制的概念：</b></p><p>　　智能控制是研究對外界信號在允許范圍內的變動從而使被控過程采用人工智能的方法有效地克服系統(tǒng)的不確定性使系統(tǒng)從無序到預計的有序狀態(tài)轉移的方法及其規(guī)律。它是在無人干涉的情況下由一系統(tǒng)自主地實現其目標的過程。<

31、/p><p>　　控制理論的發(fā)展歷史：</p><p>　　控制理論發(fā)展至今有一百多年的歷史，它在經歷了“經典控制理論”和“現代控制理論”的發(fā)展階段，現在已經進入了更加高級的階段——“大系統(tǒng)理論”和“智能控制理論”。20世紀80年代以來，信息技術、計算技術的快速發(fā)展及其他相關學科的發(fā)展和相互滲透，也推動了控制科學與工程研究的不斷深入，控制系統(tǒng)向智能控制系統(tǒng)的發(fā)展已成為了當今社會科學前沿的趨勢。

32、</p><p>　　2.1.2自動控制路燈的分類及特點</p><p>　　1、自動控制路燈的分類</p><p>　　自動控制路燈分為聲光控制式和定時控制式兩種，兩個系統(tǒng)的設計理念沒有共同之處。聲光控制是通過聲敏電阻與光敏電阻的感應且相互作用而讓電路通電達到開燈并控制燈亮程度的效果；定時控制是根據時間系統(tǒng)早已設置好的通電與否的要求而做的電路設計。</p&g

33、t;<p>　　2、自動控制路燈的特性</p><p>　　國內與國外的智能路燈控制系統(tǒng)設計水平不一，原器件的差異也較大，設計理念跟要求也不同。不光如此，就國內各大廠商間也還是存在較大的差異的，因而用戶怎樣選擇好合適的且性能價格比最優(yōu)的理想產品要考慮的因素很多，做出這么一個決定并非易事，需要對這方面的知識要有一個深入的認知。</p><p>　　（1）系統(tǒng)反應靈敏性</

34、p><p>　　智能路燈系統(tǒng)中光敏、聲敏器件的精度應達到±3%~±5%，如果達不到這個水平靈敏性會很差難以滿足日常工作所需，甚至會很容易地發(fā)生交通事故等意外事件。因而，出于安全方面因素必須對此嚴格要求！在實際使用中，由于灰塵、油污及汽車尾氣等的影響，每當使用一段時間后，會產生老化、精度下降，聲敏、光敏器件的精度水平要結合長期穩(wěn)定性去判斷。通常情況下，長期穩(wěn)定性和使用壽命是影響關鍵器件的重大問題，系

35、數年漂移量控制在1%左右的產品并不多，一般的大約都在±2%，甚至更高。</p><p><b>　?。?）互換性</b></p><p>　　現今，光電、聲電普遍存在著互換性較差的現象，同一型號的器件不能互換，嚴重影響了使用效果，給維修、調試增加了困難，很多廠商跟專業(yè)人士都努力往這方面做了些深入的專研。通過改變元器件及技術等途徑，最終信號與電力之間取得了較好

36、的效果。</p><p>　?。?）電路長期穩(wěn)定性</p><p>　　動態(tài)電路在運行中受到各種擾動而不引起工作狀態(tài)質的變化，或擾動消失后能返回（或接近于）原來的工作狀態(tài)的性質。穩(wěn)定是電路工作的必要條件。因此，判定電路的穩(wěn)定性很重要。特別是電路長期的使用后，線路及設備面臨老化的危機，所以要定期對這電路跟器件進行檢測處理。</p><p>　　（4）智能路燈傳感器的供

37、電</p><p>　　聲光控智能路燈設計線路中，話筒、聲音放大、光控等大部分調節(jié)器件都是工作在小電流線路中。因而要有合理可靠的變壓器，否則會致使性能變化，甚至變壓器一出故障會燒壞線路中的元器件。還有，為電路供電不能用直流電壓或有直流成分的交流電壓，必須是用交流電供電。</p><p>　　3、對智能路燈性能作初步判斷的幾種方法</p><p>　　在校園路燈安裝工

38、作一段時間后，可以通過一些簡便的方法進行設施的性能判斷與檢查。</p><p><b>　?。?）一致性判定</b></p><p>　　同一類型，同一廠家的電路元件產品最好一次購買兩支以上，越多越說明問題，放在一起通電比較檢測輸出值，在相對穩(wěn)定的條件下，觀察測試的一致性。若進一步檢測，可在24h內間隔一段時間記錄，一天內可能會有高、中、低3種略有偏差的結果，可以較全

39、面地觀察產品的一致性和靈敏性，還有穩(wěn)定性。</p><p>　　（2）用冷風吹風機對會裸露在外的設備進進吹風，或用太陽燈對其進行照射，同時觀察其工作的特性、靈敏度、重復性、穩(wěn)定性等性能，因為在環(huán)境中難免會有風吹日曬等。</p><p>　?。?）對產品在高溫狀態(tài)和低溫狀態(tài)（根據說明書標準）進行測試，并恢復到正常狀態(tài)下檢測和實驗前的記錄作比較，考查產品的溫度適應性，并觀察產品的一致性情況。&

40、lt;/p><p>　　產品的性能最終要依據質檢部門正規(guī)完備的檢測手段。利用多次給定信號的強弱不同來斷定其識別能力，也可使用名牌產品作比對檢測，產品還應進行長期使用過程中的長期標定才能較全面地判斷聲光控傳感器的質量。</p><p>　　總之，人們使用濕度傳感器的時間越長，認識就會越深入和全面。同時，也對產品提出新的要求，這給產品帶來了新的機遇，推動這項技術不斷向新的高度發(fā)展。我們相信，智能照

41、明這一類產品會在應用領域發(fā)揮越來越重要的作用。</p><p>　　2.1.3智能照明系統(tǒng)中元件設備的相關概念</p><p>　　1.聲音放大電路：當MIC獲取到聲音信號后，其會轉換成電信號，考慮到后面步驟需此信號控制電子開關，所以必須加放大器放大該信號。為了獲得較高的靈敏度，VT1 的β值選用大于100。話筒MIC也選用靈敏度高的。R3不宜過小，否則電路容易產生間歇振蕩。部分電路如下所

42、示：</p><p>　　2.整流電路：C2、VD1和VD2、C3構成倍壓整流電路。把聲音信號變成直流控制電壓。此部分電路如圖：</p><p>　　3.光敏電路：它是智能路燈系統(tǒng)的核心元件。光敏電阻器以硫化隔制成，所以簡稱為CDS，通常使用熱壓結晶體之光電傳導零件，其特性有：</p><p>　?。?）光傳導零件之特性: CDS之相對靈敏度與照射光線之靈敏度有關，

43、波長從5500至6500A(1A=1．10-8cm)之間有最大的靈敏度。 </p><p>　　（2）照度特性：在同樣之電壓下，照度愈強，光電流愈大，亦即是電阻愈小，適當的添加雜質，便能使照度在小1~1000 lux范圍內保持與光電時間的直線關系。 </p><p>　?。?）時間響應特性: 光照射到度件，光電流達到正常值之63%的時間，稱為"上升時間"，反之一，將光遮

44、斷，而光電流減少為原來的63%之時間，則叫做" 衰弱時間"。一般其值為10毫秒至數秒，若置于黑暗的時間較短而有照度愈強，向應時間就有愈短之傾向，此外，負載電阻增大，則上升時間就變短而衰弱時間就變長。 </p><p>　?。?）溫度特性：CDS之禁帶寬度高達2.4eV(eV為電子伏特)，故可以在-20℃～70℃ 之范圍內工作，當溫度上升，光靈敏度減少，在低照度時特別顯著。</p>

45、<p>　　光敏電阻是通過對光線變化程度自動改變阻值從而改變電壓信號的大小。</p><p>　　4.電子開關：當電壓信號達到一定值時，電子開關打開。當電壓信號小于此值時，電子開關關閉。其起到的主要作用是控制延時電路中的電容充放電。此部分電路如圖：</p><p>　　5.延時電路與交流開關：由于需要的燈泡持續(xù)點亮時間并不是很長，大概3，40秒左右，所以考慮用一個電容控制開關的

46、狀態(tài)即可。當夜晚無光時，電子開關打開時，C4連通，即開始充電。當電子開關關閉后，C4開始放電。</p><p>　　圖中C5為抗干擾電容，用于消除燈泡發(fā)光抖動現象。</p><p>　　R8、C5和單向可控制MCR、VD5~VD8 組成延時與交流開關。C4通過R8 把直流觸發(fā)電壓加到MCR控制端，MCR導通，燈泡點亮。</p><p>　　可控硅作為開關元件的優(yōu)點，

47、屬無觸點開關元件，因此使用壽命長。</p><p>　　燈泡發(fā)光時間長短由C4、R8 的參數決定。</p><p>　　6.電源電路：電路如下圖，220V交流電通過燈絲，經過VD5-VD8整流后，和R9,R10，VD4降壓。C6為濾波電容，VW為穩(wěn)壓值12~15V的穩(wěn)壓二極管，保證C6上電壓不超過15V直流電壓。此部分電路作用為提供穩(wěn)定的工作電壓。如圖：</p><p&

48、gt;　　2.1.4光敏元件的分類及特點</p><p>　　光亮是一個基本的物理量，自然界中的大多過程都與光亮密切相關?；诎雽w光電效應的光電轉換傳感器，又稱光電敏感器。采用光、電技術能實現無接觸、遠距離、快速和精確測量，因此半導體光敏元件還常用來間接測量能轉換成光量的其他物理或化學量。</p><p>　　半導體光敏元件按光電效應的不同而分為光導型和光生伏打型（見光電式傳感器）。光導

49、型即光敏電阻，是一種半導體均質結構。光生伏打型包括光電二極管、光電三極管、光電池、光電場效應管和光控可控硅等，它們屬于半導體結構型器件。半導體光敏元件的主要參數和特性有靈敏度、探測率、光照率、光照特性、伏安特性、光譜特性、時間和頻率響應特性以及溫度特性等，它們主要由材料、結構和工藝決定。半導體光敏元件廣泛應用于精密測量、光通信、計算技術、攝像、夜視、遙感、制導、機器人、質量檢查、安全報警以及其他測量和控制裝置中。例如：光敏電阻、光敏二極

50、管、光敏三極管。</p><p>　　光敏器件是指能將光信號或光能轉變成電信號或電能的器件，它包括光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管，光敏組件和色敏器件、光敏可控硅器件、光耦合器等。主要用于可見光或紅外線的形式控制報警器、測試儀、自動開關、繼電器等多種裝置或執(zhí)行機構。在自動化技術中起著極其重要作用。</p><p>　　2.1.5聲敏元件的分類及特點</p><p>

51、　　聲控延時開關是一種內無接觸點，在特定環(huán)境光線下采用聲響效果激發(fā)拾音器進行聲電轉換來控制用電器的開啟，并經過延時后能自動斷開電源的節(jié)能電子開關。</p><p><b>　　特點及功能：　　</b></p><p>　　1、發(fā)聲啟控：在開關附近用手其他網站（或吹口哨、喊叫等）而發(fā)出一定聲響，就能立即開啟燈光及用電器，得心應手?！　?lt;/p><p&

52、gt;　　2、自動測光：采用光敏控制，該開關在白天或光線強時不會因聲響而開啟用電器?！　?lt;/p><p>　　3、延時自關：開關一旦受控開啟便會延時數十秒后將自動關斷，減少不必要的電能浪費，實用方便。　　</p><p>　　4、節(jié)約能源并可以延長用電器的使用壽命?！　?lt;/p><p>　　5、用途廣泛：本產品可用于各類樓道、走廊、衛(wèi)生間、陽臺、地下室車庫等場所的自

53、動延時照明。</p><p>　　2.2中間器件及模塊的選擇</p><p><b>　　2.2.1整流　　</b></p><p>　　對于4個二極管而言，從做至右，從上至下，我們將其分為VD1，VD2，VD3，VD4。當交流信號的正半周的時候，二極管VD1，VD4導電，VD2，VD3截止；當信號變化為負半周的時候，VD2，VD3導電，VD1

54、，VD4截止。正、負半周均有電流流過后面的負載電阻，而且無論在正半周還是負半周，流過后面的負載電阻的電流方向是一致的，因而使輸出電壓的直流成分得到提高，脈沖成分被降低。</p><p>　　橋式整流電路無需采用具有中心抽頭的變壓器，仍能達到全波整流的目的。而且，整流二極管承受的反向電壓也不高，但是電路中需要四個整流二極管。在橋式整流電路中，負載上得到的直流電壓實際上為輸入電壓有效值的90%這個結果是在理想情況下得

55、到的，如果考慮到整流電路內部二極管正向內阻和變壓器等效內阻上的壓降，輸出直流電壓的實際數值還要低一些。</p><p><b>　　2.2.2濾波</b></p><p>　　無論哪種整流電路，它們的輸出電壓都含有較大的脈動成分。除了在一些特殊的場合可以直接用作放大器的電源外，通常都要采取一定的措施，一方面盡量降低輸出電壓中的脈動部分，另一部分又要盡量保留其中的直流成

56、分，使輸出電壓接近于理想的直流電壓。這樣的措施就是濾波。</p><p>　　并聯電容以后，在信號的正半周，當二極管VD1，VD4導電時，二極管導電時，鋤了有一個電流流向負載外，同時還有一個電流向電容充電，電容電壓的極性為上正下負，如果忽略二極管的內阻，則在二極管導通時，輸出電壓等于輸入電壓。當信號達到最大值以后開始下降，此時電容上的電壓也將由于放電而逐漸下降。當信號小于電容電壓時，二極管VD1，VD4被反向偏置

57、，因而不導電，于是電容電壓以一定的時間常數按指數規(guī)律下降，直到下一個半周，當信號的絕對值大于電容電壓的時候，二極管VD2，VD3導通。 </p><p>　　對于電容濾波可以得到下面幾個結論： </p><p>　　1．加了電容濾波以后，輸出電壓的直流成分提高了。 </p><p>　　2．加了電容濾波以后，輸出電壓中的脈動成分降低了。這是由于電容的儲能作用造成的。

58、當二極管導電時，電容被充電，將能量儲存起來，然后在逐漸放電，把能量傳送給負載，因而輸出波形比較平滑。 </p><p>　　3．電容放電的時間常數τ=RC愈大，放電過程愈慢，則輸出電壓愈高，同時脈動成分也愈少，即濾波效果愈好。 </p><p>　　4．接入電容之后，整流二極管的導電時間縮短了。二極管導電角〈180°，而且電容放電時間常數愈大，則導電角愈小。由于加了電容濾波以后，

59、平均輸出電流比原來提高了，而導電角卻減小了。因此，整流管在短暫的導電時間內流過一個很大的沖擊電流，對管子的壽命不利，所以必須選擇較大容量的整流二極管。</p><p><b>　　2.2.3穩(wěn)壓</b></p><p>　　穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓原理：穩(wěn)壓二極管的特點就是擊穿后，其兩端的電壓基本保持不變。這樣，當把穩(wěn)壓管接入電路以后，若由于電源電壓發(fā)生波動，或其它原因造成電

60、路中各點電壓變動時，負載兩端的電壓將基本保持不變。 </p><p>　　故障特點：穩(wěn)壓二極管的故障主要表現在開路、短路和穩(wěn)壓值不穩(wěn)定。在這3種故障中，前一種故障表現出電源電壓升高；后2種故障表現為電源電壓變低到零伏或輸出不穩(wěn)定。</p><p><b>　　2.2.4延時電路</b></p><p>　　延時電路是作用于將電信號延遲一段時間，

61、然后將被控對象自動與電源斷開的電路，從而達到自動斷電的目的，實現自動控制的目標。有晶閘管及RC振蕩延時和555集成電路延時兩種都可以實現，設計過程中我們選其中一種就行。</p><p>　　（1）可控硅是可控硅整流器的簡稱?？煽毓栌袉蜗颉㈦p向、可關斷和光控幾種類型，它具有體積小、重量輕、效率高、壽命長、控制方便等優(yōu)點，被廣泛用于可控整流、調壓、逆變以及無觸點開關等各種自動控制和大功率的電能轉換的場合。</p

62、><p>　　單向可控硅是一種可控整流電子元件，能在外部控制信號作用下由關斷變?yōu)閷?，但一旦導通，外部信號就無法使其關斷，只能靠去除負載或降低其兩端電壓使其關斷。單向可控硅是由三個PN結組成的四層三端半導體器件，與具有一個PN結的二極管相比，單向可控硅正向導通受控制極電流控制；與具有兩個PN結的三極管相比，差別在于可控硅對控制電流沒有放大作用。</p><p>　?。?）555集成電路也可以有

63、延時的用作，555集成電路是一種非常有用且很具靈活性的集成電路。555集成電路的引腳有八個，分別為：接地端、電源端、觸發(fā)電平端、輸出端、清零端、控制電平端、閥值輸入端和放電端。555集成電路是通過改變TＨＲ和ＴＲＩＧ端的電壓值來影響輸出端和放電端的狀態(tài)；同時它還具有儲存信號的功能，因此，５５５集成電路的應用十分廣泛。</p><p>　　延時控制電路包括兩部分：第一部分是由三極管構成的觸發(fā)信號產生電路；第二部分是

64、由５５５定時器構成的可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路。</p><p>　　第三章 校園路燈智能控制系統(tǒng)的具體設計</p><p><b>　　3.1設計思路</b></p><p>　　根據系統(tǒng)需求及總體的思路，設計出如下總體框圖：</p><p>　　如上圖所示的結構框圖，分析精度要求、延時時間、靈敏性能等再進行后面步驟更為

65、細致的設計。</p><p>　　3.1.1論文設計過程：</p><p>　　本文設計過程可以分為三個階段，即：分析階段，設計階段和實現階段。分析階段——它是論文的著手的第一步，作為系統(tǒng)設計的前提階段，分析系統(tǒng)的設計總括，初步了解系統(tǒng)硬件部分的主要性能，并初步的確定系統(tǒng)設計方案。設計階段——在已經分析好的基礎上開始進行系統(tǒng)的總體設計，包括系統(tǒng)的硬件部分設計和數據等相關問題的計算，這一步

66、要求對系統(tǒng)要能給出一個基本的框架結構。實現階段——到了這一步的話智能照明系統(tǒng)就已基本完成了設計，并確定了系統(tǒng)的全部安裝連接工作，這時只要檢查所設計出的系統(tǒng)的可行性及穩(wěn)定性。具體的流程可概括如下：</p><p>　?。?）了解系統(tǒng)的總體概況，初步確定系統(tǒng)的設計方案。</p><p>　?。?）對系統(tǒng)進行全面的設計，根據標準計算出符合的數據從而做好硬件方面的設計。</p>&l

67、t;p>　?。?）系統(tǒng)的實現：對已設置連接好的系統(tǒng)進行調試制作，確定系統(tǒng)的可行性。</p><p>　　具體的設計流程如下圖：</p><p><b>　　3.2設計結構</b></p><p>　　設計當中，各模塊的設計及它們之間的相互交接等問題，是本設計中的關鍵之所在。下面將逐一分析各大模塊中的原理與細節(jié)：</p>&l

68、t;p><b>　　3.2.1電源電路</b></p><p>　　電源電路是給電子設備提供必要的電源能力的電路，就輸入和輸出而言，在集成電路中的主要采用的是交流220V，50Hz的市電轉換為直流電。該部分電路由降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四部分組成。</p><p>　　直接接在民用的電線中來供電，通過變壓器電路、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路將電網中的220V交流電

69、轉換成12V的直流電。電路中變壓器的常規(guī)鐵心變壓器，整流電路采用二極管橋式整流電路，C7、C8、C9和C10完成濾波功能，穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓集成電路來實現。</p><p>　　3.2.2光控控制電路</p><p>　　光線強時，光敏電阻RL的阻值變小，R9、RL導通，555定時器的復位端4至于低電平；光線弱時，光敏電阻RL的阻值變大，R10導通，555定時器的復位端4至于高電平。光控

70、控制電路對電路起總控制作用。</p><p>　　3.2.3聲控控制電路結構圖</p><p>　　MIC接收到足夠的強度的聲音信號時，電路產生諧振并輸出一個微弱脈沖，從而將聲音信號轉換為電信號。MIC輸出信號是一個非常微弱的信號，為了后續(xù)電路能夠對聲強信號進行處理，必須加入信號放大電路。圖中所示信號放大電路是由電阻、三極管構成的，這樣能夠使電路的的放大倍數比單管當打電路的倍數增加好幾倍，

71、從而得到適合的信號。R2和R3為放大電路的集電極偏置電阻，C1和C2為放大電路的濾波電容。R1和R4為放大電路的反饋電阻，它們的功能是保證放大電路有一個穩(wěn)定的靜態(tài)工作點和穩(wěn)定的輸出電壓，C3的作用是減小電路中加入反饋電阻對放大倍數的影響。電路中的延時控制電路一般采用電平信號觸發(fā)，因此有必要對放大的交流信號進行整流。上圖中采用了由C4、D1和D2構成的倍壓整流電路，倍壓整流電路不但能夠完成整流的任務，同時還可以將輸出電壓增大一倍，這樣當M

72、IC接受到了足夠大的勝強后，聲強信號處理電路通過放大和整流就輸出了一個高電平信號V。</p><p>　　3.2.4延時控制電路</p><p>　　延時控制電路的核心部分是555集成電路，555集成電路是一種非常有用且很具靈活性的集成電路。555集成電路的引腳有八個，分別為：接地端、電源端、觸發(fā)電平端、輸出端、清零端、控制電平端、閥值輸入端和放電端。555集成電路是通過改變TＨＲ和ＴＲＩ

73、Ｇ端的電壓值來影響輸出端和放電端的狀態(tài)；同時它還具有儲存信號的功能，因此，５５５集成電路的應用十分廣泛。</p><p>　　延時控制電路包括兩部分：第一部分是由三極管構成的觸發(fā)信號產生電路；第二部分是由５５５定時器構成的可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路。</p><p>　　首先，聲強信號處理電路的輸出信號接Ｖ１接三極管Ｔ１的基極。因為ＭＩＣ接收到了足夠大的聲強后，Ｖ１為高電平，則三極管Ｔ１飽和，

74、使三極管Ｔ１的集電極和發(fā)射極之間的Ｖce約為0.3V，Vce接入555集成電路的TRIG端作為觸發(fā)電平。</p><p>　　555集成電路構成的可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路處于穩(wěn)態(tài)時，Vthr<(2/3)Vcc，Vtrig>(1/3)Vcc,Q=0,放電管導通。當Vtrig=Vcc=0.3v時，電路進入暫穩(wěn)態(tài)，此時Q=1，放電管截止。同時直流電源通過可變電阻R2對電容C1充電，使得Vthr的值漸漸上升，

75、當Vthr的值大于（2/3）Vcc 時，電路重新進入穩(wěn)態(tài)，Q=0，放電管導通。電路暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間，即C1的充電時間取決于可變電阻R2和電容C1的數值，其計算公式為（設可變電阻R2=1M）：t=Tw=(1.1R2*C1=1.1*1000000*50)/1000000=55S</p><p>　　當MIC持續(xù)接收到足夠大的聲強時，那么V1一直為高電平，T1始終飽和導通，Vce持續(xù)為0.3V，這樣使T2始終導通，電容

76、C1就可以T2進行放電，電路將無法對電容C1進行充電。這樣電路就一直處于暫穩(wěn)態(tài)，直到聲強信號消失，電路才能重新進入穩(wěn)態(tài)，從而可以滿足設計要求。</p><p>　　3.3設計中需解決的問題及分析</p><p>　　聲光控節(jié)電開關,在白天或光線較亮時,節(jié)電開關呈關閉狀態(tài),燈不亮；夜間或光線較暗時，節(jié)電開關呈預備工作狀態(tài)，當有人經過該開關附近時，腳步聲、說話聲、拍手聲等都能開啟節(jié)電開關。同時

77、，根據環(huán)境發(fā)聲的響亮程度可以在兩個檔位中進行切換。燈亮后，經過40秒左右延時節(jié)電開關會對其進行切斷，燈滅。該開關適用于樓道、走廊、洗涮間、廁所等公共場合，能節(jié)電并延長燈泡使用壽命。給人們的生活帶來了很多的方便，受到了廣泛的應用。接在電路220V的路燈直接整流，在輸入端串聯25W燈泡，輸出端接可控硅（負載）供電電路穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路是給話筒放大，音頻放大等提供8.2V直流電，話筒放大，可以把聲音信號轉換為電信號并放大，然后，經過音頻放大器

78、使信號達到足夠大；檢波音頻信號的正半周，即：把音頻信號轉換為直流信號。經過延時電路以后送到控制電路，由控制電路去控制可控硅，若可控硅斷開，則整流電路負載斷開，若導通，則整流電路負載導通。光敏控制電路把光照變成電信號，從而去控制音頻信號往后邊輸送情況?？梢?，本電路燈泡要受可控硅的控制，可控硅受話筒取得的音頻信號和光敏電阻的控制，從而可以實現聲控和光控；燈亮的時間由延時電路的時間長度決</p><p>　　最后，光敏

79、元件和話筒裝置所在的高度也會使燈的時間受到影響，安裝時這方面的因素要考慮進去。</p><p><b>　　3.4電路組裝</b></p><p>　　擺放好選擇了的元件，放大板子上對其進行焊接。焊接時注意先焊接無極性的阻容元件，電阻采用臥裝，電容采用直立裝，緊貼電路板，焊接有極性的元件如話筒、整流二極管、三極管、單向可控硅等元件時千萬不要裝反，注意極性的正確，否則電

80、路不能正常工作甚至燒毀元器件。</p><p>　　安裝電路的時候，可以把全部電路可安裝在一個大小適當的機殼內，在光敏電阻的周邊應設置透明窗口，要保證它能迅速的響應到外界環(huán)境的光亮變化程度。系統(tǒng)的整個線路要連接好，其絕緣性要達標，要確保用電工作時的安全，因為是在公共場合，用電安全是對人身安全的保障，這一點至關重要！</p><p>　　第四章 系統(tǒng)的調試及結果分析</p>

81、<p>　　本章主要對已經設計好的電路進行檢驗工作，分為調試、測試、完成三個部分。</p><p><b>　　4.1電路的調試</b></p><p>　　電路安裝好以后，接下來要做的就是調試，目的是看它能否滿足需求還有確保其工作的穩(wěn)定性。</p><p><b>　　4.1.1調試方法</b></p&g

82、t;<p>　　調試過程最好是在天黑以后進行，或在一個暗室進行調試工作也可以，進行調試時可以借助一個具有調光功能的臺燈。調節(jié)臺燈微亮，然后通過拍打巴掌發(fā)出的聲響不同來觀察燈亮程度；完全熄滅臺燈，重復上面步驟根據發(fā)聲的響亮程度不同來查看燈亮。</p><p><b>　　4.1.2調試步驟</b></p><p>　　將電路進行安裝，對其調試檢測是這一設計

83、必須要實踐的步驟，不可馬虎大意，要以認真負責的態(tài)度去對待，這是工科生做事最根本的素質。</p><p>　　1．按裝配圖正確安裝元件。</p><p>　　2．檢查元件安裝正確無誤后，接通電源。</p><p>　　3．將萬用表撥至直流電壓擋，表棒測在C兩端（注意表棒的極性），調節(jié)RP的阻值，使電壓在3—6V之間變動。</p><p>　　4

84、．接上負載調試。輸出3V的時候接上30Ω負載電阻。負載電阻接入前和接入后，輸出電壓的變化小于0.5V就算合格了。</p><p>　　對電路檢測無誤后，接下來對它進行調試。逐一完成下面的步驟，細心觀察并多次重復動作，對比各結果看是否符合課題的要求。</p><p>　　在暗室內或是在無光的空間內，對其進行調試工作。接通所制作路燈的電源，通過給系統(tǒng)加上不同聲響的激勵信號源（如系統(tǒng)的啪手聲、打

85、擊聲）來判斷燈是否發(fā)光、燈亮程度及燈的開啟熄滅。首先將臺燈調至很亮的狀態(tài)，將該電路放在臺燈下面，使光敏電阻受光照射，然后通過拍打手掌來發(fā)聲，觀察電燈是否能通電發(fā)光。然后格調光臺燈的亮度調暗，再拍打手掌出聲，測試光敏元件是否能夠達到預期的結果。根據聲響的不同及環(huán)境的光亮程度不同要能夠控制電燈的調檔，當中分有兩個檔位。有在實際使用時，可以根據使用環(huán)境靈活設置開、關動作的靈敏度，例如可將“開”動作的靈敏度設置高一些，而將“關”的靈敏度設置低一

86、些。這樣，當天色稍微變暗時且有聲音時，即可將照明燈打開開始照明工作，而當天色較亮即便發(fā)光很大的聲響電燈也無法亮起來，這么一個設計工作穩(wěn)定性很重要，測試成功了完全可以適應通常的照明需要。</p><p><b>　　4.1.3故障查詢</b></p><p>　　如果所制作的產品在使用時出現了問題，可以通過下面給出的方法來尋、檢故障之所在：</p><

87、;p>　　直觀檢查法包括電阻法、電壓法、電流法。 </p><p>　　通過眼、耳、鼻、手、口五官來查找故障部位。即是看元器件之間是否存在斷線、互碰、燒焦、脫焊等現象，查看是否有短路現象；用耳朵聽聲音有無異常；聞有無焦味；摸器件是否過熱等。用普通萬用表的歐姆檔檢查各點的阻值，粗查是否有短路、斷路或元器件錯焊等情況。用萬用表測量電路中各點對地的電阻以及元器件的阻值，以此來判斷故障部位測量晶體管的管腳電壓和集成

88、塊各腳的電壓或波形，據此電壓值判斷故障。測量晶體管的管腳電壓和集成塊各腳的電壓或波形，據此電壓值判斷故障。調試前，先將焊好的電路板對照印刷電路圖認真核對一遍，不要有錯焊、漏焊、短路、元件相碰等現象發(fā)生。通電后，人體不允許接觸電路板的任一部分，防止觸電，注意安全。如用萬用表檢測時，只用將萬用表兩表筆接觸電路板相應處即可。</p><p><b>　　4.2系統(tǒng)測試結果</b></p>

89、;<p>　　首先由光敏元件感應臺燈給出的光亮，當亮度沒能達到某一個值時開啟電燈開關。然后是進一步控制，當光亮低于某一定值或者聲敏元件感應到的聲音達到某一強度時，工作進入二檔模式；當光亮和聲音兩條件同時滿足感應器的調檔時也可以進入二檔。</p><p>　　經測試后，所設計出的控制電路系統(tǒng)要做到電路能夠實現有光線時滅，無光線時有聲亮，并且照明燈點亮一段后自動關斷。并且在點亮期間又有新的聲源出現時，路

90、燈又重新開啟。因而可以得出結論，所設計出的智能路燈控制系統(tǒng)可以達到需求。</p><p><b>　　4.3系統(tǒng)完成</b></p><p>　　檢查系統(tǒng)的硬軟件，沒有發(fā)現不可行的問題，系統(tǒng)的設計基本上可以確定，在確定了系統(tǒng)的基本設計的基礎上再對系統(tǒng)進行完成調試。在指導老師的幫助和提醒下完善系統(tǒng)的設計。</p><p>　　整個系統(tǒng)的實現，無論

91、是硬件連接還是軟件選擇，都實現了高效，安全，可靠等特性，同時又有很高的可行性和可靠性。</p><p><b>　　總 結</b></p><p>　　綜上所述，本次課題將模擬電子技術、數字電子技術、電力電子技術、傳感器技術等綜合應用到實際設計中。這次的設計，具有很高的實用價值。既方便了用戶及消費者，又緩解了國家電力資源短缺的問題，頗具發(fā)展?jié)摿?，是一個值得提倡的智能

92、節(jié)能系統(tǒng)。</p><p>　　雖然研究論文的過程艱難短暫，但從中學的東西很多，已經學過的東西在這樣得到了實踐，同時溫故而知新，相信這樣已經加深了對課本知識的印象，以至于可以在以后的學習和工作中得以利用。與此同時這也激發(fā)了我今后努力學習的興趣，我想這將對我以后的學習產生積極的影響。另外在課程設計的過程中，當我們碰到不明白的問題時，指導老師總是耐心的講解，給我們的設計以極大的幫助，使我們獲益匪淺。因此非常感謝老師的

93、教導。通過這次設計，我懂得了學習的重要性，了解到理論知識與實踐相結合的重要意義，學會了堅持、耐心和努力，這將為自己今后的學習和工作做出了最好的榜樣。我覺得作為一名電氣自動化專業(yè)的學生，自己動手去實踐結合運用學過的課堂知識非常重要，能促進對理論知識的理解，無論從哪方面來講這次課程設計都是很有意義的，更重要的是如何把自己平時所學的東西應用到實際中。雖然自己對于要用到的有些課程懂的并不多，很多基礎的東西都還沒有很好的掌握，覺得很難，也沒有很有

94、效的辦法通過自身去理解，但是靠著這一個階段的學習，在老師、同學的幫助和講解下，漸漸對這些有了些興趣，自己開始主動學習并逐步從基礎慢慢開始弄懂它。</p><p>　　由于時間倉促和本人水平有限，在設計過程中，難免在設計上存在一定的缺陷，請各位老師多多指正。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在這即將結束的三年大學

95、生活之際，我由衷的感謝教育過我的老師們。從他（她）們身上我學到了許許多多寶貴的知識和做人的道理。他（她）們在我學業(yè)上對我的悉心指導，認真負責地育人態(tài)度，讓我佩服之至。三年大學生活下來，我收獲很豐富，值得好好珍藏。</p><p>　　感謝我的指導老師，他在我的課題研究和論文寫作當中，教會了我很多理論上和實踐上的東西，感謝他的熱心指導。感謝我的授課老師，不管寒暑都準時到教室勤懇地給我們上課，給我們灌輸新的知識，對他

96、們在我的學習和生活中給予的幫助和教悔表示誠摯的謝意。同時還要感謝系部各位老師多年來對我的培養(yǎng)和支持，是他們?yōu)槲姨峁┝肆己玫膶W習環(huán)境和機會。感謝各位專家和評委耐心審閱我的論文，他們提出了許多寶貴的意見和建議。感謝所有曾經給我理解、關心與幫助的朋友們。</p><p>　　感謝與我共同學習、生活的同學，在我論文完成過程中沒有他們的幫助我不可能那么順利，是他們的訂正才讓我的論文更加完善，感謝他們幫我找到解決問題的方法。

97、</p><p>　　感謝曾經給我?guī)椭耐瑢W和老師。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 莫正康.電力電子應用技術. 上海：機械工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[2] 趙良炳.現代電力電子技術基礎.北京：清華大學出版社，1995</p><p>

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