路燈開關模擬電路的設計與研究

江西工業職業技術學院 雷媛媛

在全球能源缺乏的今天，節省能源是每個公民應盡的責任，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，本文設計了一款路燈開關模擬電路，利用光敏元件實現路燈自動控制，白天和人煙稀少的后半夜路燈不工作。

1 路燈開關模擬電路功能

將紅色發光二極管和綠色發光二極管交叉排列，設計一路燈開關模擬電路，白天所有發光二極管全滅，傍晚所有發光二極管全亮，6小時后紅色發光二極管熄滅，天亮所有發光二極管全滅，如此循環往復。

2 路燈開關模擬電路總體設計

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

（1）9V直流穩壓電源

9V直流穩壓電源有變壓器降壓，四個二極管構成的橋式整流電路整流、電解電容器濾波、9V的穩壓集成塊穩壓和發光二極管電路指示共同組成。電路輸出一個9V的直流穩壓電源，為電路的其他部分供應直流電壓。

（2）光控電路

光控電路采用了負阻系數的光敏電阻RG和電位器RP1串聯的方式來感應光的強弱，當光線強時，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；當光線弱時，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。如此就實現了將光線的強弱轉變為電壓的變化，通過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用來調節光敏電阻RG的靈敏度。

（3）波形整形電路

因為從光控電路輸出的信號是模擬信號，其高低電平并不是那么的穩定和標準，所以它的后面還需要加上整形電路來實現波形的整形，變成標準的矩形波，所以用了CD4011的兩個與非門U1:A、U1:B來實現波形的整形，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換成數字信號，得到了標準的矩形波了。

（4）繼電器控制電路

繼電器控制電路由三極管Q1構成的電子開關和繼電器K1、K2共同組成，當三極管Q1的基極B得到高電平信號時，三極管Q1導通，繼電器K1的線圈中會出現工作電流，工作電流產生電場將繼電器K1開關的常開接點閉合；當三極管Q1的基極B為低電平信號時，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中的常開接點彈回，又重新回到常開狀態。繼電器K2由555定時器的3腳控制，當3腳為高電平信號時，繼電器K2的線圈中會出現工作電流，工作電流產生電場將繼電器K2開關的常開接點閉合；當3腳為低電平信號時，繼電器K2線圈中的電流消失，電場也消失，繼電器K2中的常開接點彈回，又重新回到常開狀態，從而實現路燈的遠程控制。

（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光二極管和限流電阻、一組綠色發光二極管和限流電阻（圖中只畫出了一路）串聯構成，紅綠發光二極管又是相間并聯的排列關系，綠色發光二極管由K1繼電器控制，紅色發光二極管由K2繼電器控制。

（6）延時電路

延時電路由555定時器和R2、R4、C1、C3、D2構成的單穩態觸發器來實現，R4、C3串聯，555定時器的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。該單穩態觸發器為負脈沖觸發的，負脈沖從CD4011的10腳通過C2送入555定時器的2腳，而該負脈沖信號又是來自光控電路，當光線由強變弱時，光控電路產生一個正脈沖信號，所以經過反相器之后就能得到一個負脈沖信號，將該負脈沖信號提供給555的2腳，就能使延時電路工作，從3腳產生一個正脈沖信號，該正脈沖信號持續的時間由6、7腳所接的R4、C3決定，延時時間計算公式為t=1.1 R4C3。而3腳的正脈沖用來控制K2繼電器，從而實現紅色發光二極管的控制。

3 路燈開關模擬電路實現研究

（1）白天光敏電阻的阻值變小，光敏電阻兩端為低電平，經兩個與非門整形之后輸出，再經由與非門構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腳得到一個正脈沖觸發信號，555構成的單穩態電路不工作，555的第三腳輸出一個低電平信號，3腳的低電平信號使得K2處于常開狀態，紅色的發光二極管不亮。另一路又經過一個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，綠色的發光二極管也不亮。

（2）傍晚光敏電阻的阻值變大，光敏電阻兩端為高電平，經兩個與非門整形之后輸出，再經由與非門構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腳得到一個負脈沖觸發信號，555構成的單穩態電路工作，555的第三腳輸出一個正脈沖信號，該信號的維持時間由R4和C4的乘積決定，3腳的正脈沖信號使得K2常開開關閉合，將紅色的發光二極管點亮，當3腳的正脈沖信號消失之后，K2斷開，紅色發光二極管又熄滅。另一路又經過一個反向器反向后變回高電平信號，將其輸送到三極管的基極，使三極管導通，驅動K1的常開開關閉合，點亮綠色的發光二極管。

4 結語

該路燈開關模擬電路已經完成了硬件測試，實驗證明，該設計反應靈敏，性能穩定，通過光敏元件實現了對路燈的控制。

[1]歐偉明.實用數字電子技術[M].北京:電子工業出版社,2014.

[2]許磊.傳感器技術與應用[M].北京:高等教育出版社,2014.