1、南京理工大学本科生科研训练项目结题报告项目名称：光控日光灯控制器的设计指导教师、院（系）： 工程训练中心参与学生：本次科研训练的目的是使学生了解工程实际项目的设计、调试的流程；加强对学生动手能力的培养；为本项目的实用化做预研。它运用了模拟电子线路与数字电路的知识。研究内容：（1）调查研究、查阅文献、分析论证制定设计方案；（2）根据方案设计电路并自行制作电路；（3）结合电路选择元器件并组装完成调试； (4) 完成项目相关的设计文档。通过对该项目的设计与制作使得学生了解产品的研究形成过程，对科研过程有比较具体的了解，把学到的理论知识与实践相结合，提高了实际操作能力并且能够更好的理解学到的知识，同时
2、在完成项目的过程中训练学生创新思维，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。全面掌握电子线路设计、制造及使用方面的知识，资料查阅方法，总结报告、论文的写作方法，科研过程与思路，科研中发现问题和解决问题的方法与创新。内容实验电路分为降压电路和光控电路。一、降压电路目的将 220V 交流电压将为 12V 直流电压。（一）方案一1实验电路2原理交流 220V 电压，经过 C 降压，再经过桥式整流电路将交流电变为直流电，为光控电路提供 12V 直流电压。3元器件选择R 选用 1/4W 的金属膜电阻器或碳膜电阻器。C 选用耐压值大于 400V 的涤纶电容；D1D4 选用 IN4007 型硅整流二极管
3、。4电路的优缺点优点 电路结构简单缺点 电压不够稳定（二）方案二1 电源电路的基本结构电源结构设计的原理说明：接通电源, 220 V 交流电经变压器T 降压、VD1 VD4 桥式整流、7812 三端集成稳压为控制电路提供稳定的12V直流电压。2. 材料选择及运用T 选用220 V/ 15 V ,8 W 小型优质电源变压器,在电源电路中起到变压的作用,为控制电路提供稳定的12 V 电压。由于该变压器要长久处于通电状态,所以要求该变压器长时间通电不发热并耐用。整 流 二 极 管 的 内 部 结 构 为 一 个 PN结 ， 外 形 封 装 有 金 属 壳 封 、 塑 料 封 装 和 玻璃 封 装 等
4、 多 种 形 式 。 其 管 性 大 小 随 整 流 管 的 参 数 而 异 。 整 流 二 极 管 主 要 用 于整 流 电 路 ， 利 用 二 极 管 的 单 项 导 电 性 ， 将 交 流 电 变 为 直 流 电 。 由 于 整 流 管 的正 向 电 流 较 大 ， 所 以 整 流 二 极 管 多 为 面 接 触 型 的 二 极 管 ， 结 面 积 大 、 结 电 容大 ， 但 工 作 频 率 低 。 2CP系 列 管 壳 用 于 小 电 流 整 流 。 VD1 VD4 选用4001 型硅整流二极管：在电源电路中起到桥式整流的作用,使电路得到12 V 直流电压。C1 ,C2 选用220F
5、 电容,起滤波作用。IC 选用7812 三端集成稳压器, 7812的主要特点是：输出稳定性好、使用方便、输出过流、过热自动保护。在电源电路上起稳压作用,为电路提供12 V 稳定直流电压。L 可按照安装环境及工程需要来选择。在它的选择上要求降低能耗、节约能源、注重环保,高能耗且会加剧温室效应的白炽灯越来越不受欢迎。继公布“欧盟封杀白炽灯”的时间表后世界各地陆续抛弃白炽灯已成定局,环保型节能荧光灯是白炽灯的替代者,因此本设计选择节能荧光灯。而在其功率的选择上,根据它所运用的场合,用户可以任意选择合适型号安装。（三）两种方案的比较方案一相较于方案二要设计简单，造价低；但不如方案二安全、稳定。一、 光
6、控电路（一）方案一1电路图2实验原理光控电路有光敏电阻器 RG,时基集成电路 IC，电阻器 R1R4，电容器C1,C2，二极管 VD1 和继电器 K 组成。在无光照射时，RG 呈高阻状态，IC 的 2 脚，6 脚点位被钳位在 Vcc/2，在IC 通电后，3 脚输出低电平，K 处于释放状态，负载处于断电状态。当用手电筒的照明光照射到 RG 时，RG 的阻值迅速变小，使 IC 的 2 脚，6 脚点位低于 Vcc/3，IC 内电路翻转， 3 脚输出高电平， K 吸合，其常开触头接通，负载通电工作。关闭手电筒后，RG 失去光照又呈高阻状态， IC 的 2 脚，6 脚又钳位在 Vcc/2 附近，3 脚维
7、持输出高电平。再次用手电筒照射 RG 时，C1 上储存的电荷加在 IC 的 2 脚和 6 脚上，使两脚用点位瞬间大于 2Vcc/3，IC 内电路翻转，3 脚输出低电平， K 释放，其常开触头将负载的工作电源切断。此状态一直维持到再次有光线照射到 RG 上为止。3.元器件选择R1R4 选用 1/4W 的金属膜电阻器或碳膜电阻器。RG 选用亮阻大于或等于 10kohm，暗阻小于或等于 1Mohm 的光敏电阻器，例如 MG45 系列。C1 和 C2 均选用独石电容器，器或 CBB 聚丙烯电容器；VD1 均选用 1N4007 型硅整流二极管；IC 选用 NE555 或 Ua555,5G1555 型时基
8、集成电路；K 选用 JRX-13F 型 12V 直流继电器；EL 可使用白炽灯或荧光灯，节能灯等。4实验中出现的问题及解决方法问题依照实验原理，该电路不能完成有光无光之间 3 脚输出电平的跳转改正方法将 R4 改为 102Kohm，并将 RG 改为与 R4 并联。改正后：有光时，RG 很小，RG 与 R4 并联后的阻值可认为是 RG 的阻值，2、6 脚的电位远小于 1/3Vcc,3 脚输出电平为高电平， K 吸合；无光时，RG 呈高阻，RG 与 R4 并联后的阻值可看做是 R4 的阻值，2、6 脚的电位为 2/3Vcc,3 脚输出电平为低电平， K 断开。（二）方案二1.电路图2原理电路由电源
9、、光控电子开关及继电器控制等几部分电路组成，该电路的特点是在夜间路灯点亮与白天灯熄的临界点处没有短暂的延迟，可避免在临界点继电器可能发生的频繁跳动现象。RL 为光敏电阻器，白天呈低电阻，VT1 饱和导通， VT2 截止，VT3 导通，VT4 截止，继电器 K 不动作，等不亮。当夜幕来临时，RL 的值变大，是 VT1截止，VT2 导通，VT3 截止，VT4 导通，K 得电吸合，其常开点 K1 闭合，灯点亮发光。R1、C3 组成瞬间光线吸收回路，可吸收掉雷电等意外光线对电路造成的干扰。RP1 用来调节灯在合适的光线进行二次吸收以彻底消除其影响，同时也可解决在光控临界点处继电器可能发生的频繁跳动。3
10、元器件的选择R1R8 选用 1/4W 的金属膜电阻器或碳膜电阻器；RL 选用 MLG45-13 型；VT1VT3 选用 9011 型；C3、C4 铝电解电容器；VD5 选用 IN4007 型硅整流二极管；K 选用 JRX-13F 型 12V 直流继电器。4实验中遇到的问题及解决方法电路元器件多，调试过程复杂。方法：事先规划好面板的使用，布线要有规律。（三）方案三1光控电路的基本结构2.控制电路原理U1 , R2 , R3 , R4 , DZ 构成滞回电压比较器 , + 12V 通过 R5 , RP2 分压为U1 的同相输入端提供一个参考电压 UREF ,UREF = 12/ ( R3 + R4
11、 ) RP2 ,则U1 同相输入端的电位 UP 为 UP = R3 / ( R3 + R4 ) UREF R4 / ( R3 + R4 ) UZ , 因 UN = UP , 求出的 U1 就是滞回电压比较器的阈值电压 ,分别为 UT1 = R3 / ( R3 +R4 ) UREF - R3 / ( R3 + R4 ) UZ , UT2 = R3 / ( R3 +R4 ) UREF + R3 / ( R3 + R4 ) UZ 。RL 为光敏电阻器 ,在外界照明度强时光敏电阻呈低电阻 , + 12 V 通过R L , RP1 分压 , 使 U1 较大 ,U1 UT1 ,U1 输出低电平 ,VT 截
12、止 , 继电器K 不动作 ,灯L 不亮 ; 当外界照明昏暗时 , RL 的阻值开始变大 , U1 下降 , 当 U1 UT2 时 , U1 输出高电平 , VT饱和导通 , K 得电吸合 , 其常开触点K1 闭合 , 灯L点亮发光。为了提高抗干扰能力 , 电路中除了滞回电压比较器有很强的抗干扰能力外 ,还接了R1 ,C3 ,用以吸收雷电等的瞬间光线。通过RP1 ,RP2 都可调节灯在合适的光线下点亮和关闭。VD 起保护作用。此控制电路简单，所用的器材少，接线过程中更不容易出错，成功率较大，能够较快的完成。3材料选择及运用RL 选用MG45213 塑封树脂封装光敏电阻器,由光敏材料制造。该元件受
13、光线影响,当照射光线强时呈低电阻,受光线照射弱时呈高电阻。RP1 ,RP2可用WSW 型有机实心微调电位器,可起到调节电路电阻调试电路的作用。VT 选用 8050 型硅中功率晶体管, 8050是一种常用的普通三极管。 它是一种低电压,大电流,小信号的NPN型硅三极管。主要用途： 开关应用 ，射频放大要求电流放大系数 100 ,在该电路中起控制作用。VD 用IN4148 型硅开关二极管, IN4148是硅材料小功率开关二极管，该二极管单向导通起保护作用。K 可用工作电压为15 V的J ZC222F 小型中功率电磁电器,其触点容量有5A 与7 A 两种,可根据被控灯的功率容量选择。如果要驱动足够数
14、量的路灯,可用继电器K 的触点K1 去控制220 V 交流电的中间继电器(如J TX型) ,以解决整个小区所有路灯的自动控制。4参数选择R3=R4=20K R5=51KRp1=100K 改为定值电阻Rp2=500K滑动变阻器C3=47uFDz为两个6V的稳压管组成5光控电路特点1) 功耗低,在亮环境下几乎不通电,白天整个电路理论消耗的最大功率为0. 73 W ,实际消耗的功率在0. 50 W 以下;2) 抗干扰能力强,由于采用滞回电压比较器,对短暂的干扰不会有反应,如黑夜里的闪电、车辆的灯光;3) 设计了稳压电路,适合于各种照明电路;4) 极小的体积。（四）三种方案的比较通过比较，方案三与方案
15、一相比，性能更稳定；与方案二相比，电路结构清晰，调试简单。综合各方面的考虑，第三种方案最切实可行。感想在这将近一年的科研训练中，我们三人在指导老师的指导下，经过查资料对比个方案的可行性及造价最终确定下来几套方案，又经过反复的实验、调试、修改的过程完成的两套降压电路及三套光控电路。其过程曲折不足道也，但最终的结果却让人备受鼓舞。在这个过程中，我们三人相互帮助，互相鼓励，建立了深厚的友谊，并深深体会到团队合作的重要性，这些将对我们今后的工作及学习起到不可估量的影响。在这个过程中，我们的思维在研究讨论中得到启发和扩展。参考资料电子科学与技术基础 模拟部分（第四版） 高等教育出版社 康华光 主编；数字逻辑电路与系统设计 电子工业出版社 蒋立平 主编；灯光控制应用电路集粹 北京机械工业出版社；灯光控制经典实用电路 北京机械工业出版社 张庆双 主编。
