路燈節(jié)能控制論文 (1)

1、 X 學(xué) 院 X 專業(yè)（專科）畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 路燈節(jié)能控制 姓 名 X 學(xué) 號 X 指 導(dǎo) 老 師 X 完 成 日 期 2014.12.15 教 學(xué) 系 X系 1路燈節(jié)能控制摘要國內(nèi)大部分城市路燈都采用“全夜燈”的方式進行照明，后半夜行人少，采用“全夜燈”的方式浪費太大，有的地方采取前半夜全亮，后半夜全滅的“半夜燈”照明方式，此種方式雖然節(jié)約了電力支出，但卻帶來了社會治安和交通安全問題。在有些城市的街道上，經(jīng)常會看到早晨太陽老高了，馬路上的路燈還亮著；下午太陽剛落，天還沒黑，馬路上的路燈已經(jīng)亮了。針對這種情況，設(shè)計了城市路燈節(jié)能控制電路，來達到節(jié)約電能的目的 。本論文主要闡述了路燈節(jié)能

2、控制器的組成，性能，控制范圍及工作原理，給出電路原理圖，節(jié)電效果十分明顯，同時也大大減少了維修量，節(jié)約了資金，使用效果良好，當(dāng)?shù)搅硕〞r時間時，電燈自動啟動，當(dāng)?shù)搅岁幪旎虿煌竟?jié)的白天時間減少時，光敏電阻感應(yīng)到光線很弱時，電燈自動啟動，本課程的設(shè)計任務(wù)是設(shè)計一個路燈自動控制系統(tǒng)，設(shè)計了一種電路新穎，安全節(jié)電，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，使用壽命長的智能路燈，以555定時器為核心，光敏電阻實現(xiàn)對光線強弱的捕捉，來控制發(fā)光二極管的亮滅。關(guān)鍵詞：節(jié)能 555定時器 光敏電阻 發(fā)光二極管目 錄摘要I第一章 緒論11.1 概述11.1.1課題的研究背景11.1.2 研究的目的及意義1第二章 實現(xiàn)設(shè)計的總體方案22

3、.1 系統(tǒng)設(shè)計思路與方案論證比較22.1.1 系統(tǒng)設(shè)計思路22.1.2 方案論證與確立2第三章 硬件設(shè)計43.1 系統(tǒng)設(shè)計圖43.2 系統(tǒng)設(shè)計43.3 設(shè)計的主要器件43.3.1 555定時器芯片概述43.3.2 系統(tǒng)工作原理53.3.3 cd4011概述53.3.4 系統(tǒng)工作原理53.3.5 光敏電阻概述63.3.6 系統(tǒng)工作原理6第四章 電路原理圖的繪制74.1 繪制原理圖74.2 簡單原理7第五章 組裝與調(diào)試95.1 焊接95.1.1 焊接前準(zhǔn)備95.1.2 焊接基本步驟95.2 調(diào)試95.2.1 故障排查95.2.2 調(diào)試過程及結(jié)果95.3 改進方案10總結(jié)11致謝12參考文獻1313

4、第一章 緒論1.1 概述1.1.1課題的研究背景隨著社會的發(fā)展，能源問題已經(jīng)成為全球最關(guān)注的課題之一，能源危機已經(jīng)成為全人類面臨的主要危機，特別是我國的電力能源近年來顯得十分吃緊，電力緊張阻礙著我們的生活，生產(chǎn)，甚至嚴重影響到我國社會經(jīng)濟大發(fā)展與社會文明的進步。在城市亮化，美化大潮的趨勢下，城市景觀照明耗電也吞噬著我們的電力資源，發(fā)電企業(yè)投資和建設(shè)需要一個較長的周期，快速的經(jīng)濟發(fā)展需要更多充足的電力供應(yīng)和消耗，電力的供求之間矛盾重重，電力供應(yīng)缺口很難再短期內(nèi)得到緩解，發(fā)展與節(jié)約并重，已經(jīng)成為經(jīng)濟建設(shè)的必然選擇。此時，燈光照明行業(yè)節(jié)電也成為了我們的必然選擇。1.1.2 研究的目的及意義隨著城市化

5、建設(shè)的不斷深入，經(jīng)濟高速持續(xù)的發(fā)展，人們的生活水平也不斷提高。在繁華的都市，城市道路、夜景照明已成為城市文明的標(biāo)志和城市文化的代表。在推進城市亮化工程的進程中，照明光源及調(diào)控設(shè)備得到了空前的發(fā)展，當(dāng)然，城市照明的電能消耗和燈具損耗也越來越大，由于電力緊缺和電費的上漲，照明節(jié)能降耗將越來越受到廣泛重視。路燈的節(jié)能控制相當(dāng)重要，來實現(xiàn)按時開關(guān)燈，午夜后降壓供電等要求。路燈是經(jīng)濟發(fā)展和國家建設(shè)中必須的用電設(shè)備，它在整體用電量中所占比例巨大，如果通過節(jié)能裝置對其進行有效控制，就能夠降低電力損耗，達到節(jié)約能源，降低生產(chǎn)安裝成本，有助于經(jīng)濟的快速發(fā)展。本文所研究的智能路燈控制節(jié)能系統(tǒng)是有555定時器，CD

6、4011，光敏電阻，有效的調(diào)節(jié)路燈的暗亮，控制路燈的照明度，從而改變路燈在不同時段的耗電量，達到節(jié)約電能的目的。第二章 實現(xiàn)設(shè)計的總體方案2.1 系統(tǒng)設(shè)計思路與方案論證比較2.1.1 系統(tǒng)設(shè)計思路本路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計方案主要實現(xiàn)以下三種功能：白天時，路燈全不亮天黑時，路燈全亮凌晨12點以后，關(guān)閉一半的路燈2.1.2 方案論證與確立方案一：智能光源降壓方式智能光源降壓方式是將裝置安裝在路燈配電回路的起端，在前半夜控制路燈回路的為全壓，接近午夜時分，開始降低回路電壓，在后半夜車稀人少時進一步降低電壓。節(jié)能原理是：（1）高壓鈉燈的亮燈維持電壓低于200V，因此降低回路電壓，光源不會熄滅。（2）由

7、于后半夜電網(wǎng)用戶少，負荷低，電網(wǎng)低壓高于220V，而過壓將額外消耗部分電能，采用該裝置則避免了這部分浪費。優(yōu)點：（1）是相對節(jié)約了電能，不影響光照均勻度。（2）避免光源過壓運行，延長了路燈使用壽命。這種方式是對配電回路降壓，回路中所有燈具都將在低電壓中運行。缺點：（1）隨著使用時間的增加，光源端電壓及電流等電氣參數(shù)發(fā)生變化，同時光源本身質(zhì)量上又具有差異性。降壓運行時就可能出現(xiàn)統(tǒng)一回路中部分燈具發(fā)暗或滅燈現(xiàn)象。（2）路燈配電回路供電半徑長達800米，隨著燈具與供電距離的增加電壓逐漸下降，不能滿足末端光源所需電壓，出現(xiàn)發(fā)暗亮不起的現(xiàn)象。（3）回路中接有電動升降式高桿燈時，由于電動機裝置為感性啟動的

8、特性，啟動電流大與之特性不匹配，這種裝置價格不菲，成本較高。方案二：隔盞亮燈的方式關(guān)閉部分光源，隔盞亮燈。這種方式節(jié)電效果直接而顯著，節(jié)電可達30%。在電力緊張的背景下，可緩解電力緊張。節(jié)能原理是：這種控制方式，采用特殊布線實現(xiàn)。 一般比較常用的通過三相線，分出 4 路照明線路，上半夜 4 路全亮，后半夜斷開其中 2 路，只 2 路供電。前半夜出現(xiàn)有一相帶 2 路負載，后半夜有一相空載。該節(jié)能方式采用定時器控制方式，由于一年四季的時差，只需對定時器進行調(diào)整，從夏至到冬至，日出時間推遲、日落時間提前;從冬至到夏至，日出時間提前、日落時間推遲，據(jù)此天氣現(xiàn)象，對路燈開關(guān)時間根據(jù)日出日落時間進行調(diào)整。

9、優(yōu)點是：（1）直接有效的節(jié)約了電能（2）節(jié)約成本，延長了燈具的使用壽命 本系統(tǒng)采用方案二第三章 硬件設(shè)計3.1 系統(tǒng)設(shè)計圖3.2 系統(tǒng)設(shè)計通12V的直流電，根據(jù)光敏電阻阻值的大小,來控制路燈的亮滅，白天，光敏電阻阻值比較小的時候，與非門CD4011的1腳，2腳，,4腳，,11腳為低電平，3腳，10腳為高電平，三極管不導(dǎo)通，555定時器不工作，路燈全不亮，夜晚，當(dāng)光敏電阻的阻值變大時，CD4011的1腳，2腳，11腳為高電平，三極管導(dǎo)通，555定時器工作，路燈全亮。電解電容C2充電，當(dāng)C2的端電壓將大于三分之二的VCC時，555定時器關(guān)閉一半的路燈。到第二天的白天又會回到初始狀態(tài)。3.3 設(shè)計的

10、主要器件3.3.1 555定時器芯片概述555定時器是一種中規(guī)模的集成定時器，有TTL集成定時器和CMOS集成定時器，它們的邏輯功能與外引線排列都完全相同。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。3.3.2 系統(tǒng)工作原理555定時器在該電路中主要作用是在不同的時間段對路燈進行亮滅的控制三極管的集電極給555定時器供電，并作為555定時器異步清零端信號，555定時器正常工作，還經(jīng)電位器給電容C2充電，開始時，555定時器的輸入端2電壓值小于三分之二的VCC，其輸出端3輸出高電平，繼電器K2線圈得電，其對應(yīng)的常開主觸點K2閉合，路燈全部接入電路

11、，燈全亮。隨著C2的充電，C2的端電壓將大于三分之二的VCC，是對555定時器的輸出端3為低電平，線圈K2失電，對應(yīng)的閉合觸點斷開，關(guān)閉一半的路燈。到第二天的白天又會回到初始狀態(tài)。3.3.3 CD4011概述CD4011內(nèi)含4個獨立的2輸入端與非門，其邏輯功能是：輸入端全部為“1”時，輸出為“0”；輸入端只要有“0”。(1)當(dāng)X=0、Y=0時，將使兩個NAND門之輸出均為“1”，違反觸發(fā)器之功用，故禁止使用。(2)當(dāng)X=0、Y=1時，由于X=1導(dǎo)致NAND-A的輸出為“1”，使得NAND-B的兩個輸入均為“1”，因此NAND-B的輸出為“0”。(3)當(dāng)X=1、Y=0時，由于Y=0導(dǎo)致NAND-

12、B的輸出為“1”使得NAND-1的兩個輸入均為“1”，因此NAND-A的輸出為“0”。(4)當(dāng)X=1、Y=1時，因為一個“1”不影響NAND門的輸出，所以兩個NAND門的輸出均不改變狀態(tài)。3.3.4 系統(tǒng)工作原理在電路中CD4011為與非門，即與非門CD4011的1,2管腳都為低電平，從而使得CD4011的3管腳為高電平，4管腳為低電平，10管腳為高電平，11管腳為低電平，因此可知NPN型三極管Q1的基極為低電平，Q1不導(dǎo)通，無集電極電流流過繼電器K1，即其常開觸點還是處于斷開狀態(tài)；并且由于Q1處于截止?fàn)顟B(tài)，其集電極電壓為高電平，經(jīng)電阻R4限流給PNP型Q2供基極電壓，Q2不導(dǎo)通，對于Q2，發(fā)

13、射極電壓為高電平，集電極電壓為低電平，此時555定時器不工作，輸出端一直為低電平，使得繼電器K2線圈不得電，其對應(yīng)的常開觸點K2不會閉合。路燈都不亮。3.3.5 光敏電阻概述光敏電阻又叫光感電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻隨著入射光線的強弱而改變的電阻器，入射光線強，電阻減小，入射光弱，電阻增大，光敏電阻器一般用于光的監(jiān)量，光的控制和光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻。構(gòu)成光敏電阻的材料有金屬的硫化物，硒化物，碲化物。3.3.6 系統(tǒng)工作原理光敏電阻是半導(dǎo)體器件，其阻值大小隨光線的增強阻值減小，由

14、于白天的光線較強，光敏電阻此時的阻值較小，此時路燈都不亮，但隨著傍晚的漸漸來臨，光敏電阻的阻值變大，經(jīng)過電位器給電容的充電，此時，路燈全亮。隨著電容的充電，當(dāng)電容的端電壓大于三分之二的VCC，此時關(guān)閉一半的路燈。第四章 電路原理圖的繪制4.1 繪制原理圖4.2 簡單原理該電路采用直流電源，大小為12V,其中RG為光敏電阻，半導(dǎo)體器件，其阻值大小隨光線的增強阻值減小。白天，由于光線較強，RG的阻值很小，使得電源VCC經(jīng)可調(diào)變阻器RP1光敏電阻RGGND，回路中RG兩端的電壓較小，即與非門CD4011的1,2管腳都為低電平，從而使得CD4011的3管腳為高電平，4管腳為低電平，10管腳為高電平，1

15、1管腳為低電平，因此可知NPN型三極管Q1的基極為低電平，Q1不導(dǎo)通，無集電極電流流過繼電器K1，即其常開觸點還是處于斷開狀態(tài)；并且由于Q1處于截止?fàn)顟B(tài)，其集電極電壓為高電平，經(jīng)電阻R4限流給PNP型Q2供基極電壓，Q2不導(dǎo)通，對于Q2，發(fā)射極電壓為高電平，集電極電壓為低電平，此時555定時器不工作，輸出端一直為低電平，使得繼電器K2線圈不得電，其對應(yīng)的常開觸點K2不會閉合。綜上所述，路燈都不亮。隨著傍晚的來臨，光線逐漸變?nèi)?，光敏電阻RG的阻值變大，與非門CD4011的管腳1,2為高電平，11管腳為高電平，經(jīng)電阻R2限流給Q1基極供電，Q1基極為高電平，三極管Q1導(dǎo)通，繼電器K1得電，對應(yīng)的常

16、開觸點K1閉合；同時Q1的集電極電位為低電平，三極管Q2導(dǎo)通，三極管的集電極給555定時器供電，并作為555定時器異步清零端信號，555定時器正常工作，還經(jīng)可調(diào)變阻器RP2給電容C2充電，開始時，555定時器的輸入端2電壓值小于三分之二的VCC，其輸出端3輸出高電平，繼電器K2線圈得電，其對應(yīng)的常開主觸點K2閉合，路燈全部接入電路，全部亮。隨著C2的充電，C2的端電壓將大于三分之二的VCC，是對555定時器的輸出端3為低電平，線圈K2失電，對應(yīng)的閉合觸點斷開，關(guān)閉一半的路燈。到第二天的白天又會回到初始狀態(tài)。其余相關(guān)原件的主要用途：C1穩(wěn)定輸出電壓，發(fā)光二極管VD11為電源指示燈，VD1到VD1

17、0為路燈指示燈，分別有主觸點K1，K2控制。C4穩(wěn)定555定時器的輸出電壓，C3也起穩(wěn)定電壓的作用。調(diào)節(jié)RP1和RP2可以分別調(diào)節(jié)傍晚路燈點亮的時間和半夜路燈熄滅的時間。 第五章 組裝與調(diào)試5.1 焊接5.1.1 焊接前準(zhǔn)備（1）檢測各個元器件是否完好。（2）將某些元器件按照印制電路板中的焊盤間的距離大小進行90度折彎，為焊接做準(zhǔn)備。準(zhǔn)備焊接工具：電烙鐵，焊錫絲，鑷子，尖嘴鉗，偏口鉗，螺絲刀，吸錫器等。5.1.2 焊接基本步驟開始從烙鐵架上拿出電烙鐵時，以45度靠緊焊接面進行預(yù)熱；然后將焊錫絲同時伸向被焊的組件腳及焊盤，一起接觸被焊處；當(dāng)焊錫絲熔化，離焊錫絲。焊點的標(biāo)準(zhǔn)是：焊點呈錐形，焊錫要適

18、量，表面有光澤，光滑，向焊接處推入焊錫絲，使焊錫潤濕焊盤與組件腳，當(dāng)焊點上的焊錫成圓錐形時即抽清潔等。5.2 調(diào)試由于元器件特性參數(shù)的分散行，裝配工藝的影響以及其他元器件缺陷和干擾等各種因素的影響，使得安裝完畢的電子電路不能夠達到設(shè)計要求的性能指標(biāo)，需要通過調(diào)整和試驗來發(fā)現(xiàn)，糾正，彌補，使其達到預(yù)期的功能和性能指標(biāo)，這就是電子電路的調(diào)試。 5.2.1 故障排查（1）檢查電路板，用表筆查看是否有虛焊等情況（2）在上一步的基礎(chǔ)上，用表筆查看原件正負極有無接反5.2.2 調(diào)試過程及結(jié)果（1）電路通12V的直流電，光敏電阻阻值較小，繼電器不工作，所以路燈不亮。（2）遮住光敏電阻，光敏電阻的阻值變大，三

19、極管（Q1）導(dǎo)通，繼電器（K1）得電，三極管（Q2）導(dǎo)通，定時器開始工作，繼電器（K2）吸2合，路燈全亮。（3）電解電容（C2）充電，繼電器（K2）斷電，路燈半亮。5.3 改進方案路燈自動節(jié)能控制系統(tǒng)中，電路設(shè)計采用了數(shù)字電路中應(yīng)用廣泛的基定時器NE555及與非門CD4011組成，并結(jié)合光敏元件定時控制路燈的亮暗，來控制路燈的亮滅。 在其調(diào)試過程中，由于光敏電阻是根據(jù)天色的時間不同來改變阻值大小的，所以在調(diào)試過程中采光比較麻煩，但是可以借助其他工具，比如書本，遮住光敏電阻來改變其阻值的大小。經(jīng)過這一次，本人認為此設(shè)計還是存在一定的缺點，比如說，需要人工調(diào)節(jié)時間，還可以查找一些相關(guān)的書籍與資料，

20、做出路燈的智能調(diào)節(jié)時間來控制路燈的亮滅的功能，不再需要人工來控制，比如加入單片機，讓此設(shè)計更加完美實用。在整個設(shè)計過程中，出現(xiàn)了很多問題，遇到了很多困難，使本人體會最深的是做任何一個項目首先必須具備的是扎實而豐富的專業(yè)知識，平時的時候要多注意積累，只有在專業(yè)知識積累到一定程度的狀態(tài)下才能置身于一個高的位置，系統(tǒng)的分析問題解決問題。有付出才有收獲，在整個設(shè)計中，只有花時間認真的做了，努力完成每一件事情，才能做出更好的設(shè)計。總結(jié)本文通過系統(tǒng)構(gòu)建與方案設(shè)計及系統(tǒng)調(diào)試，證明所設(shè)計的路燈節(jié)能控制系統(tǒng)是比較成功的。通過對本課題的設(shè)計與研究可以得出以下結(jié)論：路燈節(jié)能控制系統(tǒng)能夠根據(jù)不同時間選擇需要的控制方式。路燈節(jié)能控制系統(tǒng)調(diào)壓效果是明顯的，對電網(wǎng)沖擊小。智能路燈控制系統(tǒng)能夠很好地控制路燈設(shè)備的電壓大小，將啟動過程對路燈損害降到更小、顯著延長路燈設(shè)備使用壽命。路燈節(jié)能控制系統(tǒng)使用方便，制造成本合理，維護較容易。該電路的優(yōu)點在于設(shè)計的原理清晰，設(shè)計性能指標(biāo)的靈敏度基本達到設(shè)計要求，在整個設(shè)計的過程中，本著節(jié)約的精神，用的都是簡單廉價