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1、XXX学院专科毕业论文（设计）遥控节能灯电路的设计与探讨学生姓名： 学生学号： 2009xxx 院（系）： 工程技术学院 年级专业： 2009级应用电子技术 指导教师： 助理指导教师： 二一二年六月摘 要 能源紧张、环境恶化问题已受到全球的密切关注，各国都在寻求新的节能技术及能源替代品。城市当中规模庞大的路灯系统对电能的消耗也相当可观，特别是路灯一般需要通宵照明，路灯的节能效应不可低估。除了在器件上选择节能产品和保持合理照度外，通过控制来实现节能也是很有效的。它通过使用电力电子器件、单片机、低压电器等进行调压的自动控制，降低过高的夜间电压,合理调压，按时开关，使路灯系统达到节能的目的。核心就是
2、设计节能控制系统的电路，特别是使用电力电子调压技术。通过NE555的特性的应用，设计控制电路，由输入基准电压控制输出。利用光敏电阻受光呈低阻态 ，控制灯的点亮。通过红外线的遥控，进一步达到节能的目的。关键词 能源，节能，自动，控制，应用目 录摘 要I1 绪论11.1遥控节能灯电路研究背景11.1.1我国能源现状11.1.2我国路灯的弊端11.2节约能源的必要22 节能灯的概述32.1节能灯的简介32.1.1节能灯的工作原理32.1.2节能灯的分类32.2节能灯的特性42.2.1节能灯的结构特性42.2.2节能灯照明术语52.2.3节能灯的优点52.2.4节能灯的缺点63 节能路灯的需求分析83
3、.1路灯的节能需求83.2目前路灯的主要节能方式83.2.1可控硅折波型照明节能装置83.2.2自耦降压式调控装置93.2.3智能照明节电器94 遥控节能电路设计104.1总体设计概论104.2节能原理114.3主要设计方案114.3.1红外遥控设计114.3.2光敏电路设计124.3.3降压处理134.4电路设计145 参数计算175.1照度计算175.2平均照度与平均亮度的换算175.3电缆规格与功率计算185.3.1导线截面积与载流量的计算185.3.2功率计算196 实施的注意事项206.1光源的选择206.2元器件的选择206.3电压的选择216.4灯具的选择和布置216.4.1灯具
4、选择216.4.2灯具布置217结论22参 考 文 献23附录A：电路图26附录B：元器件清单28致 谢291 绪论1.1遥控节能灯电路研究背景1.1.1我国能源现状我国是能源消耗大国，1997年我国能源消费成为继美国之后的第二大能源消耗国，随着人们对生活质量要求的不断提高，我们赖以生存的地球也由于温室效应的影响，导致大自然的环境严重破坏，成为举世关注的严肃课题。照明能耗在整个建筑能耗中所占比例日益加重，而照明消耗掉的能量占社会总能量消耗的10% 以上。我国现有家庭3.5亿户，其中城市1.2亿户，农村约2.3亿户，如果平均每户使用一只节能灯替代普通白炽灯，每年可减少450万吨煤的燃烧和8.8万
5、吨硫的释放。 我国发电主要是靠燃煤，大家都知道煤是一种不可再生的资源。按现在消耗的速度，全球的煤炭将在250年之内用尽，不但如此，燃煤还会产生二氧化碳、二氧化硫以及粉尘颗粒。为了我们的环境，我们大家都应养成节约能源的美德。随着人们对电灯的依赖的增长，各式各样的电灯电路，也越来越多，一般设计电灯电路主要是考虑其实用性，节能方面常常被忽略，但在能源日剧减少的今天节能这一话题已经融入到了我们的日常生活中了。1.1.2我国路灯的弊端社会环境在不断的改善，路灯不管是在繁华的街道还是恬静的山村，已是不可或缺的一个交通工具，与我们的日常生活息息相关，然而在方便我们的同时也带来了很多的问题，大量的路灯在设计和
6、规划方面都存在着大量的能源的浪费，尤其是在一些不繁华的街道，为了节约成本，方便快捷的完成规定的照明计划，往往采用传统的照明电路，而传统的照明电路，存在着很大的问题，如不管是在夏天还是冬天照明时间一般在下午六点至次日清晨六点，在时间上不够灵活，没有降压系统，而输送电压普遍在400v左右，后半夜会变得更高，功率因素约在0.85左右，其实是有较大的提升空间的等问题。目前国内节能方面正在快速发展中，发达国家在20世纪60年代末、70年代初已经开始重视这方面的工作，特别是从保护环境的角度出发，世界各国都重视推行“绿色照明”计划。而节能实用的路灯，在现在社会可以说是不可或缺的，照明节能一般可通过两条途径：
7、一是使用最有效的照明装置（包括光源、灯具、整流器、等）；二是使用者在需要时才使用它，尽量减少不必要的开灯时间、开灯数量和过高照度，杜绝浪费。结合实际的电路，现在的在供配电系统中，供电部门为避免或减少送电过程中的损耗和缓解负荷高峰时末端用户出现电压过低的现象，往往采用提高输送电压的方法,而在下半夜时电压会升高，因此用户侧或设备侧实际承受夫人电压往往会高于用电设备的额定电压值，波动范围约为10%,从p=u2/r得知用电设备消耗的功率与其电压的平方数成正比，电压加大，大量的电能被浪费。本文介绍了一种开灯时间灵活，能解决下半夜电压升高使灯具工作在过压状态问题的实用红外线遥控节能路灯电路。为突出其智能环
8、保意义，并使产品达到非常高性价比，故对路灯基本装置的其他功能进行进一步的扩展，而且所有使用其它元器件都尽量选择高性价比的。在该作品的基础上进行了功能扩展是很方便的，因此运用到实际电路中是非常方便和易接受的。它不仅适合于山村，同样适合于住宅小区和繁华的街道。1.2节约能源的必要能源紧张、环境恶化问题已受到全球的密切关注，各国都在寻求新的节能技术及能源替代品。这一切都让节能变得更加重要。我国在“十二五规划纲要”中提出了单位国内生产总值能耗和二氧化碳排放分别降低16%和17%的目标。在其背景下，上到国家机关，下到百姓人家，节能已经成为现在最流行的一种趋势。照明工程是“耗能大户”据统计，我国照明用电量
9、约占全社会总用电量的12%，每年的道路照明约占15%。如果这些照明设备采取了低能耗产品及节点控制系统，节省的不仅是能源，还会带来直接的经济效益。2 节能灯的概述2.1节能灯的简介2.1.1节能灯的工作原理节能灯是利用气体放电的原理工作的，它的术名叫自镇流荧光灯，除了白色(冷光)的外，现在还有黄色（暖光）的。一般来说，在同一功率之下，一盏节能灯比白炽灯节能80%，平均寿命延长8倍，热辐射仅20%。非严格的情况下，一盏5瓦的节能灯光照可视为等于25瓦的白炽灯，7瓦的节能灯光照约等于40瓦的普通灯，9瓦的约等于60瓦的普通灯。节能灯又叫紧凑型荧光灯（国外简称CFL灯）它是1978年由国外厂家首先发明
10、的，由于它具有光效高（是普通灯泡的5倍），节能效果明显，寿命长（是普通灯泡的8倍），体积小，使用方便等优点，受到各国的重视和欢迎，我国于1982年，首先在复旦大学电光源研究所成功研制SL型紧凑型荧光灯，二十年来，产量迅速增长，质量稳步提高，国家已经把它作为国家重点发展的节能产品（绿色照明产品）作为推广和使用。节能灯主要是通过镇流器给灯管灯丝加热，大约在1160K温度时，灯丝就开始发射电子，电子碰撞氩原子产生非弹性碰撞，氩原子碰撞后获得了能量又撞击汞原子，汞原子在吸收能量后跃迁产生电离，发出253.7nm的紫外线，紫外线激发荧光粉发光，由于荧光灯工作时灯丝的温度在1160K左右，比白炽灯工作的温
11、度2200K-2700K低很多，所以它的寿命也大大提高，达到5000小时以上，由于它不存在白炽灯那样的电流热效应，荧光粉的能量转换效率也很高，达到每瓦50流明以上。2.1.2节能灯的分类节能灯种类繁多，有金属卤化物灯，高压钠灯，自镇流荧光灯，双端荧光灯，LED节能灯等等。其中，家庭使用的节能灯一般是自镇流荧光灯，自镇流荧光灯因灯管外形的不同，可分为U型管，螺旋管和直管型三种，如图2.1.2：U型管节能灯；管形有2U、3U、4U、5U、6U、8U等多种，功率从3W24W等多种规格。图2.1.2节能灯型号 2U、3U节能灯，管径9mm14mm，功率一般从3w36w，主要用于民和一般商业环境照明，在
12、使用方式上，用来直接替换白炽灯。4U、5U、6U、8U节能灯的管径为12mm21mm，功率一般从45w240w，主要用于工业，商业环境照明，在使用方式上，也可用来直接替代白炽灯。螺旋管节能灯：螺旋环直径分为小环径和大环径两种，小环径一般在50mm左右，大环径一般在100mm左右，螺旋环圈数有2圈半、3圈半、4圈半、5圈半、6圈半、7圈半、8圈半等多种，功率从3w240w等多种规格。支架节能灯：T4、T5直管型节能灯，功率分为14w、28w，广泛应用于民用、工业、商业环境照明，可用来直接替代T8直管型日光灯。按材料划分又由毛管，塑料件及电子元件和灯头三部分构成，节能灯管按照荧光粉划分则有卤粉、混
13、合粉和三基色三种类型，其使用的寿命依次越来越长久。2.2节能灯的特性2.2.1节能灯的结构特性节能灯（led）使用低压电源，供电电压在3-24v之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。消耗能量较同光效的白炽灯减少 80% ，但适用性很小，每个单元 led小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境 ；稳定性比较好在 10万小时，光衰为初始的50% 其响应时间非常短，白炽灯的响应时间为毫秒级， led灯的响应时间为纳秒级 ；改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发
14、光。如小电流时为红色的 led，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色 ；led的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只led的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300500只二极管构成。2.2.2节能灯照明术语光通量：发光体每秒钟所发出的光量的总和。单位：流明（Lm），表示发光体发光的多少，发光愈多流明数愈大。 光 强I：发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量。单位：坎德拉（cd）。 照 度E：发光体照射在被照物体单位面积上的光通量。单位：勒克斯（Lux）=流明Lm/面积m2。 亮 度L：发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量。单位：尼脱（mcd）。 光
15、 效：电光源将电能转化为光的能力，以发出的光通量除以耗电量来表示。单位：每瓦流明（Lm/w）。 平均寿命：指一批灯至50%的数量损坏时的小时数。单位：小时（h）。 经济寿命：在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下，其综合光束输出减至特定的小时数。室外的光源为70%，室内的光源为80%。 色 温：光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时，黑体的温度称为该光源的色温。光源色温不同，光色也不同，色温在3000k以下有温暖的感觉，达到稳重的气氛；色温在3000k-5000k为中间色温，有爽快的感觉；色温在5000k以上有冷的感觉。单位：K。 显色性：光源的显色性是由显色指数来表明，它表示
16、物体在光下颜色比基准光（太阳能）照明时颜色的偏离能较全面反映光源的颜色特性。要正确表现物体本来的颜色需使用显色指数高的光源。单位：Ra。 色表：是指人眼直接观察光源时所看到的颜色。街道高压钠灯发出的光既亮且白，但当看到被照射的人的面孔时显表灰色，这说明高压钠灯的色表并不差，但显色性不好。 眩光：视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比，则可以造成视觉不舒适称为眩光，眩光是影响照明质量的重要因素。2.2.3节能灯的优点电子节能灯工作原理：利用高频电子镇流器将50HZ的市电逆变20-50KHZ高频电压去点燃荧光灯。它具有以下几个优点： 光效高 光效即发光效率，是指一个光源所发出的光通量和所消耗的电功
17、率之比。可用每瓦流明数或LM/W表示（光通量：是指光源在单位时间内所发出的光量，它是衡量灯的光亮度的重要指标，用LM表示。）紧凑型荧光灯与普通灯泡相比，发光效率约提高5到6倍，如11W节能灯的光通量相当于60W普通白炽灯。 寿命长 所谓的寿命指一只成品灯从点燃至烧毁或灯工作至低于标准中所规定寿命性能任一要求时的累计时间。普通白炽灯泡的额定寿命为1000小时，紧凑型荧光灯的寿命一般为5000小时。 显色好 各种步同的光源会显示出不同的光颜色。我们用显色指数CRI（COLOR RENDERING INDEX）来测定，其范围从0至100。白炽灯和白天耀能的颜色显示指数为100。显示指数的高低直接反应
18、出光的显色性的好坏，光的显色指数越高，在其照射下的物体的颜色就越能越得到真实的反映。反之，就会使物体颜色失真。一般说来，光的显色指数只要大于75以上，就能真实地反映出物体的颜色而不至于失真。 紧凑型荧光灯采用稀土三基色荧光粉，它的显色指数为80RA左右，比普通日光灯显色性显著提高。若采用廉价的卤粉作原料，将达不到此效果。 体积小巧，造型美观，使用简便。 由于紧凑型荧光灯有教高的功率负载，因此它的体积小巧美观，也有教好的装饰作用。一体化节能灯的灯头规格使用条件与普通灯泡基本相同，所以可直接代替普通灯泡使用，它的市场容量巨大，容易推广应用。可以说紧凑型荧光灯集中了日光灯节电，长寿命和白炽灯体积小，
19、显色好，使用简便等优点为一身，无愧是现代室内照明的典型光源，成为国际绿色照明光源的生点推荐产品， 有巨大潜在市场和发展前景。2.2.4节能灯的缺点节能灯启动慢 节能灯是明线光谱（不连续），所以通常的节能灯偏紫色光，在节能灯下看东西会严重变色。蓝色会变紫，红黄色看上去会更鲜艳。所以在配色的工作场合不宜使用节能灯由于节能灯工作原理的限制，灯管中汞也就不可避免地成为一大污染源： 1只普通节能灯的含汞量约5毫克，仅够沾满一个圆珠笔尖，但渗入地下后可能造成1800吨水受污染。由于汞的沸点低，常温下即可蒸发，废弃的节能灯管破碎后，瞬时可使周围空气中的汞浓度超标上百倍。而一旦进入人体的汞超标，就会破坏人的中
20、枢神经系统，而人体一次吸入25毫克汞蒸气即可致死。 中国节能灯推广战略由来已久，仅2008年全国范围内就推广节能灯6200万只，待到2009年，更是高达12亿只。据不完全统计，历年以来，国家推广节能灯高达2亿只。目前，我国在节能灯无害处理方面还是空白，破碎的节能灯随生活垃圾被送到填埋场填埋。2006年我国报废的含汞照明电器折合40瓦标准荧光灯达10亿只，由于处置不当而释放到大气环境中的汞量竟达7080吨。3 节能路灯的需求分析3.1路灯的节能需求国家建设部、发改委于2004年11月，以城建2004204号文，发布了关于加强城市照明管理促进节约用电工作的意见。文中对城市照明工作的现状，今后照明工
21、作的原则和主要任务作出了明确的要求。文中指出“大力推广节能技术，提高电能利用效率。严格按照照明设计标准规范进行照明设施的建设，不得超标准建设；新建、改建照明项目必须采用科学的照明设计方法，推广采用高效照明电器产品和节能控制技术。”以上规则，对城市道路照明设计有着重要的意义。作为一名道路照明工程师，在设计一条道路的路灯时，应首先考虑的是：在满足标准和规范的前提下做到最大限度的节能和节省投资，并降低运行维护费用。随着我国城市化建设的不断深入，经济高速持续的发展，人们的生活水平也不断提高。在繁华的都市，城市道路、夜景照明已成为城市文明的标志和城市文化的代表。在推进城市亮化工程的进程中，照明光源及调控
22、设备得到了空前的发展，当然，城市照明的电能消耗和灯具损耗也越来越大，由于电力紧缺和电费的上涨，照明节能降耗将越来越受到广泛重视。路灯的节能控制相当重要，实现按时开关灯，午夜后降压供电等要求变得更加重要。3.2目前路灯的主要节能方式目前国内照明节能主要的途径有三种：合理照度；采用高效的节能型光源，也就是使用发光效率高的灯泡或灯管；在现有照明系统上加装节能控制设备。从实际应用的角度来看，第二种方案适用于新设计的照明回路。对于已有的照明系统，因需更换所有灯具，初期投入资金和人力比较大，在不能分批分次更新灯具的照明场所，这样做一次性投入太大。对现有照明系统的节能改造，一般采用加装节能设备，较为经济和实
23、用，目前国内销售的照明节能设备很多，其中照明控制调控装置所占比例最大。从工作原理上大致分为三大类。3.2.1可控硅折波型照明节能装置原理：采用可控硅斩波原理，利用可控硅在路灯配电柜或箱式变处让交流电压在一个周期里间断通过或关断来达到调低电压的目的，通过控制晶闸管（可控硅）的导通角，将电网输入的正弦波电压斩掉一部分，从而降低了输出电压的平均值，达到控压节电的目的。这类节能调控设备对照明系统的电压调节速度快，精度高，可分时段实时调整，有稳压作用，因为主要是电子原件，相对来说体积小、设备轻、成本低。 但该调压方式存在一致命缺陷，由于是相控调压，使电压无法实现正弦波输出，还会出现大量谐波，形成对电网系
24、统谐波污染，如果是公用变压器还会产生电力污染。此这种技术已被证明不是理想的节能方式，现已很少采用。3.2.2自耦降压式调控装置现在市场上最多照明节电产品就是此类产品。它的原理是，通过一个自耦变压器机芯，根据输入电压高低情况，接连不同的变压器抽头，将电网电压降低5， 10，15，20V等几个档，从而达到降压节电的目的。 这类产品最大的优点是克服了晶闸管相控型产品产生谐波的缺陷，实现了电压的正弦波输出，结构和功能都很简单，当然可靠性也比较高。但是不能用来控制照明调控装置进行频繁切换，一般做不到实时稳定电压、多时段调控等功能。 3.2.3智能照明节电器智能照明节电器，即智能光源降压稳压调光技术。智能
25、照明调控装置工作原理，采用微电脑控制系统，实时采集输出、输入电压信号与最佳照明电压比较，通过计算进行自动调节，从而保证输出最佳的照明系统工作电压。4 遥控节能电路设计4.1总体设计概论要实现路灯的节能，一方面是使用节能器件，特别是灯具和镇流器的节能化；另一方面是实现控制节能，采用节能控制技术，比如智能光源降压稳压调光技术，电磁按时段换档控制方案，电磁固定降压控制方案。智能光源降压稳压调光技术。智能光源降压稳压调光技术是国际上流行的全数字智能路灯节能控制技术。它充分考虑了城市道路照明的实际状况，依据人体工程学中的视觉理论，采用现代控制论中的最优控制方法，实现了对路灯电压及照度的动态智能化管理。此
26、项技术的基本思路就是：在繁忙的时段，控制路灯保持较强的照度，接近午夜时分，开始自动调光，在后半夜车稀人少时，则控制路灯保持较低照度的照明(类似房灯的调光器，可以随需要而任意调光)。它的主要优点就是在调光的同时也大幅降低了电耗，节约有功电耗达30以上。房灯调光已流行多年，主要是因为室内灯功率小，容易实现。而道路照明则完全不同：首先，灯泡功率大，不易控制；其次，使用环境恶劣，九十年代，电力电子元件技术有了突飞猛进的发展，调光技术有了可靠的质量保障，通过一些地区的规模应用，其完美的调光效果和节电功能得到了一致认同，在德国，美国这些耗电大国，此类技术也得到了政府的大力扶持和推广。智能光源降压稳压调光技
27、术的控制过程是：通过测取城市道路车辆及行人的“时间车辆(人)”统计规律，获取相应的照度调整率，依此来设计计算机的控制程序，根据照度调整率，从某一时刻开始，平滑地对路灯输入电压进行动态调整，使路灯输入电功率与实际照度要求达到最佳匹配，不仅节约了电能，而且稳定了电压，延长了路灯的使用寿命，达到了双重意义上的节能。其次红外遥控路灯使其在夜晚，有行人通过时才点，更加实际的节约了电能。设计目的：主要侧重于通过控制来实现节能。研究的对象设定为路灯，电压220V，总电流60A。灯具选择高压钠灯，电压220V,电流3A,功率250W，20盏；高压钠灯电感镇流器，电压220V,电流3A,250W,短路电流5.2
28、0A，功率因数cos0.065，阻抗60。具体实现目标：灯在城市中起照明作用，在维护交通安全和社会治安方面作用很大。因此，要求路灯要在天黑以后需要时自动点亮。由于夜晚不同时间对照明的要求不同，如在10点前由于行人较多要求正常照明，而在午夜以后人流较小照度要求也要降低，同时电力系统的电压又是变化的，前半夜较低后半夜较高，电能浪费比较严重，同时还会缩短路灯的使用寿命，因此要求实现路灯的电压调控。由于全年的每日日照时间也是在变化的，同时还要考虑到天气变化等其他因素的影响，开、关灯时间也要实现控制。因此实现对路灯电压和开关时间的控制，天黑亮灯，天亮熄灯，晚十点以前正常电压供电，十点以后根据电力系统电压
29、等级降压供电，在保障正常照明要求的前提下实现路灯的节能。4.2节能原理 利用光敏电阻器，在白天呈低阻态，晚上呈高阻态，控制路灯的开关，减少人为的控制，节约人工费，只有在亮度不够时才点亮路灯，减少不必要的开灯；因为上半夜和下半夜的电压不一样，采用NE555的特性，控制电压的高低，使路灯工作在稳压条件下，不仅能增加灯具的使用寿命而且还能节约电能；利用人体红外线的反射，当有行人通过时，才使灯点亮，因为路灯是为人服务的，如果没有行人经过，灯的开启是多余的，在黑夜开灯的基础上加上只有人通过时才亮灯，进一步的实现了节能的目的。4.3主要设计方案电路由红外遥控，光敏电路，降压处理三部分电路组成，利用，光敏电
30、阻的特性，使路灯只有在夜晚时才能点亮，再利用红外遥控使当有人在黑夜通过道路时有灯光的照亮,降压处理使灯即使在半夜电压发生变化时也能工作在稳定的电压下。4.3.1红外遥控设计如图4.3.1所示，它由红外发射器、红外接收电路、单稳态触发器、双稳态触发器、光电耦合器和交流降压整流电路等组成。IC1是一只双时基集成电路556。IC1-1(1/2556)和R1、R2、VD1、C1等组成一个无稳态多谐振荡器，其振荡频率为F=1.443/(R1+R2)C1图示参数的振荡频率为30kHz。 IC1-1输出的脉冲可直接驱动红外发光管VD2，使VD2发出很窄(1：9)的红外调制脉冲光，照射在道路的空间中。IC2采
31、用红外接收集成电路，它内含红外光电接收管、放大器、选频电路及整形输出级。平时（无人穿过路时），IC2的红外光电管收不到VD2辐射出的红外光信号，IC2处于静态，它的输出端（3脚）呈高电位，对后级电路无影响。当有人过道路时，人体反射的红外信号被IC2的光电管接收并被转换成同频率(30kHz）的电信号，经IC2内部放大、选频及解调后，其3脚转呈低电平。该下跳变脉冲信号加至IC1-2的触发端8脚。IC1-2(1/2.556)和R5、C3组成一个单稳态触发电路，当触发端有下跳变脉冲（1/3Vdd）加来时，IC1-2便触发位置，其9脚输出正向脉冲，其脉冲宽度取决于IC1-2单稳态充电时间常数，即t=1.
32、1R5C3图示参数的脉冲宽度为24sIC1-2输出的脉冲作用于IC3-1的触发端，使IC3-1被触发位置。IC3采用双J-K触发器74HC107，IC3-1（1/274HC107）接成双稳态触发器，当有正脉冲触发时，其电路状态翻转，3脚输出高电平，使固态光继电器IC4左侧的发光二极管通电、发光，经IC4内部光电耦合，使右侧的光控双可控硅导通，照明灯EL通电点亮，为行人照明。同时，2脚输出的高电平使发光二极管点亮发光，以指示其工作状态。当时长为24s的触发脉冲结束时，IC3-1翻转复位，其3脚呈低电平，光电耦合器由恢复为静态，电灯EL熄灭。此时行人已走远.图4.3.1 红外线设计电路图4.3.2
33、光敏电路设计光控路灯电路由光控触发器电路、开关电路和电源电路组成， 光控触发器电路由光敏电阻器RG、电位器RP、电容器C3、C4、电阻器R3和时基集成电路NE555组成。开关电路由晶闸管VT、电阻器R2和发光二极VL管组成 电源电路由降压电容器C1、电阻器R1、稳压二级管VSS、整流二极管VD和滤波电容器C2组成。 交流220V电压经C1降压、VS稳压、VD整流及C2滤波后，产生8.5V(Vcc)直流电压供给NE555。在白天，光敏电阻器RG受光照而呈低阻态，NE555的2脚和6脚电位高于2Vcc/3，NE555的3脚输出低电平，发光二极管VL不发光，晶闸管VT处于截止状态，照明灯EL不亮。当
34、黄昏来临时，光照度逐渐减弱，光敏电阻器RG的阻值逐渐增大，NE555的2脚和6脚电压也开始下降，当两脚电压降至Vcc/3时内部的触发器翻转，3脚由低电平变为高电平，使VL导通发光，VT受触发而导通，将照明灯EL点亮。直到第二天黎明来临时，光照度逐渐增强，RG的阻值逐渐减小，使NE555的2脚和6脚电压逐渐升高，当两脚电压升高至2Vcc/3时，NE555的3脚由高电平变为低电平，VL和VT均截止，照明灯EL熄灭。调节RP的阻值，可控制该灯光自动控制电路在不同光照下的动作。图4.3.2光敏电阻部分电路图4.3.3降压处理降压处理电路由电源电路、延时电路和触发控制电路组成。电源电路由熔断器FU、电力
35、定时器的常开触头S1、电源变压器T、整流二极管VD1、滤波电容器C1、限流电阻器R1和稳压二级管VS组成。延时控制电路由电力定时器的常闭触头S2、电阻器R2R4、电容器C2、二极管和晶体管V1、V2组成。触发控制电路由整流二极管VD3VD6、双向触发二极管V3、晶闸管VT、电阻器R6、R7和电容器C3组成。接通S1，交流220V电压经T降压、VD1整流、C1滤波后，一路R1经限流及VS稳压后，为V1提供集电极电压；另一路经S2、R2、VD2对C2充电，使V1和V2饱和导通，此时V3输出的触发电压的移向脚较小，VT在交流电的全周期内导通，路灯全电压(220V)工作。到23；00时，电力定时器的常
36、闭触头S2断开，将C2的充电回路断开，V1的基极电流只能靠C2上储存的电能提供，并随着C2的放电而逐步下降，V2的导通内阻增大，V3的触发移相脚也随之变大。当C2放电完毕（约十几分钟）后，V1和V2截止，VT靠R6和C3上的移相电压来触发导通，此时的移相角达到最大，路灯降压工作。调整的阻值或改变的电容量，可变工作电压的高低。图4.3.3降压处理电路图4.4电路设计电路设计有三部分组成，即红外线控制、光敏电阻电路 、降压处理三个部分组成，如图4.4.1和4.4.2。交流220V电压经C1降压、VS稳压、VD整流及C2滤波后，产生8.5V(Vcc)直流电压供给NE555。当夜幕降临的时候光照度逐渐
37、减弱，光敏电阻器RG的阻值逐渐增大，NE555的2脚和6脚电压也开始下降，当两脚电压降至Vcc/3时内部的触发器翻转，3脚由低电平变为高电平，使VL导通发光，VT受触发而导通红外线部分电路，IC1-2输出的脉冲作用于IC3-1的触发端，使IC3-1被触发位置。IC3采用双J-K触发器74HC107，IC3-1（1/274HC107）接成双稳态触发器，当有正脉冲触发时，其电路状态翻转，3脚输出高电平，使固态光继电器IC4左侧的发光二极管通电、发光，经IC4内部光电耦合，使右侧的光控双可控硅导通，照明灯EL通电点亮，为行人照明。同时，2脚输出的高电平使发光二极管点亮发光，以指示其工作状态。当时长为
38、24s的触发脉冲结束时，IC3-1翻转复位，其3脚呈低电平，光电耦合器由恢复为静态，电灯EL熄灭。此时行人已走远。到半夜时电压升高电力定时器的常闭触头S2断开，将C2的充电回路断开，V1的基极电流只能靠C2上储存的电能提供，并随着C2的放电而逐步下降，V2的导通内阻增大，V3的触发移相脚也随之变大。当C2放电完毕（约十几分钟）后，V1和V2截止，VT靠R6和C3上的移相电压来触发导通，此时的移相角达到最大，路灯降压工作。调整的阻值或改变的电容量，可变工作电压的高低。总电路图见附录A。5 参数计算5.1照度计算照度：照度是用来表示被照物体上光的强弱，以及被照场所光通的面积密度来表示，表面上一点的
39、照度E是入射光通d与该面元面积dA之比：E=d/dA对于任意大小的面积A，若入射光通量为，则在表面积A上的平均照度E为E=/A照度单位为勒克司（lx）。1lx即表示在1平方米的面积上均匀分布1lm光通量的照度值，或者是一个光强为1cd的均匀发光体的点光源，以它为中心，在半径为1m的球面上，各点所形成的照度值。亮度：在一个光源上取一个单元面积dA，从与表面法线成角的方向上去观察，在这个方向上的光强人眼所“见到”的光源面积之比，定义为光源在该方向的亮度L。L=d/dw.dA.cos式中，为面积元dA的法线与给定方向之间的夹角。亮度的单位为坎德拉每平方米如果dA是一个 理想的漫射发光体或理想漫反射表
40、面的二次发光体，它的光强将按余弦分布。逐点计算照度道路表面一点上的照度是将所有路灯对这一点产生的照度叠加起来（其他光源产生的照度不计入）。P点上的全部照度为： n Ep=Irc/h2.cosr.2 1式中Irc-灯具指向p点的光强，方向用r和c来表示n-路灯数一般道路灯的光度数据图表给出的是等光强曲线，按p点所对应的方向角r、c在曲线上查的Irc，代入式即可得一只路灯对p点产生的照度Ep。5.2平均照度与平均亮度的换算 能否看清路面及路面上的障碍物，决定于路面及障碍物的亮度，路面的亮度与其反射特性有关。路面的反射特性用亮度系数q来表示，这个系数被定义为一点上亮度与该点上的水平照度之比： q=L
41、/E亮度系数取决于观察者和光源相对于路面上所考虑的这一点的位置。 q=q（，）（见图5.2.1）图5.2.1决定亮度系数的角度对于一个驾驶员，主要观察车前方60160m这部分道路，此时在1.50.5范围内变化，所以可将假定为一个固定值1（CIE标准），此时路面亮度系数取决于和两个角的值。实际上路面亮度及其分布，除照明条件、观测方向外，还与路面色彩的明暗程度、路表面粒度的粗细及其干湿状态等有关，比较复杂，故一般用求平均亮度的方法计算。路面平均亮度和平均照度可用以下式求得：Lr=QEavQ称为照明设备的综合亮度系数，在灯具配光、配置、观测场所等确定后，在固定的光入射方向和观测方向上Q是个定值。Q的
42、倒数（1/Q=Eav/Lr）称为“平均亮度照度换算系数”，CIE有推荐值列于表5.2.2.表中暗路面如沥青混泥土、细粒沥青混泥土、浇沥青的路面。明路面如水泥石子混泥土路面等。注：p为路面反射比。灯具配光类型为获得1cd/平方米亮度所需的平均照度，lx暗路面（p0.15）明路面（p0.15）截光型2412半截光型189非截光型155表：5.2.2 CIE推荐的平均照度平均亮度照度换算表5.3电缆规格与功率计算5.3.1导线截面积与载流量的计算导线截面积与载流量的计算 一般铜导线载流量导线的安全载流量是根据所允许的线芯最高温度、冷却条件、敷设条件来确定的。一般铜导线的安全载流量为58A/mm2，铝
43、导线的安全载流量为35A/mm2。 如：2.5 mm2 BVV铜导线安全载流量的推荐值2.58A/mm2=20A 4 mm2 BVV铜导线安全载流量的推荐值48A/mm2=32A 。 计算铜导线截面积利用铜导线的安全载流量的推荐值58A/mm2，计算出所选取铜导线截面积S的上下范围： 导线截面积与载流量的计算 S=0.125 I 0.2 I（mm2）； S-铜导线截面积（mm2）；I-负载电流。5.3.2功率计算一般负载分为两种，一种式电阻性负载，一种是电感性负载。对于电阻性负载的计算公式：P=UI 对于日光灯负载的计算公式：P=UIcos，其中日光灯负载的功率因数cos=0.5，不同电感性负
44、载功率因数不同。6 实施的注意事项6.1光源的选择通过实验可知，在低压钠灯下物体的可见距离大于在高压汞灯下的可见距离。低压钠灯比其他光源有一下例优点：1)较高的视觉敏锐度；2)在某一给定的路面亮度时，能产生更高的明亮感觉；3有较高的知觉速度，且不舒适眩光小；4在发生眩光后需较短的恢复时间低压钠灯虽有上述优于其他光源的特点，但其光色是单一的黄色，显色性太差，所以在郊区公路处使用较适合。路灯光源现大都采用高压钠灯。它光效高，透雾性好，适合作路灯光源。最近，国内生产出了超级高压钠灯，250w的为33000lm，400w的为55500lm，而通常分别为28000lm和48000lm，显然在同功率时选高
45、光效的灯泡能节能。考虑到道路上除车辆外还有行人，街道周围还有建筑物，对光源的光色和显色性还有一定要求，综合考虑各种光源的特点后建议：接近市区的公路、市区小路可采用高压汞灯，市内一般街道采用高压钠灯，繁华街道采用金属卤化物灯。6.2元器件的选择红外控制电路中IC1采用双极型双时基集成电路NE556、LM556或CH7556，也可采用两只555，如NE555、LM555或CH7555等，但应选用双基型，不宜使用CMOS型器件（因为其驱动能力差）；VD1采用型整流二极管1N4148；VD2采用TLN104、TLN107或SE30型红外发光二极管；VD3采用1N4004型整流二极管；VDW选用2CW5
46、3型（5V/41mA）稳压二极管；IC2采用SH506-30红外集成电路；IC3采用J-K触发器；R8采用RJ-2W-820千欧型金属膜电阻器；C6作为交流隔离、降压电容器，宜选用耐压不低于400V的优质电容器，如CBB-400V-0.75uF型等光敏电阻部分，R1选用1/2W金属膜电阻器或碳膜电阻器；R2和R3选用1/4W或1/8W碳膜电阻器，RP选用小型电位器或密封式可变电阻器，RG选用亮阻小于3k欧的光敏电阻器，C1选用耐压值大于450V的绦纶电容器或CBB电容器；C2和C4选用耐压值为16V的铝电解电容器；C3选用纶电容器或独石电容器，VD选用1N4007 硅整流二极管，VS选用1/2W、9V的硅稳压二极管，VL选用5mm的发光二极管，VT选用3A、400V的双向晶闸管降压处理电路部分元器件的选择：R1和R7均选用1/2W金属膜电阻器；R2-R5均选用1/4W金属膜电阻器；R6选用1-2W金属膜电阻器；C1和C2均选用耐压值为25V的铝电解电容器，C3选用耐压值为400V的绦纶电容器或CBB电容器；VD1-VD6均选用1N4007型硅整流二极管；VS用2CW59或2CW18(10-12V)型硅稳压二极管；V1选用S9013型硅NPN晶体管；V2选用2SC
