室外照明自动控制电路的设计

摘 要：室外照明在实际生活中应用非常广泛，目前，许多区域多采用光控自动照明控制，在清晨和黄昏光照强度临界点附近，环境亮度的变化很缓慢，导致天黑前和天亮前灯具频繁闪爍，将大大缩短灯具的使用寿命，同时也浪费电能，为克服上述缺点，本文详细介绍了一套采用光敏电阻采集光照来实现灯具的亮灭控制的电路，该电路能根据环境光线的增强或减弱，迅速将灯具点亮或熄灭，来实现照明灯具的有效控制。

关键词：自动控制；光敏电阻；有效控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.120

0 引言

照明用电在整个耗电量中占有相当大的比重，如何改进照明电路的控制方式对于节省能源具有重要的意义。现有的照明灯具多采用手动开关来控制，在公共场所时常出现“长明灯”现象；有的照明电路利用声音来控制照明灯具的亮灭，往往又因周围环境的干扰而造成失误。因此设计出结构简单、使用方便、运行可靠的自动照明装置是十分必要的。不同季节的昼夜长短不同，而昼夜之间室外光照强度的差别也很大，白天光照强度大，晚上光照强度弱，可使光敏电阻的阻值由几百欧到几兆欧之间变化，因此可利用光敏电阻的这一特性来制作室外照明的自动控制电路，使灯具晚上自动点亮、白天自动熄灭。

1 室外照明自动控制电路的组成

室外照明自动控制电路的硬件模块：感光信号采集与处理、光照强度判断电路、控制驱动电路、路灯照明电路、直流稳压电源。如图1所示：

采用光敏电阻采集光照强度信号，将其转换为电压信号送入光照强度判断电路进行比较，比较后的结果送给控制驱动电路。若晚上光照强度弱，则由控制驱动电路控制路灯照明电路接通电源，使路灯点亮；若白天光照强度强则由控制驱动电路控制路灯照明电路断开电源，使路灯熄灭。其中直流稳压电源为室外照明自动控制电路提供所需的直流电压。整个系统采用～220V/50Hz电源供电。

2 室外照明自动控制电路

图2所示为一室外照明自动控制电路。其中LDR1为光敏电阻。

3 自动控制电路的工作原理

3.1 +5V直流稳压电源

+5V直流稳压电源由U1集成稳压器LM7805、电源变压器（～220V/～12V）、整流二极管D1～D4、电容C1～C4构成。～220V工频交流电源经电源变压器变压为～12V，经单相桥式整流电容滤波及稳压电路后，输出电压为+5V，为整个电路提供所需的直流电压。

3.2 感光信号采集与处理电路

感光信号采集与处理电路由光敏电阻LRD1和电位器RV1串联而成。白天光照强，光敏电阻的阻值小，所分得的电压低；晚上光照弱，光敏电阻的阻值大，所分得的电压高。这样就将光照的强弱转化为不同的电压数值Ui，送入LM324的反相输入端。RV1用于调节光敏电阻所获电压的大小，以便调试时选择路灯亮灭合适的临界点。

3.3 光照强度判断电路

光照强度判断电路是由集成运放LM324、电阻R1～R4、发光二极管LED1所组成的反相输入滞回电压比较器。其中R3将比较的结果反馈回比较器的同相输入端，引入了正反馈，使得比较器的抗干扰能力提高，由R1、R2分压提供了比较器的参考电压给其同相输入端，因R1=R2且直流稳压电源电压为5V，因此参考电压UREF=U+=2.5V。发光二极管LED1与限流电阻R4串联，用于指示比较结果。

感光信号采集与处理电路将光照的强弱转化为不同的电压数值Ui，由LM324的反相输入端输入，与LM324的同相输入端的参考电压UREF进行比较：

若晚上Ui>UREF，则比较器输出低电平，LED1不亮；

若白天Ui

3.4 控制驱动电路控制照明电路

（1）控制驱动电路。控制驱动电路由三极管Q1、电阻R5～R6、二极管D5、继电器RL1的线圈构成。

（2）照明电路。照明电路由路灯L1、～220V电源、继电器RL1的常闭接点（本为转换接点，因只用了常闭状态，故称常闭接点）。

（3）控制驱动原理。若晚上Ui>UREF，则比较器输出低电平，三极管Q1截止，继电器RL1的线圈不通电，继电器RL1的常闭接点处于闭合状态，使路灯接通～220V电源而点亮；若白天Ui

（4）二极管D5与继电器RL1的线圈并联。当继电器RL1的线圈断电时，线圈电流逐渐减小至0时，其感应电动势会对电路中的元件产生反向电压。为防止反向电压击穿电路元件，将二极管D5并联在线圈两端，使线圈产生的感应电流通过二极管D5和线圈构成的回路做功而消耗掉。

4 室外照明自动控制电路的仿真调试

使用Proteus ISIS软件绘制室外照明自动控制电路，为了方便调试，调用了交流电压表，并在多处放置电压探针。仿真调试过程中需反复适当修改部分元件参数，逐步使电路趋向更佳的状态。仿真调试成功，效果如图3（a）、（b）所示。

5 调试结果分析

室外照明自动控制电路工作稳定可靠，可按照光照强度准确的控制灯具晚上自动点亮、白天自动熄灭，且硬件结构简单，成本低廉，实际应用优势非常明显。

参考文献：

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[2]胡宴如.模拟电子技术[M].北京：高等教育出版社，2008.

[3]周润景，张丽娜.基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[4]华荣茂.数字电子技术与逻辑设计教程[M].北京：电子工业出版社，2002.

作者简介：曹文祥（1983-），男，山西忻州人，本科，讲师，研究方向：电子信息工程。