《2003年江西省电子设计大赛题目及电路解析》

                路灯自动开关的模拟装置(2003年赛题)
    一、题意
    有一集镇的街道路灯,以高压汞灯与钠灯隔盏交又安排在街道两旁,为了节约用电,当
行人稀少的后半夜,将钠灯关闭,仅保留汞灯。这就是说,傍晚全部灯亮,约6小时后隔盏关灯,第二天清早路灯全部关闭,傍晚路灯又自动开启,后半夜隔盏关灯,清早关闭……如此循
环往复。
    二、模拟制作要求
    令红发光二极管模拟高压钠灯,绿发光二极管模拟高压汞灯,1秒钟模拟1小时,学生设计电路,完成制作,使其作品能演示上述路灯控制开关的模拟操作。
    三、参考电路
    实现上述题意的模拟制作随所设计的电路及元器件的不同而异,由于路灯是用发光管模
拟,则应按发光管的电性能供直流电。为了能在短时间内看到作品演示功能的全过程,特用1秒的时间代替6小时,图15-4就是实现模拟功能的电子制作电路参考图,图15-4中元件参数是参考值,有的元件如R1、R2、R5等未标明数值,要求读者要根据计算并经电路调试决定。
    四、元器件功能
市电交流220 V经保险丝(F)给电源变压器(B)供电,B为降压变压器,其次级的交流电压约为15 V,再经VD.~VD4组成的桥式整流电路整流、电容器C.滤波,78 1 2稳压给电路提供1 2V直流电压。R1、VDs组成12 V输出指示器,RG为光敏电阻,调节R2的阻值能改变RG的取样电压。四运放LM324分别接成四个反相(放大)器,901 3推动电磁继电器K,,Ki的常开触点接绿发光二极管(模拟高压汞灯)。IC555电路组成定时电路,定时时间长短由尺4、C4定时元件决定,C3为触发信号的耦合电容器,电磁继电器K2的常开触点接红发光二极管(模拟高压钠灯)。 VD25是稳压管,稳压值约3 V,R5为VD25的降压、限流电阻。C6、C7分别为电磁继电器K2、K1线圈的保护电容器。
                    NE555管脚图
                    CD4011管脚图
                      路灯开关模拟电路
五、电路的工作原理
    1.白天
    RG见日灯(演示时可用灯光替代),阻值很小,VRG电位很低,即CD4011的①、②脚为低电位,③脚为高电位,④脚为低电位,⑩脚为高电位,于是:
    ①CD4011的⑩脚为低电平,三极管90 1 3截止,继电器Ki的线圈无电流流过,其动接点不动作,常开点K,也不得电,绿发光管不亮。
    ②CD4011的⑩脚突变为高电位的同时,这意味着一正脉冲触发IC555的②脚,则IC555
的③脚输出低电位,继电器K2的线圈无电流流过,红发光管不亮,这就模拟出白天路灯不亮的情景。    .
    2.晚上
    随着傍晚天渐渐变暗,尺G失光(也可用电工黑胶布遮住RG表面进行演示),阻值变大,VRG电位升高,即CD4011的①≮②脚变为高电位,③脚变为低电位,④脚变为高电位,⑩脚变为低电位,于是:
    ①CD4011的⑩脚为高电平,三极管90 1 3导通,继电器K,的线圈有电流流过,动接点动作,脱离静接点Ki—i,接触静接点K.砣,绿发光二极管得电发亮(这模拟着高压汞灯被点亮)。
    ②CD4011的⑩胸变为低电位的同时,意味着一负脉冲触发IC555的②脚,则IC555的③脚输出高电平,则继电器K2的线圈有电流通过,K2的动接点动作,脱离静接点K2一,,接触静接点K2—2,红发光二极管得电、发亮(这意味着高压钠灯被点亮)。
    3.后半夜
    当IC555的②脚获得负脉冲,红发光二极管开始发亮的同时,IC555的⑥、⑦脚上连接的充电电容器C4亦开始充电,约6秒(模拟6小时)钟后,VC4的充电电压≥VDD(即8V),则IC555的③脚变为低电平,K2线圈电流切断,恐的动接点便脱离K2—2,回到K2~1,使红发光二极管失电不亮(这就模拟着后半夜隔盏关灯)o
    4.  二天清晨
    此时回到了白天(演示时将黑胶布揭去,让尺G见光),光敏电阻RG见光阻值变小,使VRG变为低电位,三极管90 1 3截止,绿发光二极管失电不亮,与此同时IC555的②脚获得正脉冲,使IC555的③脚输出低电平,K2的线圈仍无电流通过,确保了红发光二极管失电不亮,即是白天路灯全部关闭。
    六、元器件选用
    参照图15-4所示参数。

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