【正文】 工控制為輔的系統(tǒng)。在一般的 情況下，不需要有人的參與，照明系統(tǒng)自動實現(xiàn)開關(guān)和調(diào)光功能。 4 既大大減少了管理人員的數(shù)量，也排除了由于人為因素而出現(xiàn)的不定時開關(guān)，影響學(xué)校的正常教學(xué)、生活秩序的情況出現(xiàn)。 校園照明控制系統(tǒng)的基本組成部分 照明控制器 智能照明控制系統(tǒng)的核心部分，由控制模塊電路、驅(qū)動模塊電路、照明專用自鎖繼電器組成。每個照明控制器均可獨立工作，也可以由計算機(jī)中心控制。主控中心停止工作或通訊中斷不影響控制器的正常運行?？刂破饔卸喾N規(guī)格，單個控制器最多可控制 48 個回路。一個系統(tǒng)內(nèi)最多可連接 500 個控制器。 可編程開關(guān) 智能的弱電開關(guān)，有 1~8 鍵等各種規(guī)格，開關(guān)本身使用 24V 安全電壓，不會有漏電的危險，開關(guān)操作時也不會出現(xiàn)打火和拉弧，確保安全?？删幊涕_關(guān)上的每一個按鍵所控制的回路均由計算機(jī)編程設(shè)定，單鍵可控制多個回路，可根據(jù)情況變化隨意更改組合，使用起來靈活、方便。 照度傳感器 核心部件是光電耦合器，通過感應(yīng)外部自然光源的照度來調(diào)節(jié)室內(nèi)照明的亮度，實現(xiàn)智能探測和智能調(diào)節(jié)的功能。 圖書館 大學(xué)城某學(xué)校圖書館，共六層，每層均分為 A、 B、 C 三個大區(qū)。首層是 計算機(jī)中心、書庫，并有一個 150 座位報告廳；二至五層是圖書閱覽室，六層的 A、 B區(qū)是閱覽室， C區(qū)是資料庫。 大閱覽室照明使用三管日光燈，閱覽區(qū)平均照度 300lux，藏書區(qū)照 5 度 200lux。照明控制方式采用開關(guān)控制方式，根據(jù)區(qū)域和隔燈方式劃分回路。每個閱覽室設(shè)一個照明控制器，與照明配電箱一起安放在服務(wù)臺旁，以便管理。門口安裝可編程開關(guān)，開關(guān)控制的回路由編程確定，其中每個開關(guān)均設(shè)定其中一鍵控制整個閱覽室燈具。書庫和計算機(jī)中心考慮到書籍保護(hù)和計算機(jī)使用的要求，照度相對較低，控制方法與大閱覽室相同。 6 第 3 章 光控 燈 光控?zé)魬?yīng)用范圍很廣，如自動路燈，走廊燈 ?? 圖 31就是一個簡單實用的光控?zé)綦娐?，利用光敏電?Rp感光效應(yīng)（光越強阻值越?。┛刂?Q1 Q2 的導(dǎo)通與截止，實現(xiàn)燈（此處用 LED，當(dāng)然讀者也可以用小燈泡，也能加可控硅或繼電器去驅(qū)動日光燈）的亮滅自動開關(guān)。 圖 31 光控?zé)魣D 當(dāng)有光照射到光敏電阻時，其阻值減?。◣资?K 左右）， Q1基極電壓被拉低而截止， Q2 基極電壓升高 Q2 截止， LED 滅；反之光敏電阻沒有光照時，其阻值增大（幾 M）， Q1 基極電壓升高并使其導(dǎo)通， Q2基極電壓降低， Q2飽和導(dǎo)通， LED 得電發(fā)光。 光控?zé)艄ぷ鲿r間的控制，如圖 32， 33在一定的光亮度下發(fā)光，差分放大電路具有很大的靈敏度，其發(fā)射極電流為 1uA，此后接 BCY58X 作進(jìn)一步的放大。 7 圖 32 工作原理圖 圖 33 亮燈時間和電流關(guān)系圖 光控?zé)糸_關(guān)的電路如圖 34 虛線框內(nèi)所示。 VS是普通單向晶閘管，其觸發(fā)信號由電阻器 R和光敏電阻器 RL對 220V 交流電的分壓（忽略電燈絲電阻）得到。 VD 是普通二極管，主要用于防止 RL 兩端反向電壓對VS 控制極的損壞。白天，環(huán)境自然光線較強， RL 呈低阻值（ ≤2kΩ ， RL兩端交 流電壓小于 VD 和 VS控制極的導(dǎo)通電壓（約 ＋ =），VS 處于阻斷狀態(tài)，電燈 H 不亮；夜晚，環(huán)境自然光線變暗， RL 呈高阻值（＞ 1MΩ ）， VS從 RL 兩端獲得足夠觸發(fā)電壓而導(dǎo)通， H通電自動點亮。 由于每次夜幕降臨電燈點亮?xí)r，燈的亮度是隨著外界自然光線的減弱而逐漸由暗變最亮的，故避免了使用普通機(jī)械開關(guān)時，每次開燈瞬間比正常時大 10 倍以上的強電流對燈絲的沖擊，有效防止了燈絲的過電流速損；另外， H工作時加在它兩端的是半波脈沖電壓，實測直流平均電壓約 99V，燈泡實際功率僅為標(biāo)稱功率的 30%左右，這不 僅節(jié)電，而且還 8 能有效防止因夜深電網(wǎng)電壓升高而造成的燈絲過電壓速損，使得燈泡使用壽命大大延長。筆者單位廁所里的照明電燈，在使用本開關(guān)之前，每月要更換 2－ 3只白熾燈泡，現(xiàn)在使用本開關(guān)一年多時間，尚未更換過一只燈泡。該開關(guān)在白天自身耗電甚微，實測總電流＜ 22μA 。 圖 34 光控?zé)糸_關(guān)圖 VS選用 MCR1008（ 1A、 600V）或 BT169D（ 1A、 400V）型普通塑封單向晶閘管，要求控制極（也叫門極）觸發(fā)電流 Ig＜ 20μA 。 VD 用 1N4004型硅整流二極管。 RL用 MG4512型非密封光敏電 阻器，其它亮阻 ≤2kΩ 、暗阻 ≥1MΩ的光敏電阻器也可代用。 R采用 RTX1/8W 型碳膜電阻器。 注意事項 : 按從左到右 自上而下的順序插接 這樣可以減少誤連和錯連，同時也方便調(diào)試和檢查 .從一開始我們就養(yǎng)成良好的習(xí)慣 . 光敏電阻 (Rp) 用之前可先用萬用表測試其在受光時的電阻和背光時的電阻 因為光敏電阻對光異常敏感 所以使用本機(jī)時 要避開日光燈 (當(dāng)然是指晚上了 )直接照射 否則本電路將失控 . 動手實踐：從元件庫中找出相應(yīng)元件，按圖插好，接上電源，即 可實現(xiàn)白天滅晚上亮之功能。將本機(jī)放置到暗處， LED 即亮，放置到亮處，LED 即滅。晚上試機(jī)效果更明顯，關(guān)掉日光燈，本機(jī)燈亮，打開日光燈，本機(jī)燈滅。本機(jī)可作為停電備用燈，當(dāng)然也可以應(yīng)用到其它場合，請讀 9 者朋友根據(jù)需要自行擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域。 制作與使用 整個光控開關(guān)電路可組裝在經(jīng)過改造后的吊式電燈用掛線盒內(nèi)，如圖 35所示。焊接時注意，各元件引腳均套上電工用絕緣套管，以免在使用過程中發(fā)生短路故障。 RL 引腳不要剪得過短，以裝好后正好從原吊線出孔凸出為宜；掛線盒原有的接線樁直接用作 X X2接線樁即成。此開關(guān)只要 元器件質(zhì)量保證，焊接無誤，無須調(diào)試便可投入使用。 圖 35 光控?zé)糸_關(guān)外形圖 該開關(guān)適合控制標(biāo)稱功率 ≤200W 的普通照明用鎢絲燈泡，它的接線方法與普通機(jī)械開關(guān)相同，完全符合電工接線規(guī)范。實際安裝時，只需把開關(guān)的兩個接線端 X X2不分順序串入電燈相線（火線）一側(cè)回路即行。但注意開關(guān)安裝位置要有所講究，應(yīng)避開風(fēng)雨侵蝕和燈光直射處，選擇在感受自然光良好的地方固定。 光控電子開關(guān)，它的 “ 開 ” 和 “ 關(guān) ” 是靠可控硅的導(dǎo)通和阻斷來實現(xiàn)的，而可控硅的導(dǎo)通和阻斷又是受自然光的亮度（或人為亮度）的大小所控制的。該裝置適 合作為街道、宿舍走廊或其它公共場所照明燈，起到日熄夜亮的控制作用，以節(jié)約用電。 工作原理：電路如上圖所示， 220V 交流電通過燈泡 H及整流全橋后，變成直流脈動電壓，作為正向偏壓，加在可控硅 VS及 R支路上。白天， 10 亮度大于一定程度時，光敏二極管 D 呈現(xiàn)底阻狀態(tài) ≤1KΩ ，使三極管 V截止，其發(fā)射極無電流輸出，單向可控硅 VS因無觸發(fā)電流而阻斷。此時流過燈泡 H的電流 ≤, 燈泡 H不能發(fā)光。電阻 R1 和穩(wěn)壓二極管 DW使三極管 V偏壓不超過 ，對三極管起保護(hù)作用。夜晚，亮度小于一定程度時，光敏二極管 D 呈現(xiàn)高阻狀態(tài) ≥10 0KΩ ，使三極管 V 正向?qū)?，發(fā)射極約有 的電壓，使可控硅 VS 觸發(fā)導(dǎo)通，燈泡 H 發(fā)光。 RP 是清晨或傍晚實現(xiàn)開關(guān)轉(zhuǎn)換的亮度選擇元件。 安裝與調(diào)試：安裝時，將裝焊好的印制板放入透明塑料盒內(nèi)并固定好，將它與受控電燈 H串聯(lián)，并讓它正對著天幕或房子采光窗前較明亮的空間，避免 3米以內(nèi)夜間燈光的直接照射。調(diào)試宜傍晚時進(jìn)行，調(diào)節(jié)RP 阻值的大小，使受控電燈 H在適當(dāng)?shù)牧炼认率键c亮。 11 第 4 章 光電可逆計數(shù)器 光電技術(shù)已滲透到許多科學(xué)領(lǐng)域 , 并得到迅猛發(fā)展。具有代表性得是半導(dǎo)體激光器的廣泛應(yīng)用 , 具有高量子效率的負(fù)電子親和勢。 光電陰極的光電倍增管和第 3 代微光像增強器件的實用化 , 超大規(guī)模的 CCD 面陣的固體攝像器件已在工業(yè)和民用領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用 , 在熱成像光電中的紅外焦平面技術(shù)的應(yīng)用等等。本文討論的光電可逆計數(shù)器系統(tǒng)就是一種性能卓越的光電系統(tǒng)。 在動態(tài)測試中測試元件需正反兩個方面移動 ,利用可逆計數(shù)器 , 對一個方向移動的信號進(jìn)行加法運算 , 而對相反方向移動的信號進(jìn)行減法運算 , 從而實現(xiàn)了可逆計數(shù)器。光電可逆計數(shù)器系統(tǒng)的原理框圖。 圖 41 光電可逆計數(shù)器系統(tǒng)原理框圖 1) 接收電路。由于 現(xiàn)在設(shè)計的這個光電可逆計數(shù)器系統(tǒng)的目的是對光信號干涉條紋進(jìn)行計數(shù) , 所以接收電路主要任務(wù)是接收光信號然后轉(zhuǎn)換成電信號 , 又通過所接負(fù)載轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。 2) 放大電路。由于光經(jīng)光電二極管產(chǎn)生的電信號很弱 , 不能使后面的波形整形電路及計數(shù)器正常工作 , 所以需要經(jīng)過放大電路放大到一定程度才可以使后面的電路正常運作。 3 ) 波形整形電路。波形整形電路是通過一個電壓比較器將正弦波、三角波等轉(zhuǎn)換成高低電平?；谟嫈?shù)器工作時鐘脈沖需要高低相間的電平 , 然而 , 經(jīng)過光電二極管又經(jīng)放大的電壓信號是正弦曲線 , 所以電壓比較器在此的作用非常重要。 12 4) 計數(shù)器電路。這是整個裝置的核心部分。它接收來自波形整形電路的脈沖信號經(jīng)過內(nèi)部觸發(fā)器的運作輸出 4 位二進(jìn)制數(shù)。若產(chǎn)生進(jìn)位溢出則輸入到下一個計數(shù)單元 , 從而又產(chǎn)生一個高位 4 位二進(jìn)制數(shù)。 5) 譯碼器電路。將計數(shù)器輸出的二進(jìn)制數(shù)譯成 7 段顯示碼信號。 6) 顯示器電路。接收七段顯示碼信號觸動數(shù)碼管各端顯示出所計脈沖個數(shù)的數(shù)字。 7) 控制電路。對計數(shù)器的工作產(chǎn)生置位與復(fù)位 , 復(fù)位讓計數(shù)器的各輸入端清除原來的狀態(tài)為 “0” 狀態(tài)。置位可以對計數(shù)器進(jìn)行預(yù)置數(shù) [ 1 ]。 在數(shù)字電路的家族中 , CMO S 系列產(chǎn)品取得了引人注目的發(fā)展。它的功耗小、抗干擾能力強、狀態(tài)范圍大、價格低廉等優(yōu)異的特性 , 受到人們的普遍重視。從電子手表的選擇到生產(chǎn)線的自動控制 , 其應(yīng)用愈來愈廣。光電可逆計數(shù)器主要采用 CMOS 集成電路設(shè)計。 接收電路 其主體就是一個光電探測器 , 光電探測器有兩類 , 真空光電器件與固體光電器件。固體光電器件包括 : 光敏電阻、光電池、光電二極管、光電三極管等 ,電路圖如圖 42 所示。對于大多數(shù)微弱信號的檢測 , 須接放大電路。所以光電器件與放大電路的組合器件 應(yīng)運產(chǎn)生。兩者的典型連接方式有 3 種 : 電流放大型 , 電壓放大型 ,阻抗放大型。圖 42 是電壓放大型 IC 變換電路。 13 圖 42 電壓放大型 IC變換電路 硅光電二極管的正端接在運算放大器的同相端 , 運算放大器的漏電流比暗電流多 , 有很高的輸入阻抗。當(dāng)負(fù)載電阻 R L 取 1M 8 以上時 , 運行于硅光電池狀態(tài)下的硅光電二極管處于接近開路狀態(tài) , 可以得到與開路電壓成正比例的輸出信號 , 即 V 0= A V A = (R 1+ R 2)246。R 1 是該電路的放大倍數(shù)。本文選擇硅光電二極管 , 由于干涉 條紋寬為 1 cm , 而所設(shè)計的探測器窗口需要 0. 5 cm 2 cm. 所以選硅光電二極管S1337233BR , 其暗電流小于 25 pA. 放大整形電路 Lm 393 是低功耗的雙電壓比較器 ,Lm 339 是低功耗四電壓比較器。Lm 393 中有兩個比較器且分別獨立 , 可用作兩個放大器接光電二極管 ,Lm 339 有 4個各自獨立的電壓比較器 , 其電路簡單 , 用途廣泛 ,其輸出級由復(fù)合 PN P 管組成的差分放大器承擔(dān)。 計數(shù)器 CMOS 計數(shù)器種類繁多 , 其中 , 只有 CC40192是 雙時鐘可預(yù)置數(shù)的十進(jìn)制可逆計數(shù)器。它有以下特點 : a. 采用雙時鐘的邏輯結(jié)構(gòu) , 加計數(shù)和減計數(shù)具有各自的時鐘通道 , 計數(shù)方向由時鐘進(jìn)入的通道來確定 。 14 b. 計數(shù)單元是由與非門組成的 T 型觸發(fā)器 , 由脈沖的下降沿來觸發(fā) , 而對整個計數(shù)器來說則是在 CPu 或 CPd 的上升沿觸發(fā)來翻轉(zhuǎn)的 。 c. 采用 8421 編碼 。 d. 進(jìn)位輸出 QC0和借位輸出 QB0與時鐘脈沖同步 , 其輸出脈沖寬度與CP 的低電平寬度相同 。 e. 清零與置位功能與時鐘脈沖 CP 不同步。根據(jù) CC40192 的波形圖結(jié)合它的功能如表 41所示。 表 41 CC40192 功能表 作加計數(shù)時 , CPd 端為高電平 , 時鐘脈沖由 CPu端輸入 , 在上升沿的作用下 , 計數(shù)器做增量計算。作減計數(shù)時 , CPu 端為高電平 , 時鐘脈沖由 CPd端輸入 , 在上升沿的作用下 , 計數(shù)器做減量計算。預(yù)置數(shù)時 , 只要在預(yù)置控制端 PE 和 C0 端上加低電平或負(fù)脈沖 , 即可將接在 D1～ D4 上的預(yù)置數(shù)傳送到計數(shù)單元的輸出端 D1～ D4. 然后 PE 端恢復(fù)高電平時 , 計數(shù)器即可在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上作加減計數(shù)。清零時 , 只要在 C0 端加上高電平或正脈沖 , 則各輸出端 Q 1～ Q 4 全部 為 “0” 電位。為了聯(lián)級的需要 , 本電路還設(shè)有進(jìn)位輸出端 QC0借位輸出端 QB0, 當(dāng)加計數(shù)達(dá)到了最大值 (1001)且加計數(shù)時鐘輸入是低電平時 ,QC0負(fù)脈沖 , 即 QC0= 4CPu. 當(dāng)減計數(shù)達(dá)到零 2 (0000) 且減計數(shù)時鐘脈沖輸入是低電平 ,QB0輸出一負(fù)脈沖 , 即 QB0= 譯碼器 譯碼器種