【文章內(nèi)容簡介】 通過改變二次阻抗來改變一次阻抗與負(fù)載阻抗的比例關(guān)系，實(shí)現(xiàn)負(fù)載調(diào)功，從而改變路燈端電壓。功率變換單元由電力電子功率器件、觸發(fā)控制器、信號檢測與處理器等組成。通過對晶閘管控制角的調(diào)整來控制可變電抗變換器二次線圈電流的大小，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 8 進(jìn)而使得路燈的端電壓發(fā)生變化來改變路燈的照明亮度，它的基本工作原理如圖23所示。圖23 功率單元工作原理圖圖中 ， 觸發(fā)裝置收到來自于智能控制器的控制信號，觸發(fā)板輸出脈沖信號則使功率變換單元按要求改變晶閘管的導(dǎo)通情況，晶閘管的導(dǎo)通情況不同直接決定了可變電抗變換器二次線圈的電壓或電流發(fā)生變化，由于電磁感應(yīng)，使電抗器一次側(cè)電抗值發(fā)生變化(即可變電抗變換器)，進(jìn)而改變路燈的輸入電壓，使路燈不僅可以實(shí)現(xiàn)軟起動，也可以按要求進(jìn)行自行調(diào)壓控制其照度。智能控制器通過對采集信號的處理，輸出實(shí)時(shí)需要的控制信號。與控制器相連的傳感器有光學(xué)傳感器和聲學(xué)傳感器兩種，光線的明暗經(jīng)過光學(xué)傳感器轉(zhuǎn)變成模擬信號，智能控制器通過對該信號的處理輸出對路燈是否開啟或關(guān)斷的控制決策:而現(xiàn)場的聲音情況通過聲學(xué)傳感器的采集和處理也得到相應(yīng)的模擬信號，將此信號輸入至智能控制器中，山智能控制器依據(jù)模糊控制算法來調(diào)整路燈的輸入電壓，將路燈的照度與實(shí)時(shí)街道上人車流量相對應(yīng)，使其亮度效果。圖24 智能控制器控制流程圖畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 9 3 硬件設(shè)計(jì)智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的硬件部分由智能控制器和功率變換單元組成。其中功率變換單元由電力電子功率器件、觸發(fā)控制器、信號檢測與處理器等組成。智能控制系統(tǒng)硬件主要由聲學(xué)傳感器、光學(xué)傳感器、信號變送器、微處理器、AM和D/A轉(zhuǎn)換器等組成。硬件系統(tǒng)的工作原理為:光信號通過光電傳感器轉(zhuǎn)變成模擬信號，經(jīng)變送器輸入至A/D轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉。噪聲信號通過噪聲傳感器轉(zhuǎn)變成電信號，通過模糊控制算法實(shí)時(shí)處理人車流量信息，動態(tài)調(diào)節(jié)燈光強(qiáng)弱度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。其系統(tǒng)框圖如圖31所示。圖31 硬件結(jié)構(gòu)圖畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 10 光源檢測其實(shí)就是利用了一個光電式傳感器。所謂光電式傳感器是能將光能轉(zhuǎn)換為電能的一種器件，簡稱光電器件。它的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)，而光電效應(yīng)是指物體內(nèi)部的導(dǎo)電電子因吸收輻射而發(fā)生運(yùn)動狀態(tài)的改變，從而導(dǎo)致電學(xué)特性改變的現(xiàn)象。它在現(xiàn)代測量與控制系統(tǒng)中，應(yīng)用非常廣泛。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件3部分組成。其基本原理是以光電效應(yīng)為基礎(chǔ)，把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借體，可以看作是一連串帶有一定能量為的光子轟擊在這個物體上，此時(shí)光子能量就傳遞給電子，并且是一個光子的全部能量一次性地被一個電子所吸收，電子得到光子傳遞的能量后其狀態(tài)就會發(fā)生變化，從而使受光界射的物體產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng)通常把光電效應(yīng)分為3類:(1) 在光線作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，如光電管、光電倍增管等。(2) 在光線作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)，如光敏電阻、光敏晶體管等。(3) 在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，如光電池等。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，光源檢測用于整套系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉，因此只需要有內(nèi)光電效應(yīng)的光敏器件即可。光敏器件包括光敏電阻、光敏二極管及光敏三極管等。光敏電阻的工作原理是用光電導(dǎo)體制成的光電器件又稱光導(dǎo)管，它是基于半導(dǎo)體光電效應(yīng)工作的。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時(shí)可加直流偏壓，也可以加交流電壓。當(dāng)無光時(shí)，光敏電阻值(暗電阻)很大，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 11 + _+ _電路中電流很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時(shí)，它的阻值(亮阻值)急劇減少，因此電路中電流迅速增加.光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，其符號如圖33所示，為增加受光面積，PN 結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負(fù)載電阻相串聯(lián)，當(dāng)無光照時(shí)，它與普通二極管一樣，反向電流很小，稱為光敏二極管的暗電流。當(dāng)有光照時(shí)，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子空穴，稱為光電載流子。在外電場的作用下，光電載流子參于導(dǎo)電，形成比暗電流大得多的反向電流，該電流稱為光電流。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號。圖33 光敏二極管光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能，其符號如圖34所示。光敏三極管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個極— 發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光卞要被基區(qū)吸收。工作時(shí)集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。比一般三極管的穿透電流還小:當(dāng)有光照時(shí)，激發(fā)大量的電子空穴對，使得基極產(chǎn)生的電流Ib增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。圖34 光敏三極管由于本系統(tǒng)涉及的光源采集為系統(tǒng)啟停提供控制信息，所以采用光敏電阻即可滿足系統(tǒng)需求。光敏電阻和其它半導(dǎo)體光電器件相比有以下特點(diǎn):(1) ，光譜響應(yīng)可從紫外光、可見光、近紅外擴(kuò)展到遠(yuǎn)紅外，尤其對紅光和紅外輻射有較高的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 12 RCDKJ響應(yīng)度.(2) 工作電流大，可達(dá)數(shù)毫安。(3) 所測光強(qiáng)范圍寬。既可測強(qiáng)光也可測弱光。(4) 靈敏度高。光導(dǎo)電增益大于to圖35所示是利用光敏電阻控制的路燈自動啟停電路。該電路由兩部分組成。電阻R、電容C和二極管D組成半波整流電路。CdS光敏電阻和J組成光控繼電器。路燈接在繼電器常閉觸點(diǎn)上，光控繼電器控制燈的1從燃和熄滅。工作原理是:晚上光線很暗，CdS光敏電阻阻值很大，流過J的電流很小，使繼電器J不動作，路燈接通電源點(diǎn)亮。早上，天漸漸變亮，即照度逐漸增大，CdS光敏電阻受光照后，阻值變小，流過J的電流逐漸增大，當(dāng)照度達(dá)到一定值時(shí)，流過繼電器的電流足以使i動作，使其閉合，其常閉觸點(diǎn)斷開，路燈熄滅。圖35 光敏電阻控制的路燈自動點(diǎn)電路聲音測量結(jié)構(gòu)如圖36所示。其中，外部聲音信號傳播到傳聲器，并通過運(yùn)算放大器將輸入的微弱音頻信號轉(zhuǎn)換為一信號電平(電壓信號)，此電壓信號則由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號發(fā)送至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入的數(shù)字信號進(jìn)行處理，并經(jīng)量綱轉(zhuǎn)換出所對應(yīng)的DB值，最后在單片機(jī)控制下由LCD實(shí)時(shí)顯示出來。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 13 圖36 聲音檢測結(jié)構(gòu)框圖本系統(tǒng)選用傳聲器作為路面聲音信號的采集裝置。傳聲器換能設(shè)備，是一種重要的電聲器件。傳聲器作為音頻系統(tǒng)的第一環(huán)節(jié)，應(yīng)具備結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、性能穩(wěn)定的品質(zhì)，能滿足在特定使用條件下的基本要求。其基本技術(shù)特性為:(1) 傳聲器的靈敏度傳聲器的靈敏度表示傳聲器的聲一電轉(zhuǎn)換效率，當(dāng)傳聲器的振膜受到聲壓的作用時(shí)，在負(fù)載上所產(chǎn)生的電動勢或電壓的數(shù)值，稱為傳聲器的靈敏度。視負(fù)載情況不同，分為開路(空載)靈敏度和帶載靈敏度。(2) 傳聲器的響應(yīng)頻率傳聲器的頻率響應(yīng)指傳聲器靈敏度依從頻率的關(guān)系，簡稱頻響，靈敏度與頻率之間的關(guān)系曲線叫頻響曲線。在給定的頻率范圍內(nèi)，頻響的不均勻度以dB來度量。響特性是評價(jià)傳聲器音質(zhì)的最重要的標(biāo)準(zhǔn)，如果頻響曲線從低端到高端都很平坦，則說明它能真實(shí)地再現(xiàn)原聲，而事實(shí)上即使是最高級的傳聲器也存在高頻提升、低頻下降的情況。因此，在一定頻帶寬度內(nèi)頻響的不均勻度越小，其有效頻率范圍就越窄。為獲得良好的音質(zhì)，要求傳聲器的頻響應(yīng)具有寬而平直特性。(3) 傳聲器的指向性傳聲器的指向性是傳聲器的靈敏度隨聲波入射方向變化的特性，又稱為方向性。不同的聲波入射角所得入射角頻率曲線，就是傳聲器的指向頻響曲線。通常以傳聲器與聲源同聲軸0。(正向)900(側(cè)向)和畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 14 180。(背向)這二種角度來測定其頻響，越大，指向性就越強(qiáng)。傳聲器的輸出阻抗指傳聲器的交流內(nèi)阻，又稱源:在聲頻為1000Hz、聲壓為1Pa的聲場中，調(diào)節(jié)傳聲器輸出端可變電阻的阻值，使傳聲器的輸出電壓值為不接可變電阻時(shí)開路輸出電壓值的1/2，此時(shí)電阻的阻值即為傳聲器的輸出阻抗。(4)傳聲器的最大聲壓極在強(qiáng)聲壓作用下，%一1%時(shí)的聲壓級稱為最大聲壓級。它是衡量傳聲器性能優(yōu)劣的一項(xiàng)重要指標(biāo)。傳聲器的種類很多，按換能原理可分為電動式、電容式、電磁式、壓電式、半導(dǎo)體式傳聲器。按接收聲波的方向性可分為無指向性和有方向性兩種，有方向性傳聲器包括心形指向性、強(qiáng)指向、雙指向性等。按用途可分為立體聲、近講、無線傳聲器等。(1)動圈傳聲器動圈傳聲器是 一種最常用的傳聲器。它的結(jié)構(gòu)主要由振動膜片、音圈、膜片就隨著聲音前后顫動，從而帶動音圈在磁場中作切割磁力線的運(yùn)動。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在線圈兩端就會產(chǎn)生感應(yīng)音頻電動勢，從而完成了聲電轉(zhuǎn)換。為了提高傳聲器的輸出感應(yīng)電動勢和阻抗，還需裝置一只升壓變壓器。動圈傳聲器結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定靠、使用方便、固有噪聲小，被廣泛用于語言廣播和擴(kuò)聲系統(tǒng)中。但缺點(diǎn)是靈敏度較低、頻率范圍窄。近幾年己有專用動圈傳聲器，其特性和技術(shù)指標(biāo)都較好。(2) 電容傳聲器電容傳聲器是靠電容量的變化而工作的。它的結(jié)構(gòu)如圖38所示，主要由振動膜片、剛性極板、電源和負(fù)載電阻等組成。它的工作原理是當(dāng)膜片受到聲波的壓力，并隨著壓力的大小和頻率的不同而振動時(shí)，膜片極板之間的電容量就發(fā)生變化。與此同時(shí)，極板上的電荷隨之變化，從而使電路中的電流也相應(yīng)變化，負(fù)載電阻上也就有相應(yīng)的電壓輸出，從畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 15 而完成了聲電轉(zhuǎn)換。電容傳聲器的頻率范圍寬、靈敏度高、失真小、音質(zhì)好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，多用于高質(zhì)量的廣播、采音、錄音、擴(kuò)音中。(3) 駐極體電容傳聲器這種傳聲器的工作原理和電容傳聲器相同，所不同的是它采用一種聚四氟乙烯材料作為振動膜片。由于這種材料經(jīng)特殊電處理后，表面被永久地駐有極化電荷，從而取代了電容傳聲器的極板，故名為駐極體電容傳聲器。其特點(diǎn)是體積小、性能優(yōu)越、使用方便，被廣泛地應(yīng)用在盒式錄音機(jī)中作為機(jī)內(nèi)傳聲器。(4) 無線傳聲器無線傳聲器實(shí)際上是一種小型的擴(kuò)一聲系統(tǒng)。它由一臺微型發(fā)射機(jī)組成。發(fā)射機(jī)又由微型駐極體電容式傳聲器、調(diào)頻電路和電源三部分組成，無線傳聲器采用了調(diào)頻方式調(diào)制信號，調(diào)制后的信號經(jīng)傳聲器的短開線和發(fā)射出去，其發(fā)射頻率的范田按國家規(guī)定在loMHz一120MHz之間，每隔ZMHz為一個頻道，避免互相干擾。無線傳聲器與接收機(jī)應(yīng)一一對應(yīng)，配套使用，不得張冠李戴，出現(xiàn)差錯。接收機(jī)是專用調(diào)頻接收機(jī)，但是一般的調(diào)頻收音機(jī)只要使其調(diào)諧頻率調(diào)整在無線傳聲器發(fā)射的頻率上，同樣能收聽到無線傳聲器發(fā)出的聲音。無線傳聲器體積小、使用方便、音質(zhì)良好、話筒與擴(kuò)音機(jī)間無線、移動自如、且發(fā)射功率小，因此在教室、舞臺、電視攝制方面得到了廣泛的應(yīng)用。由于本系統(tǒng)采集的聲音信號為道路上行人與車輛所發(fā)出，則需要靈敏度高、非線性失真小、頻響范圍寬的傳聲器。通過上文的闡述，可選用電容式傳聲器作為路面聲音信息的采集裝置。優(yōu)質(zhì)電容式傳聲器的頻響可達(dá)到聲頻的范圍是ZOH矛ZOKHz，適合于高質(zhì)量的拾音。國產(chǎn)電容式，如CRI一6，CRGI一2等。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 16 方案中己經(jīng)闡明，功率單元處于可變電抗器