成都理工大学信息科学与技术学院 杜春魁
【摘要】随着人们生活习惯的改变，更多的商店选择24小时营业，广告投放会更加注重在夜晚的投放，这样就需要灯箱式广告牌或者LED液晶显示屏来打广告。然而，LED显示屏的成本太高，并不是大多数商家选择的方式，最终灯箱式广告牌会呈增长趋势。所以设计了可实现光控自动开关和亮度自动调节的广告牌灯光自动控制系统。
【关键词】光敏电阻；555定时器；施密特触发器；继电器；晶闸管
随着广告形式的多样化，户外广告逐渐被网络广告所替代，但是大型建筑外墙商务广告牌却呈现上涨趋势，随着科技的发展，传统户外广告也在变更，逐渐变为霓虹灯广告，这样方便晚上可见。虽然现在视频广告是发展的主要潮流，但是成本过高，传统商业模式下，大部分人还是会选择成本较为低廉的传统广告牌为主体。在控制广告牌灯光的时候，很多依然是人为操作。为了减少人为操控导致误开或误关，以及操作的复杂性和电能的浪费，需要自动控制灯光的开启和关闭和灯光亮度的自动调节。所以，本设计完全根据社会现状需求以及未来户外广告的发展趋势来设计广告牌的自动控制，因此具备了一定的实际意义的。
本文中所设计的广告牌灯光自动控制系统是基于555定时器构成的施密特触发器来完成对光控开关这一部分的电路设计。系统由光敏电阻传感器检测到周围的环境的亮度，光敏电阻将外界信号变为电信号传输到555定时器，然后对数据进行处理，同时将处理后的信号输出，当输出电压为高电平时，继电器触点发生转换，相当于开关闭合，受控电路的负载HL发亮。本设计通过二极管连接成桥式电路，后面接一个晶闸管共同构成全波相控电路，通过桥式电路整流后，可对光敏电阻并联的电容充电，两端的电压随光敏电阻的阻值变化而变化，当充电电压达到与晶闸管控制极串联的一个氖管的启辉电压时，氖管相当于一个电路开关，晶闸管导通，导通的时间长短由电容的平均电压决定。所以，当光敏电阻值较小的情况下，晶闸管一个周期内的平均导通时间就越短，此时灯的亮度就会变暗；在光敏电阻值较大时，平均导通时间就越长，此时灯的亮度就会变亮。最终，外界光线的强弱在控制灯的开关的同事也能达到自动调节灯光的亮度。
本设计以光敏电阻，施密特触发器、继电器、晶闸管为主要元器件构成。具备以下特点：1）主控电路由直流12V供电，稳定安全；2）继电器作为控制开关，更安全可靠；3）有调旋钮，可以调节电路对外界光线的灵敏度可以调节；4）电路设有接线端字，方便接线；5）整体电路外形小，结构灵活，可适应不同规格的形状的广告灯箱。其中光控电路主要由电源，转换电路，触发电路，控制电路组成，亮度控制电路还全波相控电路。
图3-1 结构框图
（1）转换电路：为实现电路的自动控制，需要将自然中的信号转变为可分析利用的电信号，主要利用光敏电阻将光线的变换转变成其阻值的变化，以达到外界光源对电路的自动控制。
（2）触发电路1：主要由555定时器构成的施密特触发器与外围元件构成，其作用是将转换电路输出的信号转换为能够触发继电器工作的信号。如图3-2所示：
图3-2 触发电路
当光敏电阻在没有光照的时候，其内阻变得很大，使得555芯片的引脚2和引脚6电压同时小于1/3Vcc,此时，输出端即3引脚输出为高电平，继电器工作，相当于灯的开关闭合，灯也就亮了。反之，当有光的时候，光敏电阻处于低阻状态，此时，2、6两个引脚的电压同时大于2/3Vcc，输出端为低电平，继电器触点断开，灯也就熄灭。
在现实情况中，比如在晚上可能经常会有车灯或者其他光源偶然照射，或者闪电等自然因素导致等突然熄灭，然后开启，这样会严重影响正常的工作状态，给使用者带来不便，同时也会减短器件的使用寿命，为了避免这种情况，本设计增加了一个电容来起到延时作用，这样就可以达到短时间变化带来的干扰。
（3）控制电路：主要是继电器，继电器受触发电路输出的信号控制，直接控制灯光的开或关，即相当于电路的开关。直流继电器组成结构有：线圈、铁芯、常开和常闭触点。当触发电路中输出高定平时，线圈产生磁场，此时吸引铁芯，此时，铁芯与常开触点断开，然后与常闭合触点闭合，灯的工作电路连通，灯亮。反之，当触发电路中输出低电平时，线圈磁场消失，在弹簧的做用下铁片重新与常开触点闭合，灯的工作电路断开，灯灭。最终，可达到通过电压实现对继电器的控制，继电器对开关的控制。
（4）触发电路2：当电容两端的电压达到氖管的启辉电压时，晶闸管导通，此时晶闸管平均导通时间由电容平均电压决定。本设计利用晶闸管可以交流调压的性能，通过光敏电阻受外界环境控制，提取外界信号并转化为可利用的电子信号，从而改变晶闸管的控制角的大小，最后得到变化的直流电压，最终实现对负载电压的调节。
本系统主要是实现户外广告牌灯光的自动开光和灯光亮度的自动调节，这样能节约人力和耗电成本，设计贴近生活，方便实用。随着人们的生活习惯的改变，其作用也会越来越重要，自动控制系统会越来越应多的用在各个领域，光控系统占有重要的地位。对光控系统的开光和亮度设计是基本也是最重要的一个环节，以后会有更多的自动控制系统在此基础上开发出来。设计主要包括两大部分，光控开关部分和灯光亮度自动控制系统设计，两者均是通过光敏电阻来实现信号的采集，然后对电路进行控制调节。光控开光通过555定时器输出对继电器的一个控制电压，达到控制开关的目的，即控制灯的亮灭。亮度控制系统通过改变晶闸管的控制角控制灯光的亮度。
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杜春魁（1993—），云南曲靖人，大学本科，现就读于成都理工大学信息科学与技术学院，研究方向：物联网工程。
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