带截止定时器的自动夜灯设计

设计一个电路，在黄昏时开灯，在黎明时关灯，这很简单，EFY 中已经出现了许多这样的设计。然而，以这种方式控制的灯会整夜亮着，导致电力浪费和灯的使用寿命缩短。在大多数家庭和商业场所，户外灯在黄昏时打开，几个小时后关闭。此处描述的设备可以自动执行此过程，在晚上激活灯并在 2 到 6 小时后将其关闭。这种方法对于保护上锁的房屋特别有效，因为定时照明会产生占用的错觉并阻止潜在的入侵者。

图 1： 面包板上的原型图 2： 电路图

电路和工作

图 2 显示了自动晚灯的电路图。它围绕双通道运算放大器 IC LM358 构建。第一个运算放大器围绕 IC1A 构建，用作比较器。比较器的反相引脚 2 由电阻器 R1 和 R2 偏置到电源电压的一半。白天，连接到比较器的同相引脚 3 的 LDR 的电阻很低。同相引脚 3 的电压低于反相引脚 2 的电压，因此比较器引脚 1 的输出较低。

到了晚上，LDR 的电阻增加，超过了 R3 加 VR1 的电阻，比较器引脚 1 的输出变高（即比电源电压低约 1.5 伏）。电位计 VR1 用作灵敏度控制。

第二个运算放大器围绕 IC LM358 的 IC1B 构建。其反相输入引脚 6 连接到超级电容器 C1。电阻 R4 和 LED1 将引脚 1 处比较器 IC1A 的输出降至 LED1 的正向电压，约为 2V。该电压用于通过电阻器 R6 为超级电容器充电。这可以保护超级电容器免受高压损坏，并确保它以恒定的速率充电，而不受电源电压波动的影响。

第二个比较器 IC1B 的同相输入引脚 5 通过电位计 VR2 连接到 LED2 的正向电压。LED2 还用作开机指示灯。最初，超级电容器 C1 放电，同相输入引脚 5 的电压高于反相输入引脚 6 的电压，因此第二个比较器 IC1B 的引脚 7 的输出为高电平。

因此，在晚上，比较器 IC1A 和 IC1B 的输出都很高。两个比较器的输出通过二极管 D1 和 D2 以及上拉电阻 R8 施加到晶体管 T1，它们用作 AND 门。这传导晶体管 T1 通过继电器 RL1 的触点打开光。

几个小时后，超级电容 C1 的电压超过施加到第二个比较器的同相引脚 5 的电压，引脚 7 的输出变为低电平。这将切断晶体管 T1 并关闭灯。第一个比较器的输出保持高电平，LED1 继续发光，C1 继续充电。

早上，第一个比较器的输出也变为低电平，LED1 关闭。超级电容器 C1 现在开始通过 R6 和 R5 放电。到了晚上，C1 完全放电，电路再次为下一个工作周期做好准备。R5 对于确保 C1 即使在电源打开时也能放电至关重要。该设备不需要在白天重置，并且每天晚上都会在上锁的房子里继续开灯几个小时，而无需人工干预。

通过实验，已经观察到比较器的输出在低时不是零伏特。当输出为低电平时，比较器的输出端存在一个小电压（约 0.8 V）。由于二极管 D1 和 D2 构成了 AND 栅极的一部分，因此 D1、D2 和 D4 阳极交界处的电压约为 1.3 至 1.4 伏，即使任一比较器的输出较低。这足以打开晶体管 T1。因此，D4 和 D5 连接在基极电路中以吸收此电压，并确保晶体管仅在两个比较器的输出都很高时导通。

构造和测试

图 3 显示了用于自动夜灯的实际尺寸的单面 PCB 布局，其元件布局如图 4 所示。在 PCB 上组装电路后，将其封装在合适的盒子中，将所有开关和 LED 放置在盒子的顶部。将 LDR 固定在包装盒顶部。将 CON1 安装在盒子的正面。将 CON2 和 CON3 安装在盒子的背面。该器件也可以组装在通用板或 Veroboard 上。

将 VR2 的游标朝向 LED2 的阳极，以便向 IC1B 的同相输入施加大约 2 伏特的电压。晚上，调整 VR1 使 LED1 和灯亮起。几个小时后，调整 VR2 以使指示灯熄灭。

截止时间校准

比较器 IC1A 的输出在黑暗中会很高。只要C1处的电压低于连接到IC1B引脚5的VR2的游标处的电压，比较器IC1B的输出就会保持高电平。超级电容器 C1 将在 10,000 秒（或 2 小时 47 分钟）后充电至 LED1 电压 （2V） 的 63.2%（约 1.264V），并在 20,000 秒（或 5 小时 33 分钟）后充电至 LED1 电压的 86.5%（约 1.73V）。

因此，可以通过调整 VR2 的游标处的电压来设置灯保持亮起的持续时间。例如，要在晚上灯亮后 2 小时 47 分钟关闭灯，请使用 VR2 将 IC1B 的引脚 5 的电压设置为 1.264V。这样就可以使用 VR2 将关闭时间校准在 2 到 6 小时之间。