路灯控制器的设计

路灯控制器的设计中南大学物理与电子学院电子技术课程设计题目：《路灯控制器的设计》专业：电子信息科学与技术班级： 1105 姓名：高超学号： 1404110726 指导老师：张静秋小组成员：高超、...

中南大学物理与电子学院电子技术课程设计题目：《路灯控制器的设计》专业：电子信息科学与技术班级： 1105 姓名：高超学号： 1404110726 指导老师：张静秋小组成员：高超、周旭成绩：摘要现在的街道基本配有路灯，为实现路灯的智能控制来节省电力资源和人力资源，路灯控制器可以很好的解决这个问题。路灯控制器主要是通过光敏电阻对外界的光线的强弱的感应来改变自身的电阻阻值，从而控制555定时电路构成的施密特触发器高、低电平输出，达到控制路灯的开和关。采用74LS390、74LS00、74LS04、CD4511、NE555等芯片来完成路灯亮暗控制与所需要的数字逻辑显示功能（在七段数码管上按规律显示特定的数字）。当处于暗环境下（晚上）能够自动开灯（发光二极管亮），当处于亮环境下（白天）能够自动关灯（发光二极管灭）；能自动记录“路灯”的开灯次数（用1位数码管显示）；同时还能记录和锁存“路灯”开灯时间(使用3个1位数码管显示)。关键词：课程设计、智能路灯控制器、计数电路、计时电路、电路原理图、PCB、光敏电阻、555定时器、555多谐振荡器、数码管、4511译码、74LS390计数目录 1 系统概述 1.1. 设计的意义，目的 1.2. 路灯控制器设计概述 2 单元电路设计与分析 2.1 设计要求及技术指标： 2.2 电路原理框图 2.3 设计方案说明及原理 2.4 元器件介绍 2.4.1 NE555芯片 2.4.2 光敏电阻 2.4.3 74LS390芯片 2.4.4 CD4511芯片 2.4.5 共阴数码管 2.5 电路的设计与分析 2.5.1 光敏电阻与555定时器构成的控制电路 2.5.2 计时电路的设计与分析 2.5.3 计数电路的设计与分析 2.5.4 计数电路的设计与分析 2.5.5 译码显示电路的设计与分析 2.6 电路总原理图 2.7 器件清单 3 电路的安装与调试 3.1 计时器的清零 3.2 R5值的确定 3.3 设计结果 4 结束语 4.1 设计的发展与不足 4.2 整体评估 4.3 心得体会 5 附录 5.1 总原理图 5.2 元器件清单 5.3 Multisim仿真原理图 5.4 参考文献 1 系统概述 1.1. 设计的意义，目的在当今社会中，随着经济的快速发展，人们对能源的需求越来越大，而浪费也越来越严重，电力资源就是其中之一。现在的街道基本配有路灯，如何实现路灯的智能化控制来节省电力资源，路灯控制器可以很好的解决这个问题。本课程设计的任务就是设计一个路灯的控制系统。针对电子线路课程要求，在熟悉基本原理的前提下，与实际应用相联系，设计自己的方案，并完善设计。通过实用型电子线路设计、安装、调试等各环节的综合性训练，培养我们运用课程中所学的理论与实践紧密结合，在独立又有机合作下解决实际问题的能力。 1.2. 路灯控制器设计概述路灯控制器主要是通过光敏电阻对外界的光线的强弱的感应来改变自身的电阻阻值，从而控制555定时电路构成的施密特触发器高、低电平输出，达到控制路灯的开和关。采用74LS390、74LS00、74LS04、CD4511、NE555等芯片来完成路灯亮暗控制与所需要的数字逻辑显示功能（在七段数码管上按规律显示特定的数字）。当处于暗环境下（晚上）能够自动开灯（发光二极管亮），当处于亮环境下（白天）能够自动关灯（发光二极管灭）；能自动记录“路灯”的开灯次数（用1位数码管显示）；同时还能记录和锁存“路灯”开灯时间(使用3个1位数码管显示)。 2 设计任务及要求 2.1 设计要求及技术指标：当光亮到一定程度时使灯自动熄灭，而光暗到一定程度时又能自动点亮。开启和关断的光照度根据用户进行调节；设计计数显示电路，统计路灯的开启次数，并用数码管显示出来。设计计时显示电路，用数码管显示路灯当前一次的连续开启时间，并在灯灭时锁存时间，第二次灯亮自动清零并计时。 2.2 电路原理框图 2.3 设计方案说明及原理本设计主要是通过光敏电阻对外界的光线的强弱的感应来改变自身的电阻阻值，从而控制555定时电路构成的施密特触发器高、低电平输出，达到控制路灯的开和关。为了使计时与计数电路同步启动，计数电路的控制是通过NE555的输出端提供脉冲，使其计数；并通过NE555输出端来控制计时电路同步供电。计时电路脉冲的产生是用NE555接成一个频率为1HZ的多谐振荡器触发74LS390计时，再用CD4511驱动共阴极的七段数码管做显示电路。当光照减弱时，光敏电阻阻值增大，NE555定时器的2、6端口出现低电平，当它到达一定值时，3口出现高电平，且大于2/3VCC，路灯亮。反之，当光照增强到一定强度时，光敏电阻阻值减小，3口出现低电平，小于1/3VCC，路灯熄灭。为了避免外部干扰所带来的错误反应（例如来往的车灯给光敏电阻带来的短暂激励），我们利用电容充电带来的时间延迟来解决问题。经以上论证，方案可行。 2.4 元器件介绍 2.4.1 NE555芯片 555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。因此集成555定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。 555管脚图 555定时器构成的多谐振荡器由555定时器组成的多谐振荡器如图(C)所示，其中R1、R2和电容C为外接元件。其工作波如图(D)所示。 555多谐振荡器设电容的初始电压＝0，t＝0时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端＝＝0< ，比较器Ａ1输出为高电平，Ａ２输出为低电平，即，（1 表示高电位，0表示低电位），RS触发器置1，定时器输出此时，定时器内部放电三极管截止，电源经，向电容Ｃ充电，逐渐升高。当上升到时，输出由0翻转为1，这时，RS触发顺保持状态不变。所以0 。当光敏电阻周围环境由光变暗时，Vi增大过程中达到值时，引发施密特触发器翻转，输出由低电平跳变为高电平。施密特触发器输出跳变为高电平同时引起LED灯的开启，多谐振荡器产生时钟信号和计数电路的触发器触发。而当光敏电阻周围环境由暗变光时，Vi减小过程中达到值时，引起触发器翻转，输出由高电平跳变为低电平。触发器输出跳变为低电平使LED灯熄灭，多谐振荡器不工作，且计数电路触发器不触发。因此，由光敏电阻和555定时器组成的控制电路起到总电路开关的作用。 2.5.2 多谐震荡电路的设计与分析多谐震荡器原理图如图所示，C2=10nF、C3=10uF、R2=100KΩ，R3=20KΩ，按上电路图与555定时器相连构成可产生频率为1Hz的多谐振荡器。多谐振荡器为计数器提供时钟脉冲。时钟周期T=0.7（R3+2R2）C1=1s。 2.5.3 计时电路的设计与分析该部分用到了计数器共三个，需要三片74LS390芯片，组成60进制计数器，用于显示分钟和秒。集成电路74LS390芯片为双10进制计数器，通过四位输出端输出10进制BCD码。 74LS390管脚图反馈清零法实现六十进制计数六十进制计数原理图先将两片74LS390级联，接成一百进制计数器。在此基础上借组与门和计数器异步清零功能，将U7B的Q1、Q2分别接至双与非门组合的输入端。工作时，在第60个脉冲计数脉冲作用后，计数器输出为0110 000（十进制数60），U7B的Q1、Q2同时为1，使双与非门组合输出高电平，U7B清零。状态0110 0000仅在瞬间出现一下。这样，就构成了60进制的计数器。锁定及自动清零单次计时电路原理图 2.5.4 计数电路的设计与分析该部分电路实现记录路灯开关次数功能，需要一片74LS390芯片和一片CD4511译码器和一个共阴极数码管。当光敏电阻周围环境从亮变暗时，由555定时器构成的施密特触发器由低电平翻转为高电平，经过74ls04非门后，74LS390接收到的信号为由高电平反转为低电平。这个脉冲下降沿触发74LS390计数。而当光敏电阻周围环境从暗变亮，输入信号为上升沿不会引起计数，从而达到电路计时一次，计数一次的效果。施密特触发控制的计数器原理图 2.5.5 译码显示电路的设计与分析当电路正常工作时，数码管上会按照设计要求显示路灯持续工作的时间与工作的次数。计数器用来产生十进制计数，其输出信号加在译码器输入端，经译码后可在输出端产生所需的控制信号。本电路中译码驱动器采用CD4511。 4511驱动数码管电路图 2.6 电路总原理图见附录6.1 2.7 器件清单见附录6.2 3 电路的安装与调试 3.1 计时器的清零如图所示，电路中的这个74LS00与非门的作用为使控制右数第二个数码管（即十秒位）的74LS390(U7B)计数芯片在LED灯熄灭时自动清零。计数器的数码管用来显示开灯次数，因此不用清零。控制计时器的另外两个数码管的74LS390(U6B和U7A)芯片部分会因为电平的改变自动清零。而CD4511(U2、U3、U4)的5脚LE接到的信号是通过图中74LS04非门转变而来的。当LED亮时，U9B3脚为1，经74LS04后，LE为0，允许译码输出。当LED熄灭时，U9B3脚为0，经74LS04后，LE为1，允译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。 3.2 R5值的确定在Multisim软件的仿真中，我们发现当R5阻值为400KΩ时，Vi的值的变化能满足触发器的触发。而在实际操作过程中，可以根据光敏电阻的不同或现有电阻值中方便选取，原则为光线充足时Vi< ，黑暗时Vi> 。仿真图见附录6.3 3.3 设计结果当处于暗环境下（晚上）能够自动开灯（发光二极管亮），当处于亮环境下（白天）能够自动关灯（发光二极管灭）；能自动记录“路灯”的开灯次数（DS1位数码管显示）；能单次记录和锁存“路灯”开灯时间（用3个1位数码管显示），基本实现了本次设计的要求。 4 总结 4.1 设计的发展与不足光控”容易受外部环境干扰，灵敏度低且可靠性较差。“钟控”不适应天气突变与季节变化等自然情况。二者均不能实现控制开关灯的合理化、科学化。从而会出现：开灯早，关灯晚；或者开灯晚，关灯早的现象。前者会造成巨大的电能浪费，后者会损害城市形象、影响社会治安和交通安全，从而影响城市的投资环境。所以应取长补短，设计出科学，合理的路灯控制器。 4.2 整体评估电路整体功能正常，而且可以达到题目的基本和扩展功能，通过细致的焊接，模块之间仔细的连接调试，效果的美化。美中不足的是6、9字样显示比较不符合美观效果。 4.3 心得体会为期两周的课程设计已结束，回首这整个过程，仍感到些许紧张和满路，但是更多的是充实。从选课题开始我们就忙起来了，整天沉浸在思索之中，一起找资料，一起讨论…… 近两周内我们查看了大量资料，通过仔细的研究和反复演算和实践，终于完成了我们团队的设计。总体来说，理论和实际相差要有多远就有多远，真正的实践不是我们想象的那么简单，实践中会让我们发现许多现实的问题，同时也检验了我们的转变能力，我的具体心得体会如下第一、选题：结合自身条件，选择难度符合自己和稍微带有挑战的题目第二、查阅资料：利用身边一切优良条件，从多渠道获取资料第三、确定设计思路：根据资料和团队讨论，结合题目和实际，设计确实可行的设计方案，并画出框图第四、分模块设计：根据设计要求对模块进独个设计和功能调试，最终实现系统功能第五、利用好计算机辅助工具：Miltisim仿真软件如Miltisim仿真软件可以实现原理图的功能进行仿真，让我们设计的功能实现情况在计算机上一目了然。第六、团队合作非常重要：人多力量大，通过默契的配合，可以让一些问题很好很快地的得到就饿解决。第七、最重要的是要有兴趣去实践和虚心向老师请教。 5 附录 5.1 总原理图 5.2 元器件清单 5.3 Multisim仿真原理图 5.4 参考文献《数字电子技术基础简明教程》余孟尝高等教育出版社《模拟电子技术基础》胡宴如高等教育出版社《Altium Designer 10 从入门到精通》高海宾机械工业出版社《multisim11电路设计及应用》王冠华国防工业出版社光电变换信号鉴幅驱动电路路灯计数器译码器数码管显示开启次数计数器译码器数码管显示开启时间振荡电路光电信号路灯控制器框图 18 / 20 _1166895932.unknown _1166899808.unknown _1166966997.unknown _1166967188.unknown _1166967346.unknown _1167042623.unknown _1167042748.unknown _1339711740.unknown _1339711843.unknown _1167042737.unknown _1166967360.unknown _1166967283.unknown _1166967052.unknown _1166967152.unknown _1166967035.unknown _1166904755.dwg _1166966619.unknown _1166899861.unknown _1166899898.unknown _1166900019.unknown _1166900124.unknown _1166899992.unknown _1166899871.unknown _1166899838.unknown _1166896239.unknown _1166896333.unknown _1166896371.unknown _1166896392.unknown _1166896356.unknown _1166896304.unknown _1166896314.unknown _1166896261.unknown _1166896067.unknown _1166896193.unknown _1166896219.unknown _1166896118.unknown _1166895972.unknown _1166896004.unknown _1166895956.unknown _1166895516.unknown _1166895700.unknown _1166895846.unknown _1166895885.unknown _1166895814.unknown _1166895627.unknown _1166895529.unknown _1166895574.unknown _1166895358.unknown _1166895479.unknown _1166895492.unknown _1166895464.unknown _1166895227.unknown _1166895343.unknown _1166895197.unknown

                    本文档为【路灯控制器的设计】，请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑，
                    图片更改请在作品中右键图片并更换，文字修改请直接点击文字进行修改，也可以新增和删除文档中的内容。 
 该文档来自用户分享，如有侵权行为请发邮件ishare@vip.sina.com联系网站客服，我们会及时删除。

                    [版权声明] 本站所有资料为用户分享产生，若发现您的权利被侵害，请联系客服邮件isharekefu@iask.cn，我们尽快处理。

                    本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权，请谨慎使用。

                    网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽..)目的在于配合国家政策宣传，仅限个人学习分享使用，禁止用于任何广告和商用目的。
                

下载需要：免费已有0 人下载

立即下载

路灯控制器的设计

你可能还喜欢