電子技術(shù)課程設(shè)計路燈控制器設(shè)計

1、課程設(shè)計名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計 題 目： 路燈控制器設(shè)計 課 程 設(shè) 計 成 績 評 定 表學(xué)期2010-2011學(xué)年第2學(xué)期姓名專業(yè)測控技術(shù)與儀器班級09-2課程名稱電子課程設(shè)計設(shè)計題目路燈控制器設(shè)計評定標(biāo)準(zhǔn)評定指標(biāo)分值得分知識創(chuàng)新性20理論正確性20內(nèi)容難易性15結(jié)合實際性10知識掌握程度15書寫規(guī)范性10工作量10總成績100評語：任課教師陳忠華時間 2011年6月 24日備 注課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目路燈控制器設(shè)計二、設(shè)計任務(wù)1.具有光控功能，白天光線較亮、即使有聲音時路燈也不亮，光線較暗、有聲音時路燈點亮；2. 具有聲控功能，晚上光線較暗、有聲音時路燈點亮，聲音消失后延時照明一段

2、時間后自動熄滅。三、設(shè)計計劃電子技術(shù)課程設(shè)計共1周。第1天：針對選題查資料，確定設(shè)計方案；第2天：方案分析比較，電路原理設(shè)計，進行元器件及參數(shù)選擇；第34天：電路仿真，畫電路原理圖；第5天：編寫整理設(shè)計報告。四、設(shè)計要求1. 畫出整體電路圖；2. 對所設(shè)計的電路全部或部分進行仿真，使之達到設(shè)計任務(wù)要求；3. 寫出設(shè)計報告書。指 導(dǎo) 教 師：陳忠華時 間：2011年6月16 日摘要路燈控制器主要由聲控電路、光控電路以及延遲電路組成。聲光同時控制能夠?qū)崿F(xiàn)白天燈滅，夜晚亮燈，人走燈滅。具有靈敏、低耗、性能穩(wěn)定、使用壽命長、節(jié)能等特點，選擇聲敏及光敏傳感器為基本原件。綜合了聲、光和延遲控制，工作穩(wěn)定。

3、光明傳感器和聲控傳感器兩種傳感器實現(xiàn)了聲控及光控功能，從而控制電路開關(guān)，控制燈的狀態(tài)，又通過rc積分電路實現(xiàn)燈亮的時間，進一步實現(xiàn)節(jié)能作用。本電路使用廣泛，功能完善，成本低廉，而且設(shè)計電路簡單，采用常用的電子元器件構(gòu)成，使用非常方便，而且此電路具有延時時間可調(diào)的功能，照明裝置采用低耗能高亮度led,具有節(jié)能降耗的功能，并具有光控、聲控的雙重功能，可廣泛用于多個場合。關(guān)鍵詞：傳感器；聲控電路；光控電路；延時電路；開關(guān)電路目錄一、綜述1二、設(shè)計方案及其論證12.1 設(shè)計思路12.2 總體方框圖22.3 主要電路22.4設(shè)計原理分析22.5各部分電路工作原理及參數(shù)選擇32.5.1聲控電路32.5.2

4、光控電路42.5.3穩(wěn)壓電路42.5.4延時、觸發(fā)電路52.5.5開關(guān)電路72.5.6電源電路82.5.7其他電路8三、總結(jié)及心得9四、參考文獻10五、附錄11遼寧工程技術(shù)大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計一、綜述當(dāng)今世界以電子信息技術(shù)為前提下推動社會跨越式的進步，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展日新月異帶動了各國生產(chǎn)力的大規(guī)模提高。由此可見科技已成為各國競技的核心，尤其是電子信息技術(shù)更顯得尤為重要，在國民生產(chǎn)各部門電子信息技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。同時隨著人們生活現(xiàn)代化水平不斷提高，國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力的供需矛盾日益加劇生產(chǎn)更多的電即意味著要消耗更多的煤、石油、天然氣、核原料等不可再生資源，還會帶來許多相應(yīng)的環(huán)境問題。

5、為此，我們應(yīng)該從身邊做起，珍惜并節(jié)約。聲光控節(jié)能路燈具有許多實際意義：一是省電，燈泡不會很長時間亮著，所以節(jié)電效率很高，達80%左右；二是便利，不需要接觸，全自動智能控制；另外，接線簡略、安裝利便，是公共場所照明的首要選擇。再者，隨著科技的發(fā)展，公共場所照明控制手段也將慢慢更新，除此刻已有的聲光控開關(guān)外，另有微波感應(yīng)開關(guān)以及熱釋遠(yuǎn)紅外感應(yīng)開關(guān)。今朝，微波感應(yīng)開關(guān)的抗干擾性能尚不完善，紅外感應(yīng)開關(guān)在性能上較為穩(wěn)定，但安裝復(fù)雜，比較嬌氣，價格也偏高，比較合適在一些管理完善的場所如賓館、大飯店樓道及居家走廊應(yīng)用。在普通住宅樓、辦公樓道等場所的照明控制考慮到價格、管理及安裝便利等因素，按照我國國情，可

6、以估計在相當(dāng)長一段時期內(nèi)，聲光控路燈將是首選的產(chǎn)品。 所以，對這一課題的研究是必要的。 世界的發(fā)展離不開能量物質(zhì)，聲光控開關(guān)能較好的為解決世界能量物質(zhì)危機供給一點幫忙。有助于我國實現(xiàn)可連續(xù)發(fā)展，構(gòu)建節(jié)約型社會。 二、設(shè)計方案及其論證2.1 設(shè)計思路整個電路由電源電路，聲控電路，光控電路及延時電路等部分組成。電源由直流穩(wěn)壓電源提供。光控電路對外界光亮程度進行檢測，輸出與光亮程度相對應(yīng)的電壓信號，從而實現(xiàn)白天燈泡不亮晚上遇到聲響時，通過聲控電路使燈泡自動點亮。聲控電路主要將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，從而實現(xiàn)自動控制。延時電路使得聲音消失后燈泡延長一段光照時間。必要時可加一個手動開關(guān)，以增強電路的實用性

7、。總體方框圖如圖1所示。2.2 總體方框圖聲控電路光控電路延時電路開關(guān)電路電源電路圖1 聲光控路燈控制器原理組成方框圖2.3 主要電路圖2 聲光控路燈控制器電路圖聲光控路燈控制器原理如圖2所示：2.4設(shè)計原理分析電路中集成塊74ls00的腳1和腳2、腳13和腳12接成“與”輸入用以鑒別輸入動態(tài)。由555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用于電路延時及低電平觸發(fā)固態(tài)繼電器。按邏輯功能只有當(dāng)腳13和腳12兩輸入端都呈高電平時，腳11的輸出才為低電平，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被觸發(fā)，555定時器3腳輸出高電平激發(fā)固態(tài)繼電器，接通燈路。白天因光敏電阻受光線照射，74ls00的13腳呈低電位，74ls00的11腳輸出為低電平

8、，繼電器處于關(guān)斷，燈路關(guān)閉。這時，無論外界聲音再高燈都不會亮；到夜晚，gr的電阻隨環(huán)境光線減弱而增大，腳13變?yōu)楦唠娖?，?dāng)人走動的腳步聲傳到傳聲器bw時，聲波轉(zhuǎn)換成電信號經(jīng)三極管vt放大，使1、2腳電位由高變低，腳11輸出高電平，與其連接的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的2腳也呈現(xiàn)高電平，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不被觸發(fā)，其3腳輸出低電平，固態(tài)繼電器處于關(guān)斷狀態(tài)，燈泡不被點亮。2.5各部分電路工作原理及參數(shù)選擇2.5.1聲控電路該電路結(jié)構(gòu)如右下圖所示，主要由駐極體話筒連接電路及放大電路組成。圖3 聲控電路話筒將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，但話筒傳輸?shù)碾娦盘柤捌湮⑷酰敵鲎杩箻O高。因此不能直接接放大電路，我們在這里用r1,c1組成

9、話筒的連接電路，實現(xiàn)阻抗的變換及放大電路的輸入變換，使得放大電路是對信號的電壓進行放大。當(dāng)沒有聲音時，放大電路無輸入信號，三極管處于靜態(tài)工作狀態(tài)。此時聲控電路的輸出為高電平，經(jīng)74ls00的1、2腳反相后3腳輸出為低電平，即74ls00的12腳為低電平。此時即使是夜晚狀態(tài)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也不會被觸發(fā)，繼電器任工作于關(guān)斷狀態(tài)，燈泡也不會亮。每個聲音信號轉(zhuǎn)換來的電壓信號，我們將其看作無數(shù)個正弦信號，有正負(fù)半周之分。聲音信號到來，三極管處于放大狀態(tài)。當(dāng)信號處于正半周時，放大后的電壓與靜態(tài)工作狀態(tài)下的電壓相疊加，電路任輸出為高電平；當(dāng)信號處于負(fù)半周時，放大后的電壓與靜態(tài)工作下的電壓疊加后呈低電平，經(jīng)74

10、ls00的1、2腳反相后3腳輸出高電平。如此時為夜晚狀態(tài)，74ls00的13腳也為高電平，74ls00的11腳輸出為低電平觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，繼電器被導(dǎo)通，燈泡被電亮。我們選擇的駐極體話筒工作電壓為5v，測得話筒工作時的電阻為20k，電源電壓為10v，故r1選擇阻值為20k的電阻。為達到信號向正弦電壓的轉(zhuǎn)換，選擇0.1uf的無極性電容。轉(zhuǎn)換來的電壓很微弱，為使電路輸出變化明顯，我們將三極管的放大倍數(shù)設(shè)置為9013三極管的最大值144倍。并為得到較大的靈敏度，我們選擇的基極電阻及集電極電阻分別為4.8兆、33k歐姆。2.5.2光控電路圖4 光控電路該電路結(jié)構(gòu)如右圖示，由光敏電阻gr,電阻r4、r1

11、以及三極管q1組成。白天或光照強時，gr的電阻很小，q1的基極呈現(xiàn)高電位，q1導(dǎo)通。光控電路輸出為低電平，即與其相連接的74ls00的13腳輸入為低電平。此時即使有聲音，固態(tài)繼電器也不會被導(dǎo)通，燈泡不亮。夜晚或光線較暗時，gr的電阻達到兆左右，q1基極電位低，q1截止。此時，電路的輸出為高電平，與其相連接的74ls00的13腳呈高電平。如此時遇到聲音觸發(fā)，74ls00的12腳呈高電平，11腳輸出低電平觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出高電平，固態(tài)繼電器迅速被激發(fā)導(dǎo)通，燈泡被點亮。我們測得gr的亮電阻為20k，暗電阻為1兆。欲使q1導(dǎo)通，q1基極電壓需達到0.7v。通過分壓公式，計算得r4取1.

12、5k歐姆合適。為保證夜晚時三極管截止時，光控電路的輸出為高電平，我們在回路中接上阻值為10k的上拉電阻r2。2.5.3穩(wěn)壓電路圖5 穩(wěn)壓電路該穩(wěn)壓電路部分由一個三端集成穩(wěn)壓器及電容c4構(gòu)成。電路結(jié)構(gòu)如右下圖示。因為74ls00集成塊正常工作時需要的工作電壓為5v，而1腳處的輸入電壓約為10v，所以在設(shè)計中選擇了此穩(wěn)壓管穩(wěn)壓，使3腳輸出約5v的電壓供給74ls00集成塊，使其正常工作。為得到更加穩(wěn)定的電壓，輸出端并聯(lián)一個濾波電容c4,其值為10uf。2.5.4延時、觸發(fā)電路該延時電路是由555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它具有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。其電路結(jié)構(gòu)如下圖示：圖6 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路 圖7 設(shè)

13、計中的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路在我們的設(shè)計電路中，該延時、觸發(fā)電路如右下圖示當(dāng)沒有觸發(fā)信號時，vi（2腳）處于高電平（vivcc/3）,如果接通電源后q=0，v0(3腳)=0，t導(dǎo)通，電容通過放電三極管t放電，使vc=0,v0保持低電平不變。如果接通電源后q=1，放電三極管t就會截止，電源通過電阻r向電容c充電，當(dāng)vc上升到2vcc/3時，由于vc1=0,vc2=1時，鎖存器置0，v0為低電平。此時放電三極管t導(dǎo)通，電容c放電，v0保持低電平不變。因此，電路通電后在沒有觸發(fā)信號時，電路只有一種穩(wěn)定狀態(tài)v0=0.若觸發(fā)輸入端施加觸發(fā)信號（vi2vcc/3;且考慮在調(diào)試時能夠容易判斷出電路設(shè)計的正確性，所以

14、在設(shè)計中我們要求延時較短，為2s，即tw=2s=1.1rc；而通常r的阻值在幾百歐至幾百兆歐之間，電容取值為幾百皮法到幾百微法。所以我們的參數(shù)選擇為r6=2k,c5=100uf。2.5.5開關(guān)電路該電路主要由固態(tài)繼電器組成。固態(tài)繼電器是一種無觸點電子開關(guān)，由分立元器件、膜固定電阻網(wǎng)絡(luò)和芯片，采用混合工藝組裝來實現(xiàn)控制回路(輸入電路)與負(fù)載回路(輸出電路)的電隔離及信號耦合，由固態(tài)器件實現(xiàn)負(fù)載的通斷切換功能，內(nèi)部無任何可動部件。主要由輸入(控制)電路，驅(qū)動電路和輸出(負(fù)載)電路三部分組成。其內(nèi)部電路如下圖所示。 1、2為輸入端，3、4為輸出端。r0為限流電阻，光耦合器將輸入與輸出電路在電氣上隔離

15、開，v1構(gòu)成反相器，r4、r5、v2和晶閘管v3組成過零檢測電路，ur為雙向整流橋，由v3和ur用以獲得使雙向晶閘管v4開啟的雙向觸發(fā)脈沖，r3、r7為分流電阻，分別用來保護v3和v4，r8和c組成浪涌吸收網(wǎng)絡(luò)，以吸收電源中帶有的尖峰電壓或浪涌電流，防止對開關(guān)電路產(chǎn)生沖擊或干擾。 圖2 開關(guān)電路如圖所示，當(dāng)輸入端未加電壓信號時，光耦合器的光敏晶體管因未接收光而截止，v1飽和，v3和v4因無觸發(fā)電壓而截止，此時ssr關(guān)閉。當(dāng)加入輸入信號時，光耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏晶體管飽和，使v1截止。此時若v3兩端電壓在適當(dāng)內(nèi)時，只要適當(dāng)選擇分壓電阻r4和r5，就可使v2截止，這樣使v3觸發(fā)導(dǎo)通，從而

16、使v 4的控制極上得到從r6urv3urr7或反方向的觸發(fā)脈沖，而使v4導(dǎo)通，使負(fù)載接通交流電源?？紤]到固態(tài)繼電器的過流、過壓保護措施，我們選用規(guī)格為400伏、5安的繼電器。2.5.6電源電路該部分是由一個輸出為9v的變壓器和整流濾波電路組成電路結(jié)構(gòu)如下圖示。 圖9 電源電路 220v的交流信號經(jīng)過變壓器，變壓為9v的交流信號in，而橋式整流電路將交流電壓in變換成脈動的直流電壓。再經(jīng)過由電容c7構(gòu)成的濾波電路濾除紋波，輸出直流電壓u1約為10v。為確保電路直流電源的穩(wěn)定，我們用到了穩(wěn)壓二極管d1。經(jīng)橋式整流來的電壓按公式計算應(yīng)為10.8v。為保護d1的完好，我們選擇了阻值為100歐姆的限流電

17、阻。因為聲光控電路部分需要10v的直流電壓供電，因此在設(shè)計中選擇了輸出為9v的變壓器，輸入為9v橋式整流器；為了確保供給聲光控電路部分的電壓為10v,因此我們用到10v的穩(wěn)壓二極管d1。2.5.7其他電路(1)負(fù)載電路 負(fù)載電路上接上一定功率的燈泡。(2)數(shù)字電路 與非門集成塊用于鑒別輸入動態(tài)；腳11輸出低電平時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被觸發(fā)，從而3腳輸出高電平，激發(fā)固態(tài)繼電器導(dǎo)通。三、總結(jié)及心得 通過一周的課程設(shè)計，我們覺得自己的確學(xué)到了許多知識。以前學(xué)習(xí)模擬和數(shù)字電子技術(shù)的時候，總覺得沒有什么實用性，而現(xiàn)在才發(fā)現(xiàn)那種想法是完全錯誤的。通過一周的課程設(shè)計，我學(xué)會了許多專業(yè)知識。遇到困難時，我就去積極的

18、看教材，去圖書館查閱資料，去網(wǎng)上搜索相關(guān)信息，直至把每一個細(xì)節(jié)，每一個原理都搞清楚弄明白為止，大大增強了我的自學(xué)能力和獨立能力。更重要的是，我拓展了思路，開闊了視野，活躍了思想。以前學(xué)習(xí)模電和數(shù)電時總覺得自己傻傻的，不知所措，無從下手，不知如何學(xué)起，思路很狹窄，視野也不開闊，學(xué)的東西很死板，也很僵硬，根本不能夠運籌于帷幄之中，更不用說去自己設(shè)計個電子線路了，那簡直是天方夜談?，F(xiàn)在我就對自己充滿了信心，敢于去動手，敢于去實踐，敢于去償試，敢于去面臨挑戰(zhàn)，不怕失敗，不再放過自己每一個靈感的火花。更為重要的是我深深地體會到了友誼的力量，在我們實習(xí)過程中，同學(xué)們互幫互助，相互關(guān)心，相互體貼，手挽手，肩并肩，風(fēng)雨中同舟共濟，克服了種種困難，最終為我們的實習(xí)畫上了圓滿句號，充分體現(xiàn)了拼搏精神和團隊精神，使我終身難忘。四、參考文獻1康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）.高等教育出版社，20062翁飛兵、陳棣湘.電子技術(shù)實踐教程.國防科技大學(xué)出版社，20033卿太全、李瀟、郭明瓊.常用數(shù)字集成電路原理與應(yīng)用.人民郵電出版社，20064朱紅、李穎、韓冰、唐續(xù)、王華