傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì) 路燈控制器

1、課程設(shè)計(jì) 班級(jí):姓名:學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師:成績:電子與信息工程學(xué)院路燈控制器的設(shè)計(jì)1 前言目前很多城市路燈控制系統(tǒng)多數(shù)處于人工管理的狀態(tài),使路燈管理和維護(hù)成本加大。為此,本次設(shè)計(jì)提出一種新的路燈控制器方案,通過光敏電阻檢測(cè)自然光強(qiáng)度,自動(dòng)切換路燈的開關(guān)狀態(tài),大大減少路燈管理、維護(hù)的費(fèi)用,同時(shí)降低電能的不必要損耗。1.1 課程設(shè)計(jì)的目的本次設(shè)計(jì)的目的就是在掌握傳感器的基本應(yīng)用,并且能夠聯(lián)系其他元件設(shè)計(jì)出成品,進(jìn)行理論與實(shí)際的結(jié)合,提高應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件的有關(guān)設(shè)計(jì)能力,提高分析、解決實(shí)際問題的能力。1.2 課程設(shè)計(jì)的要求及要求(1天黑時(shí)燈亮,利用光敏二極管的阻值變化,控制可控硅的導(dǎo)通;(2天亮?xí)r,利用光敏

2、二極管的阻值變小,控制可控硅的斷路,使燈熄滅;(3或用繼電器控制燈的開、關(guān);(4引入聲控,晚上光線較暗,有聲音時(shí)路燈點(diǎn)亮,聲音消失后延長(白天即使有聲音也燈也不亮。2 設(shè)計(jì)分析使用光照強(qiáng)度作為傳感器,目前最為常用且性價(jià)比較高的就是光敏電阻,利用其光線較強(qiáng)時(shí),電阻值較低,而光線較暗時(shí)則電阻較大的特點(diǎn),利用電橋,可將光線信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),再通過電壓比較器等方式,可以有效地完成控制需要。這類設(shè)計(jì)中,只要能將光線信號(hào)取出,整個(gè)設(shè)計(jì)也便完成了大半,至于控制部分的設(shè)計(jì),可采用繼電器輸出,這樣就算驅(qū)動(dòng)較大的路燈負(fù)載,只需再加接觸器便可完成。至于聲控部分,可以在電路中加入一個(gè)麥克風(fēng)(mic,感知外界聲音的大小

3、,再通過硬件轉(zhuǎn)化成電信號(hào),最終控制燈的亮滅。聲光控路燈控制器可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)白天光線較暗和晚上遇到聲響時(shí),路燈自動(dòng)點(diǎn)亮,從而實(shí)現(xiàn)人來燈亮,人走燈滅,既方便又實(shí)用。不僅節(jié)約了電能,而且能延長燈泡使用壽命?？蓮V泛應(yīng)用于路燈,樓梯,走廊,衛(wèi)生間等公共場(chǎng)所的照明控制。此控制器經(jīng)濟(jì)實(shí)用,即使一般的腳步聲也能感應(yīng)出來,燈泡發(fā)光照明好。3 設(shè)計(jì)原理及電路圖路燈控制器電路主要由電源電路、聲控電路、光控電路、延時(shí)電路,負(fù)載電路等構(gòu)成。工作時(shí),先由光控電路和聲控電路一起向聲光控制電路輸入信號(hào),當(dāng)兩個(gè)信號(hào)同時(shí)有效時(shí),聲光控制電路才往下傳輸信號(hào),才向開并電路送去信號(hào),使開關(guān)打開,同時(shí)也促使延時(shí)電路開始工作,而電路的電源由

4、電源經(jīng)過橋式整流以后,再經(jīng)過降壓電路降過壓以后來提供,電路中其他需供電的電路由降壓以后再進(jìn)行穩(wěn)壓以后來供電,負(fù)載的供電直接由電源來提供?？傮w框圖如下圖3-1所示,工作流程如箭頭所示: 3-1路燈控制器的原理3.1電源電路設(shè)計(jì)電源電路的主要作用是為路燈控制器的負(fù)載提供電源,同時(shí)為其中的控制電路提電源,其由220V 交流電源經(jīng)過一個(gè)橋式整流的整流作用,再經(jīng)過電阻R1, R2分壓,C1濾波,使電壓穩(wěn)定在10V 左右,為數(shù)字集成電路和其他負(fù)載電路提供穩(wěn)定直流電壓,同時(shí)經(jīng)橋式整流過的電壓經(jīng)過開關(guān)管給光源負(fù)載供電。(電路如圖3-2 圖3-2 電源電路3.2光聲控制電路設(shè)計(jì)控制電路的主要作用是完成對(duì)聲控和光

5、控電路的控制,即照明電路的亮與不亮都由控制電路來控制完成,控制電路是路燈控制電路中的主體電路,它包括聲控和光控電路,只有當(dāng)聲控和光控電路同時(shí)起作用時(shí),即既有光信號(hào)又有聲音信路時(shí),控制電路才會(huì)作用,開關(guān)打開。光控部分采用光敏電阻的感光特性來工作的,即當(dāng)有光線的時(shí)候,其處于低電阻狀態(tài),其上幾乎不分得電壓;在沒有光線或者光線較暗的時(shí)候,其處于高阻狀態(tài)。此電路就是利用光敏電阻的光電特性輸出高低電平信號(hào)來起到光控作用的。電路如圖3-3所示 圖3-3 光控電路聲控部分主要是通過話筒等聲音接收電路來把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。三極管VT在沒有聲音信號(hào)時(shí)處于飽和狀態(tài),當(dāng)有聲音信號(hào)時(shí),聲音信號(hào)通過電容的耦合,短時(shí)間

6、內(nèi)拉低VT基極的電位,使三極管VT的瞬間截止,VT的集電極上產(chǎn)生一個(gè)瞬間高電平送入控制電路,經(jīng)過處理,從而達(dá)到聲控的目的。電路如圖3-4所示。 圖3-4 聲控電路3.3 延時(shí)電路設(shè)計(jì)延時(shí)電路的作用主要是完成保持晶閘持續(xù)導(dǎo)通一段時(shí)間,維持發(fā)光二極管持續(xù)發(fā)光一段時(shí)間,持續(xù)時(shí)間的長短由延時(shí)電容的放電時(shí)間來決定,延時(shí)電容的放電時(shí)間即為照明的持續(xù)時(shí)間,當(dāng)充電電容通過電阻放電,從開始放電開始直到放電結(jié)束的這一段時(shí)間(即由R,C來決定,只要改變電阻值或電容值,即可改變充放電時(shí)間長短,從而維持TC4011BP 的8,9腳的高電平在一段時(shí)間內(nèi)保持不變,從而決定LED的發(fā)光的時(shí)間長短,即維持照明的時(shí)間改變。其組成

7、只要由電阻、電容,電容是通過電阻放電的。電路如圖3-5所示。 圖3-5 延時(shí)電路3.4 開關(guān)電路設(shè)計(jì) 當(dāng) CD4011 的 3 腳輸出高電平時(shí)經(jīng)過 R2,R3 分壓后供給 SCR 控制極一個(gè)約 2V 左右的 開關(guān)信號(hào) 使開關(guān)管 V2 導(dǎo)通 燈泡發(fā)光 當(dāng) CD4011 的 3 腳為低電平時(shí) 開關(guān)管關(guān)斷 LED ， ， 。 ， ， 熄滅，直到 3 腳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)才亮。電路如圖 3-6 所示。 R 2 V 3 6 K R 1 8 K 3 G N 圖 3-6 開關(guān)電路 3.5 照明電路設(shè)計(jì) 照明電路即一系列發(fā)光設(shè)備，如發(fā)光燈、二極管等，通過控制電路，控制其亮滅。 3.6 整體電路設(shè)計(jì) 交流電經(jīng) D14

8、 整流后，經(jīng) R1、R2 分壓，在 C1 兩端獲得約 12V 的工作電壓，供控 制電路工作。R9 為光敏電阻，白天時(shí)在光照的作用下，呈低阻狀態(tài)，CD4011（2）腳處于 低電平，而由于 R5 的存在，在靜態(tài)時(shí) VT 為導(dǎo)通狀態(tài)，CD4011（1）腳為低電平，其（3） 腳輸出為高電平。該電平經(jīng)與非門反相后 CD4011（4）腳為低電平，使二極管 D5 因處于 反偏狀態(tài)而截止，使得 CD4011（11）腳為低電平，晶閘管 Q1 處于截止?fàn)顟B(tài)，燈 LED0 不 亮。 傍晚光線變暗時(shí)，光敏電阻 R9 的阻值變大，使 CD4011 的（2）腳為高電平，但由于 其第（1）腳仍為低電平，所以（11）腳輸出仍

9、為低電平，燈 LED0 不亮。只有在有聲音時(shí)， 才能合聲傳感器的 Mic2 產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，經(jīng) C3 耦合到 VT 的基極，使 VT 的集電極瞬時(shí) 輸出高電平，CD4011 的（1）腳為高電平， （3）腳輸出為低電平，與非門反相后（4）腳 5 D T 輸出高電平，使 D5 導(dǎo)通，并對(duì) C2 進(jìn)行充電。與此同時(shí)， （10） 腳輸出低電平使（11）腳 輸出為高電平，并觸發(fā)晶閘管 Q1 導(dǎo)通，燈 LED0 被點(diǎn)亮。由于外部的聲音是短暫的，為 了使燈 LED0 有一個(gè)足夠的點(diǎn)亮?xí)r間，在電路加入 R6 和 C2，這樣，即使 CD4011 的（4） 腳變?yōu)榈碗娖剑?截止， D5 但由于 C2 上充了電的電

10、壓不會(huì)產(chǎn)生突變， 仍有電壓加在 CD4011 的（8） （9）腳使（10）腳輸出為低電平，而（11）腳輸出仍為高電平，維持 Q1 的導(dǎo)通， 燈 LED0 仍被點(diǎn)亮。隨著 C2 上的電壓下降到一定的程度， （10）腳的輸出變?yōu)楦唠娖?，進(jìn) 而（11）腳為低電平，因失去觸發(fā)電壓，晶閘管 Q1 截止，燈 LED0 因失去觸發(fā)電流而熄 滅。電路如圖 3-7 所示。 R 1 1 6 0 K R 5 1 D1D4 R 4 R 7 2 C 1 3 1 2 2 F 1 8 K 3 M 5 1 0 K 4 1 1 0 9 8 R 5 1 R 2 V T 2 4 8 3 C 3 6 1 Q 1 D 5 7 1 SC

11、R 1 8 K 0.01F R 3 G N 1 K R 6 C 2 D CD4011 4 3 R L E D 0 Mic2 MK1 3.3M R G G N N 圖 3-7 整體電路 4 總體性能及完善措施 本次設(shè)計(jì)是根據(jù)環(huán)境的亮暗和聲音的有無實(shí)現(xiàn)路燈的亮滅，即自動(dòng)實(shí)現(xiàn)白天光線較暗 和晚上遇到聲響時(shí)，路燈自動(dòng)點(diǎn)亮，從而實(shí)現(xiàn)人來燈亮，人走燈滅，既方便又實(shí)用。但是 在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，如何提高系統(tǒng)在光線臨界狀態(tài)的穩(wěn)定性，是設(shè)計(jì)的問題所在。由于光 敏電阻的電阻值變化是連續(xù)的，因此在靠近臨界點(diǎn)時(shí)，容易造成不穩(wěn)定。若在設(shè)計(jì)中若能 用運(yùn)放電路來完成處理，則可將運(yùn)放接成電壓比較器的方式，這樣可以完成較為精確的

12、起 控；若采用分立元件來處理，可以采用穩(wěn)壓管來穩(wěn)定工作點(diǎn)，只有當(dāng)分壓大于穩(wěn)壓管的擊 穿電壓時(shí)，電路才能起控。此問題還應(yīng)在日后的設(shè)計(jì)中逐步完善。 D D G 9 K 6 5 心得體會(huì) 對(duì)于這次課程設(shè)計(jì)，由于以前做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候已經(jīng)接觸過類似的題目，所以做起來不是 很困難。但是，開始做設(shè)計(jì)時(shí)總是會(huì)犯一些錯(cuò)誤，只有經(jīng)過不停的改錯(cuò)，才能得到正確的 設(shè)計(jì)，這也說明了作為電路設(shè)計(jì)人員是不能粗心大意的。一個(gè)設(shè)計(jì)電路質(zhì)量的高低與你細(xì) 心與否有著一定的聯(lián)系。所以，在設(shè)計(jì)中要求我要有毅力，還要細(xì)心，稍有不慎，一個(gè)小 小的錯(cuò)誤就會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的不正確，而對(duì)錯(cuò)誤的檢查要求我要有足夠的耐心，通過這次設(shè)計(jì) 和設(shè)計(jì)中遇到的問題，也積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以后從事電路設(shè)計(jì)工作會(huì)有一定的幫助。 雖然