路燈控制器實踐報告.

1、路燈控制器的設(shè)計課程實習(xí)報告實習(xí)名稱：電子設(shè)計制作與工藝實習(xí)學(xué)生姓名：學(xué)號：201016010239專業(yè)班級：自動化 10102指導(dǎo)教師：完成時間：2012 年 6月 28日報告成績：評閱意見：作者：第 1 頁2018/10/11路燈控制器的設(shè)計摘要本課程設(shè)計主要內(nèi)容為路燈控制器的設(shè)計，當(dāng)白天光照強度大時，路燈不工作，當(dāng)晚上光照強度弱時，路燈開啟，并通過輸出電平控制計數(shù)器和計時器工作，記錄路燈開啟的次數(shù)和開啟的時間。它由光信號控制電路、路燈驅(qū)動電路、計數(shù)譯碼電路和數(shù)碼顯示器組成。光信號控制電路、路燈驅(qū)動電路控制路燈的工作狀態(tài)，計數(shù)譯碼電路和數(shù)碼顯示器組成計數(shù)器記錄路燈亮起的次數(shù)，計時電路用于記

2、錄路燈開啟的時間。用Protel 99 SE 作出電路的電路圖， 然后使用 Multisim 11.0 進(jìn)行仿真。經(jīng)過 Multisim 11.0 的仿真得到仿真結(jié)果符合設(shè)計要求。關(guān)鍵詞 ： 路燈控制器；光控；計數(shù)器；繼電器；放大器作者：第 2 頁2018/10/11路燈控制器的設(shè)計AbstractThe main content of curriculum design for the street lamp controller design, when daytime light intensity, light does not work, when the light intensi

3、ty is weak, street opened, and through the output level control counter and timer, recording street opening times and open time. It consists of a light control circuit, signal lamp driving circuit, counting decoding circuit and digital display. The optical signal control circuit, drive circuit to co

4、ntrol the street lamp street lamp working state, counting decoding circuit and a digital display counter records the number of street lights, timing circuit for recording the lamp opening time. Use Protel99 SE to make circuit diagram, and then use the Multisim11simulation. After Multisim 11by simula

5、tion the simulation results accord with the design requirements.Keywords :Street light controller; light control; counter; relay; amplifier作者：第 3 頁2018/10/11路燈控制器的設(shè)計目錄摘 要 .1關(guān)鍵詞 .2Abstract .3Keywords .3目錄 .41 設(shè)計要求 .52 總體方案 .52.1設(shè)計思路 .52.2原理框圖（圖 1.1） .63 設(shè)計內(nèi)容 .73.1 光控路燈電路（圖 1.2） .73.2計時電路 .83.2.1振蕩電路

6、.83.2.2秒計時器電路 .93.2.3分計時器電路 .103.2.4時計時器 .103.3路燈開啟次數(shù)的電路 .113.4電路之間的聯(lián)系 .123.5集成芯片功能說明 .123.5.1 555 定時器 .123.5.2 十進(jìn)制同步計數(shù)器 74LS160 .133.5.3 BCD- 七段顯示譯碼器 .144 設(shè)計總結(jié) .165 參考文獻(xiàn) .176 致謝 .18作者：第 4 頁2018/10/11路燈控制器的設(shè)計1 設(shè)計要求安裝在公共場所或道路兩旁的路燈通常希望隨日照光亮度的變化而自動開啟和斷開，以滿足行人的需要，又能節(jié)電。1、設(shè)計一個路燈自動照明的控制電路。當(dāng)日照光亮到一定程度時使燈自動熄滅

7、，而日照光暗到一定程度時又能自動點亮。開啟和關(guān)斷的日照光照度根據(jù)用戶要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。2、若將路燈開啟的啟動脈沖信號作計時起點，控制一個計數(shù)器對標(biāo)準(zhǔn)時基信號作計數(shù)，則可計算出路燈的開啟時間。3、路燈的驅(qū)動電路可用繼電器或可控硅電路。2 總體方案2.1 設(shè)計思路（1）要用日照光的亮度來控制燈的開啟和關(guān)斷，首先必須檢測出日照光的亮度。用光敏三極管、光敏二極管或光敏電阻等光敏元件作傳感器得到信號，再通過滑動變阻器改變阻值來控制日照光照度。以實現(xiàn)對電路的啟和?？刂啤＃?）設(shè)計一個計數(shù)器統(tǒng)計路燈開啟的次數(shù)，并用BCD- 七段顯示譯碼器顯示。（3）路燈的驅(qū)動電路可用繼電器。作者：第 5 頁2018/10/11

8、路燈控制器的設(shè)計圖 1.12.2 原理框圖（圖1.1 ）作者：第 6 頁2018/10/11路燈控制器的設(shè)計3 設(shè)計內(nèi)容3.1 光控路燈電路（圖1.2 ）RG是光電器件，如光電二極管、光電三極管、光敏電阻等。當(dāng)白天有光照在 RG上時，RG的內(nèi)阻較小， R2壓降較大，使 5S 模塊的腳呈高電平，模塊內(nèi)部的電路關(guān)斷，照明燈H不亮。而夜晚來臨，無光照射在 RG上， RG的內(nèi)阻增至很大， R2上的壓降很小， 5S 模塊的腳是低電平，使模塊的內(nèi)部電路導(dǎo)通，照明燈 H 點亮。調(diào)節(jié) R2 可以控制 H 點亮的靈敏度。R2即是起到調(diào)節(jié)開關(guān)的作用， 可以根據(jù)用戶的需求， 決定路燈在那種光照度下點亮。安裝時， R

9、G應(yīng)放在 H不能直接照射而只能接受自然光的地方。圖 1.2由此可知腳白天呈高電平，夜晚呈低電平，可以依據(jù)該腳的輸出電平來控制計數(shù)器的脈沖和計時器的開啟。而 5S 模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1.3 所示， 5S 模塊集 555 時基電路與 SSR 固態(tài)繼電器于一體，除具有二者優(yōu)點之外，還具有抗震、防爆、使用同一電源等優(yōu)點。應(yīng)用更加簡單、方便，接上負(fù)載即可進(jìn)行多種控制。作者：第 7 頁2018/10/11路燈控制器的設(shè)計圖 1.35S 模塊的內(nèi)部電路工作原理如上圖所示。 它是由無觸點控制電路和時基集成電路兩部分組成。單向可控硅 SCR 作為無觸點控制電路的開關(guān)， 雙向可控硅 BCR 作為交流負(fù)載驅(qū)動器。

10、當(dāng) SCR 截止時，橋式整流電路 U 內(nèi)無電流回路，故 BCR 無觸發(fā)電流而截止，負(fù)載停止工作。當(dāng) SCR 導(dǎo)通時，全橋整流電路形成電流回路，于是在 BCR 的控制極 G 上有正負(fù)雙向脈沖觸發(fā)，使得 BCR 完全導(dǎo)通，負(fù)載通電工作。而 SCR 的導(dǎo)通與截止也是由時基集成電路 IC 的輸出端腳來控制的。當(dāng) IC 的腳為高電平時， SCR 導(dǎo)通；當(dāng) IC 的腳為低電平時 SCR 截止，從而使得后級電路截止。如何使 IC 按照特定的程序工作，則可由應(yīng)用者自行設(shè)計。時基集成電路 IC 的電源是由全橋 U 整流，電阻 R1 降壓限流，電容器 C3 濾波， DW 穩(wěn)壓后供給的。二極管 VD 和電容器 C2

11、 構(gòu)成開機防干擾電路， C1 和 C4 也是抗干擾電容器。R3 和 C5 構(gòu)成過壓緩沖網(wǎng)絡(luò)，以確保電路安全工作。3.2 計時電路計時電路受振蕩電路輸出的一個一定頻率的脈沖和路燈主電路給予的一個開啟電平控制。計時器為時分秒計時器的形式。能夠?qū)⒂嫊r精確到秒， 并且最大計時時間為100 小時。下面詳細(xì)介紹計時電路的電路圖及原理。3.2.1 振蕩電路振蕩電路的是用來給秒計時器輸入一個脈沖，該脈沖的頻率為1HZ。如圖 2.1作者：第 8 頁2018/10/11路燈控制器的設(shè)計圖 2.1該振蕩電路為 555 定時器組成的多諧振蕩器。接通電源后腳P10 端能夠輸出一個周期為1s 的矩形波。其振蕩頻率為? =

12、1/（ tpL+tpH ） 1.43/(R1+2R2)=1HZ 。因此對于 R1、R2、 C2 的取值分別為 10K 、10K、47.7uF 時就可以使輸出頻率為 1HZ，也就滿足了使秒計時器按秒計數(shù)的目的。3.2.2 秒計時器電路當(dāng)秒計時器同時接收到路燈電路給的開啟信號和振蕩電路給的脈沖時開始工作。此時計數(shù)譯碼電路從 0 開始計數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá) 59 時進(jìn)位給分計時器，使分計時器計數(shù)。而秒計時器通過七段數(shù)碼顯示器顯示進(jìn)位，數(shù)字顯示從 059。其電路如圖 2.2圖 2.2此電路的原理為路燈電路的腳 P7 端接到 P1 端來開啟計數(shù)器計數(shù)。 P2 端接振蕩電路的 P10 端。該計數(shù)器由兩片 DM74L

13、S160AN芯片構(gòu)成， DM74LS160AN是十進(jìn)制同步計數(shù)器。將兩片連在一起后用反饋清零法構(gòu)成 60 進(jìn)制，即當(dāng) U2 輸出為 0110 時，將 Q1和 Q2通過與作者：第 9 頁2018/10/11路燈控制器的設(shè)計非門接到 U2、U3 的反饋清零端。同時將與非門的輸出端 P3 接到第二個計數(shù)器分計時器的脈沖端，使得分計時器計數(shù)。兩片芯片的輸出端 Q0、Q1、Q2、Q3分別接一個 ABCD七-段譯碼器，再通過七段數(shù)碼管顯示器顯示出來。3.2.3 分計時器電路分計時器受秒計時器給的脈沖信號控制， 同時 P1 端直接接到高電平 VCC。其同樣是由兩片 DM74LS160AN組成的，其 TC端對

14、上升沿敏感，而從 P3 端輸出的是低電平，因此要將 P3 端輸出的信號經(jīng)過與非門使秒計時器在到達(dá) 60 時變成上升沿，分計時器加 1。分計時器也是 60 進(jìn)制的計數(shù)器構(gòu)成的，因此結(jié)構(gòu)與秒計時器一樣，也同樣是根據(jù)反饋清零法來實現(xiàn)計數(shù)目的的。其具體電路如圖 2.3圖 2.3該電路與秒計時器芯片的連接方式完全相同， P5 端由秒計時器給予脈沖。 同樣將分鐘顯示在七段數(shù)碼顯示器上。3.2.4 時計時器時計時器將區(qū)別于以上兩者，為達(dá)到最大限度計時的目的，時計時器將設(shè)計成100 進(jìn)制的形式，不在需要向上上級進(jìn)位。也是將分計時器的 P4 輸出低電平經(jīng)過與非門變成高電平后輸入給時計時器的脈沖端 P6。其原理與

15、前者是相同的。電路圖如圖 2.4作者：第 10 頁2018/10/11路燈控制器的設(shè)計圖 2.4因為兩片芯片連接后直接可以構(gòu)成100 進(jìn)制的計數(shù)器，所以將兩個二進(jìn)制輸出直接接到兩片 ABCD七段譯碼器上即可。以上三個計時器構(gòu)成了完整的時分秒的計數(shù)，達(dá)到了精確到秒，最大到 100 小時的計時電路。完全可以滿足路燈在一次照明過程中的所需的時間。3.3 路燈開啟次數(shù)的電路在做路燈的開啟次數(shù)的電路設(shè)計時，有必要考慮到它的最大值，即最多能到多少次的問題。具體的幾次要結(jié)合實際需要。在此，暫且將它的最大值定到99 次。也就是說該計數(shù)器為 100 進(jìn)制的計數(shù)器。將其設(shè)計成與以上的時計時器一樣即可。電路如圖3.

16、1圖 3.1P10端輸入的脈沖也是由腳接一個與非門之后產(chǎn)生的上升沿給予的。其原理是一樣的。作者：第 11 頁2018/10/11路燈控制器的設(shè)計3.4 電路之間的聯(lián)系以上電路分別為各個看起來分離的部分電路，通過下圖來完整的描述它們之間的連接關(guān)系。圖 4.13.5 集成芯片功能說明以上設(shè)計中用到的數(shù)字集成芯片有 555 定時器、十進(jìn)制同步計數(shù)器 74LS160、BCD-七段顯示譯碼器。3.5.1 555 定時器555 定時器的電路如圖 5.1 所示。它由三個阻值為 5k? 的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器 C1和 C2、基本 RS觸發(fā)器、放電晶體管 T、與非門和反相器組成。作者：第 12 頁2

17、018/10/11路燈控制器的設(shè)計圖 5.1分壓器為兩個電壓比較器 C1、C2 提供參考電壓。如 5 端懸空，則比較器 C1 的參考電壓為，加在同相端； C2的參考電壓為，加在反相端。是復(fù)位輸入端。 當(dāng)=0 時，基本 RS觸發(fā)器被置 0，晶體管 T 導(dǎo)通，輸出端 u0 為低電平。正常工作時， =1。u11 和 u12 分別為 6 端和 2 端的輸入電壓。當(dāng) u11>，u12> 時， C1 輸出為低電平， C2 輸出為高電平，即 =0，=1，基本 RS觸發(fā)器被置 0，晶體管 T 導(dǎo)通，輸出端 u0 為低電平。當(dāng) u11<，u12< 時， C1 輸出為高電平， C2 輸出為

18、低電平， =1， =0，基本 RS觸發(fā)器被置 1，晶體管 T 截止，輸出端 u0 為高電平。當(dāng) u11<，u12> 時，基本 RS觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變。綜上所述，可得 555 定時器功能如表 5.1 所示。表 5.13.5.2 十進(jìn)制同步計數(shù)器74LS160160 的清除端是異步的。當(dāng)清除端 /MR為低電平時，不管時鐘端CP 狀態(tài)如何，即可完成清除功能。 160的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器/PE 為低電平時，在CP 上升沿作用下，輸出端Q0Q3 與數(shù)據(jù)輸入端P0 P3 一致。對于 54/74160 ，當(dāng)CP 由低至高跳變或跳變前，如果計數(shù)控制端CEP、 CET 為高

19、電平，則 /PE應(yīng)避免由低至高電平的跳變，而54/74LS160 無此種限制。 160 的計數(shù)是同步的，靠CP 同時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的。當(dāng)CEP、CET 均為高電平時，在CP 上升沿作用下Q0Q3 同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。對于54/74160 ，只有當(dāng) CP 為高電作者：第 13頁2018/10/11路燈控制器的設(shè)計平時， CEP、 CET 才允許由高至低電平的跳變，而54/74LS160 的CEP、 CET跳變與CP 無關(guān)。 160有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計數(shù)溢出時，進(jìn)位輸出端（TC）輸出一個高電平脈沖，其寬度為Q0的高電平部分。在不外加門電路的情況下，可級聯(lián)成N位同

20、步計數(shù)器。 其邏輯功能表如表 5.2 。輸入輸出CPLDCLREPETQ××0××全“ L”01××預(yù)置數(shù)據(jù)1111計數(shù)×110×保持×11×0保持表 5.23.5.3BCD- 七段顯示譯碼器BCD 七段譯碼器的輸入是一位 BCD 碼(以 D、 C、B、A 表示 )，輸出是數(shù)碼管各段的驅(qū)動信號 (以 FaFg 表示 )，也稱 47 譯碼器。若用它驅(qū)動共陰 LED 數(shù)碼管，則輸出應(yīng)為高有效，即輸出為高 (1)時，相應(yīng)顯示段發(fā)光。例如，當(dāng)輸入8421 碼 DCBA=0100 時，應(yīng)、顯示 ，即要求同

21、時點亮 b c f g 段，熄滅 a d e 段，故譯碼器的輸出應(yīng)為 FaFg=0110011，這也是一組代碼， 常稱為段碼。同理，根據(jù)組成 09 這 10 個字形的要求可以列出 8421BCD 七段譯碼器的真值表如表 5.3作者：第 14 頁2018/10/11路燈控制器的設(shè)計表 5.3作者：第 15 頁2018/10/11路燈控制器的設(shè)計4 設(shè)計總結(jié)本課程設(shè)計主要內(nèi)容為路燈控制器的設(shè)計，當(dāng)白天光照強度大時，路燈不工作，當(dāng)晚上光照強度弱時，路燈開啟，并通過輸出電平控制計數(shù)器和計時器工作，記錄路燈開啟的次數(shù)和開啟的時間。它由光信號控制電路、路燈驅(qū)動電路、計數(shù)譯碼電路和數(shù)碼顯示器組成。光信號控制

22、電路、路燈驅(qū)動電路控制路燈的工作狀態(tài)，計數(shù)譯碼電路和數(shù)碼顯示器組成計數(shù)器記錄路燈亮起的次數(shù)，計時電路用于記錄路燈開啟的時間。設(shè)計過程中用 Protel 99 SE作出電路的電路圖，然后使用Multisim 11.0進(jìn)行仿真。經(jīng)過 Multisim 11.0的仿真。制作采用數(shù)字集成電路及少數(shù)外圍元器件， 綜合了光控路燈和使用次數(shù)、 時間的計數(shù)。白天光照強的時候路燈不亮，當(dāng)光照弱到一定程度（這個程度可以由用戶自己調(diào)節(jié)）時，路燈開始照明，并且該路燈電路還能輸出一個電平控制計數(shù)器和計時器工作。通過這次設(shè)計，我們發(fā)現(xiàn)其主要是用到了數(shù)字電子技術(shù)里的計數(shù)器的知識，同時還包括對七段譯碼器和七段數(shù)碼顯示管的運用。該電路的主要部分為驅(qū)動電路，它既是開啟關(guān)斷路燈的關(guān)鍵，也是起到提供計數(shù)器信號的作用，使計數(shù)器能夠按照設(shè)計要求工作。路燈控制器是非常實用的