電子技術課程設計---路燈控制器設計

1、<p>　　課程設計名稱： 電子技術課程設計 </p><p>　　題 目： 路燈控制器設計 </p><p>　　課 程 設 計 成 績 評 定 表</p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><p><b>　　一、設計題目&l

2、t;/b></p><p><b>　　路燈控制器設計</b></p><p><b>　　二、設計任務</b></p><p>　　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；</p><p>　　2. 具有聲控功能，晚上光線較暗、有聲音時路燈點亮，聲

3、音消失后延時照明一段時間后自動熄滅。</p><p><b>　　三、設計計劃</b></p><p>　　電子技術課程設計共1周。</p><p>　　第1天：針對選題查資料，確定設計方案；</p><p>　　第2天：方案分析比較，電路原理設計，進行元器件及參數(shù)選擇；</p><p>　　第3

4、～4天：電路仿真，畫電路原理圖；</p><p>　　第5天：編寫整理設計報告。</p><p><b>　　四、設計要求</b></p><p>　　1. 畫出整體電路圖；</p><p>　　2. 對所設計的電路全部或部分進行仿真，使之達到設計任務要求；</p><p>　　3. 寫出設計報告

5、書。</p><p>　　指 導 教 師：陳忠華</p><p>　　時 間：2011年6月16 日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　路燈控制器主要由聲控電路、光控電路以及延遲電路組成。聲光同時控制能夠實現(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

6、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。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，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，而且設計電路簡單，采用常用的電子元器件構成，使用非常方便，而且此電路具有延時時間可調的功能，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。

7、</p><p>　　關鍵詞：傳感器；聲控電路；光控電路；延時電路；開關電路</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、綜述1</b></p><p>　　二、設計方案及其論證1</p><p>　　2.1 設計思路1</p>

8、;<p>　　2.2 總體方框圖2</p><p>　　2.3 主要電路2</p><p>　　2.4設計原理分析2</p><p>　　2.5各部分電路工作原理及參數(shù)選擇3</p><p>　　2.5.1聲控電路3</p><p>　　2.5.2光控電路4</p><

9、p>　　2.5.3穩(wěn)壓電路4</p><p>　　2.5.4延時、觸發(fā)電路5</p><p>　　2.5.5開關電路7</p><p>　　2.5.6電源電路8</p><p>　　2.5.7其他電路8</p><p><b>　　三、總結及心得9</b></p>

10、<p><b>　　四、參考文獻10</b></p><p><b>　　五、附錄11</b></p><p><b>　　一、綜述</b></p><p>　　當今世界以電子信息技術為前提下推動社會跨越式的進步，科學技術的飛速發(fā)展日新月異帶動了各國生產力的大規(guī)模提高。由此可見科技已成為

11、各國競技的核心，尤其是電子信息技術更顯得尤為重要，在國民生產各部門電子信息技術得到了廣泛的應用。同時隨著人們生活現(xiàn)代化水平不斷提高，國民經濟的快速發(fā)展，電力的供需矛盾日益加劇生產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，還會帶來許多相應的環(huán)境問題。為此，我們應該從身邊做起，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

12、控制；另外，接線簡略、安裝利便，是公共場所照明的首要選擇。</p><p>　　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外，另有微波感應開關以及熱釋遠紅外感應開關。今朝，微波感應開關的抗干擾性能尚不完善，紅外感應開關在性能上較為穩(wěn)定，但安裝復雜，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用。在普通住宅樓、辦公樓道等場所的照明控制考慮到價格

13、、管理及安裝便利等因素，按照我國國情，可以估計在相當長一段時期內，聲光控路燈將是首選的產品。 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，聲光控開關能較好的為解決世界能量物質危機供給一點幫忙。有助于我國實現(xiàn)可連續(xù)發(fā)展，構建節(jié)約型社會。 </p><p>　　二、設計方案及其論證</p><p><b>　　2.1 設計思路</b></

14、p><p>　　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，以增強電路的實用性?？傮w方框圖如圖1所示。</p>&l

15、t;p>　　2.2 總體方框圖</p><p><b>　　2.3 主要電路</b></p><p>　　聲光控路燈控制器原理如圖2所示：</p><p><b>　　2.4設計原理分析</b></p><p>　　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

16、輸入動態(tài)。由555定時器構成的單穩(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，繼電器處于關斷，燈路關閉。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?，當人?/p>

17、動的腳步聲傳到傳聲器BW時，聲波轉換成電信號經三極管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)繼電器處于關斷狀態(tài)，燈泡不被點亮。</p><p>　　2.5各部分電路工作原理及參數(shù)選擇</p><p><b>　　2.5.1聲控電路</b></p><p

18、>　　該電路結構如右下圖所示，主要由駐極體話筒連接電路及放大電路組成。</p><p>　　話筒將聲音信號轉換為電信號，但話筒傳輸?shù)碾娦盘柤捌湮⑷?，輸出阻抗極高。因此不能直接接放大電路，我們在這里用R1,C1組成話筒的連接電路，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74LS00的1、2腳

19、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)，繼電器任工作于關斷狀態(tài)，燈泡也不會亮。每個聲音信號轉換來的電壓信號，我們將其看作無數(shù)個正弦信號，有正負半周之分。聲音信號到來，三極管處于放大狀態(tài)。當信號處于正半周時，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；當信號處于負半周時，放大后的電壓與靜態(tài)工作下的電壓疊加后呈低電平，經74LS00的1、2腳反相后3腳輸出高電平

20、。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，繼電器被導通，燈泡被電亮。</p><p>　　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換，選擇0.1uF的無極性電容。轉換來的電壓很微弱，為使電路輸出變化明顯，我們將三極管的放大倍數(shù)設置為9013三極管的最大值14

21、4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。</p><p><b>　　2.5.2光控電路</b></p><p>　　該電路結構如右圖示，由光敏電阻GR,電阻R4、R1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

22、時即使有聲音，固態(tài)繼電器也不會被導通，燈泡不亮。夜晚或光線較暗時，GR的電阻達到１兆左右，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)導通，燈泡被點亮。</p><p>　　我們測得GR的亮電阻為20K，暗電阻為1兆。欲使</p&g

23、t;<p>　　Q1導通，Q1基極電壓需達到0.7V。通過分壓公式，計算得R4取1.5K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。</p><p><b>　　2.5.3穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　該穩(wěn)壓電路部分由一個三端集成穩(wěn)壓器及電容C4構成。電路結構如右下圖示。因為74LS00

24、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。</p><p>　　2.5.4延時、觸發(fā)電路</p><p>　　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)。其電路結構如下圖示：&l

25、t;/p><p>　　在我們的設計電路中，該延時、觸發(fā)電路如右下圖示當沒有觸發(fā)信號時，Vi（2腳）處于高電平（Vi>VCC/3）,如果接通電源后Q=0，V0(3腳)=0，T導通，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導通，

26、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（Vi<VCC/3）,電路的輸出狀態(tài)由低電</p><p>　　平跳變?yōu)楦唠娖剑娐愤M入暫穩(wěn)態(tài)，放電三極管T截止。此后電容C充電，當C充電至Vc=2VCC/3時，電路的輸出電壓V0由高電平翻轉為低電平，同時T導通，于是電容C放電，電路返回到穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p>

27、;　　電路的工作波形如右下圖所示： 如果忽略T的飽和壓降，則Vc從零電平上升到2VCC/3的時間，即為輸出電壓V0的脈寬Tw=RCln3=1.1RC.此Tw也為觸發(fā)電路中的延時時間。由于要讓單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的V0能夠由高電平翻轉為低電平，則需要6腳的輸入電壓即Vc>2VCC/3;且考慮在調試時能夠容易判斷出電路設計的正確性，所以在設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

28、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。</p><p><b>　　2.5.5開關電路</b></p><p>　　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，由分立元器件、膜固定電阻網絡和芯片，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)負載的通斷切換功能，內部無

29、任何可動部件。主要由輸入(控制)電路，驅動電路和輸出(負載)電路三部分組成。其內部電路如下圖所示。 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開，V1構成反相器，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組成浪涌吸收網絡，以吸收電源中帶有的尖峰電壓或浪涌電流，防止對

30、開關電路產生沖擊或干擾。 </p><p>　　如圖所示，當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關閉。當加入輸入信號時，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V3兩端電壓在適當內時，只要適當選擇分壓電阻R4和R5，就可使V2截止，這樣使V3觸發(fā)導通，從而使V 4的控制極上得到從R6→UR→V3→UR→R7或反方向的觸

31、發(fā)脈沖，而使V4導通，使負載接通交流電源?？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。</p><p><b>　　2.5.6電源電路</b></p><p>　　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構如下圖示。</p><p>　　220V的交流信號經過變壓器，變壓為9V的交流信號IN，而橋

32、式整流電</p><p>　　路將交流電壓IN變換成脈動的直流電壓。再經過由電容C7構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。經橋式整流來的電壓按公式計算應為10.8V。為保護D1的完好，我們選擇了阻值為100歐姆的限流電阻。因為聲光控電路部分需要10V的直流電壓供電，因此在設計中選擇了輸出為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

33、分的電壓為10V,因此我們用到10V的穩(wěn)壓二極管D1。</p><p><b>　　2.5.7其他電路</b></p><p>　　(1)負載電路 負載電路上接上一定功率的燈泡。</p><p>　　(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)繼電器導通。</p&g

34、t;<p><b>　　三、總結及心得</b></p><p>　　通過一周的課程設計，我們覺得自己的確學到了許多知識。以前學習模擬和數(shù)字電子技術的時候，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。通過一周的課程設計，我學會了許多專業(yè)知識。遇到困難時，我就去積極的看教材，去圖書館查閱資料，去網上搜索相關信息，直至把每一個細節(jié)，每一個原理都搞清楚弄明白為止，大大增強了

35、我的自學能力和獨立能力。更重要的是，我拓展了思路，開闊了視野，活躍了思想。</p><p>　　以前學習模電和數(shù)電時總覺得自己傻傻的，不知所措，無從下手，不知如何學起，思路很狹窄，視野也不開闊，學的東西很死板，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

36、為重要的是我深深地體會到了友誼的力量，在我們實習過程中，同學們互幫互助，相互關心，相互體貼，手挽手，肩并肩，風雨中同舟共濟，克服了種種困難，最終為我們的實習畫上了圓滿句號，充分體現(xiàn)了拼搏精神和團隊精神，使我終身難忘。</p><p><b>　　四、參考文獻</b></p><p>　　[1]康華光.電子技術基礎（數(shù)字部分）.高等教育出版社，2006　</p&g

37、t;<p>　　[2]翁飛兵、陳棣湘.電子技術實踐教程.國防科技大學出版社，2003</p><p>　　[3]卿太全、李瀟、郭明瓊.常用數(shù)字集成電路原理與應用.人民郵電出版社，2006</p><p>　　[4]朱紅、李穎、韓冰、唐續(xù)、王華玉.電子技術綜合實驗.電子科技大學出版社，2005</p><p>　　[5]卞小梅.電子技術基礎.電子工業(yè)出版