傳感器與檢測技術(shù)課程設(shè)計(jì)---路燈控制器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　路燈控制器的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　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，通過光敏電阻檢測自

2、然光強(qiáng)度，自動切換路燈的開關(guān)狀態(tài)，大大減少路燈管理、維護(hù)的費(fèi)用，同時降低電能的不必要損耗。</p><p>　　1.1 課程設(shè)計(jì)的目的</p><p>　　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。</p><p>　　1.2 課程設(shè)計(jì)的要求及要求&

3、lt;/p><p>　?。?）天黑時燈亮，利用光敏二極管的阻值變化，控制可控硅的導(dǎo)通；</p><p>　?。?）天亮?xí)r，利用光敏二極管的阻值變小，控制可控硅的斷路，使燈熄滅；</p><p>　　（3）或用繼電器控制燈的開、關(guān)；</p><p>　　（4）引入聲控，晚上光線較暗，有聲音時路燈點(diǎn)亮，聲音消失后延長（白天即使有聲音也燈也不亮）。&l

4、t;/p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)分析</b></p><p>　　使用光照強(qiáng)度作為傳感器，目前最為常用且性價比較高的就是光敏電阻，利用其光線較強(qiáng)時，電阻值較低，而光線較暗時則電阻較大的特點(diǎn)，利用電橋，可將光線信號轉(zhuǎn)換成電信號，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，只要能將光線信號取出，整個設(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

5、，這樣就算驅(qū)動較大的路燈負(fù)載，只需再加接觸器便可完成。</p><p>　　至于聲控部分，可以在電路中加入一個麥克風(fēng)（mic），感知外界聲音的大小，再通過硬件轉(zhuǎn)化成電信號，最終控制燈的亮滅。</p><p>　　聲光控路燈控制器可以自動實(shí)現(xiàn)白天光線較暗和晚上遇到聲響時，路燈自動點(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

6、廊，衛(wèi)生間等公共場所的照明控制。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。</p><p>　　3 設(shè)計(jì)原理及電路圖</p><p>　　路燈控制器電路主要由電源電路、聲控電路、光控電路、延時電路，負(fù)載電路等構(gòu)成。工作時，先由光控電路和聲控電路一起向聲光控制電路輸入信號，當(dāng)兩個信號同時有效時，聲光控制電路才往下傳輸信號，才向開并電路送去信號，使開關(guān)打開，同時也促使延時

7、電路開始工作，而電路的電源由電源經(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：</p><p>　　3-1  路燈控制器的原理</p><p><b>　　3.1電源電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　

8、電源電路的主要作用是為路燈控制器的負(fù)載提供電源，同時為其中的控制電路提電源，其由220V交流電源經(jīng)過一個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）</p><p><b>　　圖3-2 電源電路</b></p><p>

9、;　　3.2光聲控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　控制電路的主要作用是完成對聲控和光控電路的控制，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起作用時，即既有光信號又有聲音信路時，控制電路才會作用，開關(guān)打開。</p><p>　　光控部分采用光敏電阻的感光特性來工作的，即當(dāng)有光線的時候，其處于低電阻狀態(tài)，其上

10、幾乎不分得電壓；在沒有光線或者光線較暗的時候，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來起到光控作用的。電路如圖3-3所示</p><p><b>　　圖3-3 光控電路</b></p><p>　　聲控部分主要是通過話筒等聲音接收電路來把聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號。三極管VT在沒有聲音信號時處于飽和狀態(tài)，當(dāng)有聲音信號時，聲音信號通過電容的耦合，短時

11、間內(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。</p><p><b>　　圖3-4 聲控電路</b></p><p>　　3.3 延時電路設(shè)計(jì)</p><p>　　延時電路的作用主要是完成保持晶閘持續(xù)導(dǎo)通一段時間，維持發(fā)光二極管持續(xù)發(fā)光一段時間，

12、持續(xù)時間的長短由延時電容的放電時間來決定，延時電容的放電時間即為照明的持續(xù)時間，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，即可改變充放電時間長短，從而維持TC4011BP的8，9腳的高電平在一段時間內(nèi)保持不變，從而決定LED的發(fā)光的時間長短，即維持照明的時間改變。其組成只要由電阻、電容，電容是通過電阻放電的。電路如圖3-5所示。</p><p>&

13、lt;b>　　圖3-5 延時電路</b></p><p><b>　　3.4開關(guān)電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　當(dāng)CD4011的3腳輸出高電平時經(jīng)過R2,R3分壓后供給SCR控制極一個約2V左右的開關(guān)信號，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，開關(guān)管關(guān)斷， LED熄滅，直到3腳變?yōu)楦唠娖綍r才亮。電路如圖3-6所示。<

14、/p><p><b>　　圖3-6 開關(guān)電路</b></p><p><b>　　3.5照明電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　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。</p><p>　　3.6 整體電路設(shè)計(jì)</p><p>　　交流電經(jīng)D1—

15、4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。</p>

16、<p>　　傍晚光線變暗時，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）腳輸出仍為低電平，燈LED0不亮。只有在有聲音時，才能合聲傳感器的Mic2產(chǎn)生一個電信號，經(jīng)C3耦合到VT的基極，使VT的集電極瞬時輸出高電平，CD4011的（1）腳為高電平，（3）腳輸出為低電平，與非門反相后（4）腳輸出高電平，使D5導(dǎo)通，并對C2進(jìn)行充電。與此同時，（10） 腳輸出低電平使（11）

17、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?，D5截止，但由于C2上充了電的電壓不會產(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

18、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。</p><p><b>　　圖3-7 整體電路</b></p><p>　　4 總體性能及完善措施</p><p>　　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，即自動實(shí)現(xiàn)白天光線較暗和晚上遇到聲響時，路燈自動點(diǎn)亮，從而實(shí)現(xiàn)人來燈亮，人走燈滅

19、，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，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，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。</p><p><

20、b>　　5 心得體會</b></p><p>　　對于這次課程設(shè)計(jì)，由于以前做實(shí)驗(yàn)的時候已經(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)時總是會犯一些錯誤，只有經(jīng)過不停的改錯，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，一個小小的錯誤就會導(dǎo)致結(jié)果的不正確，而對錯誤的

21、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)，對以后從事電路設(shè)計(jì)工作會有一定的幫助。</p><p>　　雖然設(shè)計(jì)過程不是一帆風(fēng)順，遇到了許多問題，但整個過程讓我學(xué)到了很多平時沒學(xué)到的知識。通過這次設(shè)計(jì)更進(jìn)一步的提高了我的思維能力，動手能力，增強(qiáng)了對專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣。希望以此為起點(diǎn)，在以后的學(xué)習(xí)中能更積極的動腦動手，提高自己的綜合能力，為以后的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p>