传感器与检测技术课程设计-路灯控制器.doc

课程设计

传感器与
检测技术

课程设计报告

班 级：

姓 名：

学 号：

指导教师：

成 绩：

电子与信息工程学院

路灯控制器的设计
1 前言
目前很多城市路灯控制系统多数处于人工管理的状态，使路灯管理和维护成本加大。为此，本次设计提出一种新的路灯控制器方案，通过光敏电阻检测自然光强度，自动切换路灯的开关状态，大大减少路灯管理、维护的费用，同时降低电能的不必要损耗。
1.1 课程设计的目的
本次设计的目的就是在掌握传感器的基本应用，并且能够联系其他元件设计出成品，进行理论与实际的结合，提高应用计算机软件的有关设计能力，提高分析、解决实际问题的能力。
1.2 课程设计的要求及要求
（1）天黑时灯亮，利用光敏二极管的阻值变化，控制可控硅的导通；
（2）天亮时，利用光敏二极管的阻值变小，控制可控硅的断路，使灯熄灭；
（3）或用继电器控制灯的开、关；
（4）引入声控，晚上光线较暗，有声音时路灯点亮，声音消失后延长（白天即使有声音也灯也不亮）。
2 设计分析
使用光照强度作为传感器，目前最为常用且性价比较高的就是光敏电阻，利用其光线较强时，电阻值较低，而光线较暗时则电阻较大的特点，利用电桥，可将光线信号转换成电信号，再通过电压比较器等方式，可以有效地完成控制需要。这类设计中，只要能将光线信号取出，整个设计也便完成了大半，至于控制部分的设计，可采用继电器输出，这样就算驱动较大的路灯负载，只需再加接触器便可完成。
至于声控部分，可以在电路中加入一个麦克风（mic），感知外界声音的大小，再通过硬件转化成电信号，最终控制灯的亮灭。
声光控路灯控制器可以自动实现白天光线较暗和晚上遇到声响时，路灯自动点亮，从而实现人来灯亮，人走灯灭，既方便又实用。不仅节约了电能，而且能延长灯泡使用寿命。可广泛应用于路灯，楼梯，走廊，卫生间等公共场所的照明控制。此控制器经济实用，即使一般的脚步声也能感应出来，灯泡发光照明好。
3 设计原理及电路图
声光整流电路

稳压电路

路灯控制器电路主要由电源电路、声控电路、光控电路、延时电路，负载电路等构成。工作时，先由光控电路和声控电路一起向声光控制电路输入信号，当两个信号同时有效时，声光控制电路才往下传输信号，才向开并电路送去信号，使开关打开，同时也促使延时电路开始工作，而电路的电源由电源经过桥式整流以后，再经过降压电路降过压以后来提供，电路中其他需供电的电路由降压以后再进行稳压以后来供电，负载的供电直接由电源来提供。总体框图如下图3-1所示，工作流程如箭头所示：
延时电路
声控电路
开关电路
光控电路

照明电路
电源电路
整流电路

3-1  路灯控制器的原理
3.1电源电路设计
电源电路的主要作用是为路灯控制器的负载提供电源，同时为其中的控制电路提电源，其由220V交流电源经过一个桥式整流的整流作用，再经过电阻R1， R2分压，C1滤波，使电压稳定在10V左右，为数字集成电路和其他负载电路提供稳定直流电压，同时经桥式整流过的电压经过开关管给光源负载供电。（电路如图3-2）

图3-2 电源电路
3.2光声控制电路设计
控制电路的主要作用是完成对声控和光控电路的控制，即照明电路的亮与不亮都由控制电路来控制完成，控制电路是路灯控制电路中的主体电路，它包括声控和光控电路，只有当声控和光控电路同时起作用时，即既有光信号又有声音信路时，控制电路才会作用，开关打开。
光控部分采用光敏电阻的感光特性来工作的，即当有光线的时候，其处于低电阻状态，其上几乎不分得电压；在没有光线或者光线较暗的时候，其处于高阻状态。此电路就是利用光敏电阻的光电特性输出高低电平信号来起到光控作用的。电路如图3-3所示

图3-3 光控电路
声控部分主要是通过话筒等声音接收电路来把声音信号转化为电信号。三极管VT在没有声音信号时处于饱和状态，当有声音信号时，声音信号通过电容的耦合，短时间内拉低VT基极的电位，使三极管VT的瞬间截止,VT的集电极上产生一个瞬间高电平送入控制电路，经过处理，从而达到声控的目的。电路如图3-4所示。

图3-4 声控电路
3.3 延时电路设计
延时电路的作用主要是完成保持晶闸持续导通一段时间，维持发光二极管持续发光一段时间，持续时间的长短由延时电容的放电时间来决定，延时电容的放电时间即为照明的持续时间，当充电电容通过电阻放电，从开始放电开始直到放电结束的这一段时间（即由R，C）来决定，只要改变电阻值或电容值，即可改变充放电时间长短，从而维持TC4011BP的8，9脚的高电平在一段时间内保持不变，从而决定LED的发光的时间长短，即维持照明的时间改变。其组成只要由电阻、电容，电容是通过电阻放电的。电路如图3-5所示。

图3-5 延时电路
3.4开关电路设计
当CD4011的3脚输出高电平时经过R2,R3分压后供给SCR控制极一个约2V左右的开关信号，使开关管V2导通，灯泡发光。当CD4011的3脚为低电平时，开关管关断， LED熄灭，直到3脚变为高电平时才亮。电路如图3-6所示。

图3-6 开关电路
3.5照明电路设计
照明电路即一系列发光设备，如发光灯、二极管等，通过控制电路，控制其亮灭。
3.6 整体电路设计
交流电经D1—4整流后，经R1、R2分压，在C1两端获得约12V的工作电压，供控制电路工作。R9为光敏电阻，白天时在光照的作用下，呈低阻状态，CD4011（2）脚处于低电平，而由于R5的存在，在静态时VT为导通状态，CD4011（1）脚为低电平，其（3）脚输出为高电平。该电平经与非门反相后CD4011（4）脚为低电平，使二极管D5因处于反偏状态而截止，使得CD4011（11）脚为低电平，晶闸管Q1处于截止状态，灯LED0不亮。
傍晚光线变暗时，光敏电阻R9的阻值变大，使CD4011的（2）脚为高电平，但由于其第（1）脚仍为低电平，所以（11）脚输出仍为低电平，灯LED0不亮。只有在有声音时，才能合声传感器的Mic2产生一个电信号，经C3耦合到VT的基极，使VT的集电极瞬时输出高电平，CD4011的（1）脚为高电平，（3）脚输出为低电平，与非门反相后（4）脚输出高电平，使D5导通，并对C2进行充电。与此同时，（10） 脚输出低电平使（11）脚输出为高电平，并触发晶闸管Q1导通，灯LED0被点亮。由于外部的声音是短暂的，为了使灯LED0有一个足够的点亮时间，在电路加入R6和C2，这样，即使CD4011的（4）脚变为低电平，D5截止，但由于C2上充了电的电压不会产生突变，仍有电压加在CD4011的（8）（9）脚使（10）脚输出为低电平，而（11）脚输出仍为高电平，维持Q1的导通，灯LED0仍被点亮。随着C2上的电压下降到一定的程度，（10）脚的输出变为高电平，进而（11）脚为低电平，因失去触发电压，晶闸管Q1截止，灯LED0因失去触发电流而熄灭。电路如图3-7所示。

图3-7 整体电路
4 总体性能及完善措施
本次设计是根据环境的亮暗和声音的有无实现路灯的亮灭，即自动实现白天光线较暗和晚上遇到声响时，路灯自动点亮，从而实现人来灯亮，人走灯灭，既方便又实用。但是在本系统的设计中，如何提高系统在光线临界状态的稳定性，是设计的问题所在。由于光敏电阻的电阻值变化是连续的，因此在靠近临界点时，容易造成不稳定。若在设计中若能用运放电路来完成处理，则可将运放接成电压比较器的方式，这样可以完成较为精确的起控；若采用分立元件来处理，可以采用稳压管来稳定工作点，只有当分压大于稳压管的击穿电压时，电路才能起控。此问题还应在日后的设计中逐步完善。
5 心得体会
对于这次课程设计，由于以前做实验的时候已经接触过类似的题目，所以做起来不是很困难。但是，开始做设计时总是会犯一些错误，只有经过不停的改错，才能得到正确的设计，这也说明了作为电路设计人员是不能粗心大意的。一个设计电路质量的高低与你细心与否有着一定的联系。所以，在设计中要求我要有毅力，还要细心，稍有不慎，一个小小的错误就会导致结果的不正确，而对错误的检查要求我要有足够的耐心，通过这次设计和设计中遇到的问题，也积累了一定的经验，对以后从事电路设计工作会有一定的帮助。
虽然设计过程不是一帆风顺，遇到了许多问题，但整个过程让我学到了很多平时没学到的知识。通过这次设计更进一步的提高了我的思维能力，动手能力，增强了对专业学习的兴趣。希望以此为起点，在以后的学习中能更积极的动脑动手，提高自己的综合能力，为以后的发展打下坚实的基础。

参考文献
[1]童诗白，模拟电子技术基础 第三版.
[2]翁飞兵、陈棣湘，电子技术实践教程.
[3]王楚、徐道衡，电子线路原理.

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