路灯控制系统的设计与制作.doc

电子综合开发实践报告

设计课题： 路灯控制器的设计与制作
专业班级：
学生学号：
学生姓名： 秦疆彬
设计时间： 2014 年1月

信息科学与技术学院
2014年1月

路灯控制器的设计与制作
一、 设计任务与要求
（1）设计制作一个路灯自动照明的控制电路，当日照光亮到一定的程度时路灯自动熄灭，而日照光亮暗到一定程度时路灯自动点亮。
（2）设计计时电路，用数码管显示路灯当前一次的连续开启时间。
（3）设计计数显示电路，统计路灯的开启次数。
二、 方案设计与论证
了解常用路灯控制的各种方法，及各自的优缺点，通过相互的比较，确定设计方案，并对所用传感器进行选型，同时加以电路的设计与分析，完成设计任务。下面对路灯控制器的原理，路灯控制器中用到的主要元件以及在电路中的作用分析。
该路灯控制器是由光敏电阻、555定时器、计数器、译码器、数码管显示器和受控灯组成。光敏电阻器又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，当光照减弱时，光敏电阻阻值增大，555定时器的2、6端口出现低电平，当它到达一定值时，3口出现高电平，且大于2/3（VCC），路灯亮。反之，当光照增强到一定时，光敏电阻阻值减小，3口出现低电平，小于1/3（VCC），路灯熄灭。为了避免外部干扰所带来的错误反应（例如来往的车灯给光敏电阻带来的短暂激励），我们利用电容充电带来的时间延迟来解决问题。经以上论证，方案可行。

光控电路
计数电路
译码电路
数码管显示
计时电路
图2.1流程框图
三、 单元电路设计与参数计算

1、 光敏电阻与555定时器构成的控制电路

图3.1光控电路
该部分电路相当于总电路的开关，通过光照强弱的变化改变光敏电阻的阻值，从而改变Vi的电压值。在该电路中Vi即为由555构成的施密特触发器的输入电压，Vi的改变会引起施密特触发器的翻转，从而改变输出电平，达到开关的效果。当光敏电阻周围的环境光照强度比较强时，电阻阻值为几百欧左右，Vi< ；当光敏电阻周围的环境光照强度比较弱时，电阻阻值为1兆欧左右，Vi> 。当光敏电阻周围环境由光变暗时，Vi增大过程中达到值时，引发施密特触发器翻转，输出由低电平跳变为高电平。施密特触发器输出跳变为高电平同时引起LED灯的开启，多谐振荡器产生时钟信号和计数电路的触发器触发。而当光敏电阻周围环境由暗变光时，Vi减小过程中达到值时，引起触发器翻转，输出由高电平跳变为低电平。触发器输出跳变为低电平使LED灯熄灭，多谐振荡器不工作，且计数电路触发器不触发。因此，由光敏电阻和555定时器组成的控制电路起到总电路开关的作用。

2、多谐震荡电路

图3.2多谐震荡电路
如图所示，C1=10nF，C2=10uF，R1=100KΩ，R2=20 KΩ，按上电路图与555定时器相连构成可产生频率为1Hz的多谐振荡器。多谐振荡器为计数器提供时钟脉冲。时钟周期T=0.7*(R1+2R2)*C1=1s。
3、计时电路
图3.3计时电路
该部分用到了计数器共三个，需要三片74LS390芯片，组成60进制计数器，用于显示分钟和秒。集成电路74LS390芯片为双10进制计数器，通过四位输出端输出10进制BCD码。
4、译码显示电路

图3.4译码显示电路
当电路正常工作时，数码管上会按照设计要求显示路灯持续工作的时间与工作的次数。计数器用来产生十进制计数，其输出信号加在译码器输入端，经译码后可在输出端产生所需的控制信号。本电路中译码驱动器采用CD4511。
5、计数电路

图3.5计数电路
该部分电路实现记录路灯开关次数功能，需要一片74LS390芯片和一片CD4511译码器和一个共阴极数码管。当光敏电阻周围环境从亮变暗时，由555定时器构成的施密特触发器由低电平翻转为高电平，经过非门后，74LS390接收到的信号为由高电平反转为低电平。这个脉冲下降沿触发74LS390计数。而当光敏电阻周围环境从暗变亮，输入信号为上升沿不会引起计数，从而达到电路计时一次，计数一次的效果。
四、 总原理图及元器件清单
1、总原理图

图4.1仿真电路
2、元器件清单
名称
数量
名称
数量
555
2
电阻100K
1
光敏电阻
1
电阻20K
1
电容1nF
1
电容10uF
1
电阻10K
1
74LS390
4
7400
2
共阴极数码管
4
4511
4
受控小灯
1
7404
2
电容10nF
1

五、 性能测试与分析
通过改变光明电阻上光线的强弱，可以实现受控小灯的亮灭。第一个和第二个数码管可以比较灵敏的累计亮灯的时间。第三个数码管可以准确的计算受控小灯的开关次数。
六、 结论与心得
通过该次课程设计，感触很深，设计出原理图，极大的提高了我们的软件操作能力。在原理图的设计过程中，我们通过查找资料，结合课堂所学知识以及对仿真软件的学习与使用，对仿真有了更深的了解以及产生了更浓的兴趣。
通过对路灯控制器的设计，我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。
参考文献
[1]康华光.电子技术基础-数字部分（第五版），高等教育出版，2006.1
[2]伍时和.数字电子技术基础，清华大学出版社
[3]刘修文主编.实用电子电路设计制作300例.中国电力出版社，2005
附录：