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路灯控制器
学校代码学号00812019
分类号密级
本科学年论文(设计)
路灯控制器
学院、系电子信息工程学院电子工程系
专业名称电子信息科学与技术
年级2008
学生姓名武文杰
指导教师田晓媛
2010年10月1日
路灯控制器
摘要在各个公共场所长明灯现象十分普遍,这造成了能源的极大浪费。
本设计能够智能的控制路灯的开启时间,实现节能的目的。
该电路主要是通过光敏电阻通过对外界的光线的强弱的感应来控制555的高低电平输出,从而控制路灯的开或关。
【关键词】计时电路计数电路调试
LampController
Abstract
Inschools、offices、factoriesandenterprisesetcpublicandresidentialbuilding、thepublic,itiscommonever-buringlampsandcausedatremendouswasteofenergy.Thiscoursedesigntaskistodesignalampcontrolsystem,encouragestudentslearnedtosetanewcircuitdesignlong-lifeenergy-savinglampelectricincandescentbulbs.Idesignedcircuitwhenindarkenvironmenttoautomaticlight,Wheninbrightenvironmentcanbedestroyed.Canautomaticallyrecord"lamplights"Canopenlamplights"total".ThiscircuitisuseLDRtocontrol555exporthighorlowvoltageinordertocontrolthelight.
KeyWords:
time-circuitnumber-circuitdebug
目录
绪论………………………………………………………………………………3
第1章电路的设计原理…………………………………………………3
1.1电路的设计思想…………………………………………………………3
1.2电路的设计原理…………………………………………………………3
第2章电路的设计与分析………………………………………………4
2.1多谐震荡电路的设计与分析……………………………………………4
2.2译码显示电路的设计与分析……………………………………………6
2.3计数电路的设计与分析…………………………………………………9
2.4总的电路设计与分析…………………………………………………10
第3章电路的调试与分析……………………………………………12
3.1调试使用的仪器………………………………………………………12
3.2电路的调试……………………………………………………………12
第4章电路的仿真………………………………………………………12
附录……………………………………………………………………………14
参考文献………………………………………………………………………14
绪论
在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道,长明灯现象十分普遍,这造成了能源的极大浪费。
另外,由于频繁开关或者人为因素,墙壁开关的损坏率很高,增大了维修量、浪费了资金。
因此公路灯节能的口号便由此而提起,因影响人们的生活。
本课程设计的任务就是自己设计一个路灯控制系统,鼓励学生能够集合所学设计了一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便、使用寿命长的光控白炽灯节能路灯。
具体设计任务如下:
1、当日照光亮到一定程度时灯自动熄灭,而日照光暗到一定程度时又能自动点亮。
开启和关断的日照光照度自定。
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。
第1章电路的设计原理
1.1电路的设计思想
本电路可以采用74LS160、74HC04、74LS08、74LS12、CD4511、555等芯片来完成路灯亮暗控制与所需要的数字逻辑显示功能(在七段数码管上按规律显示特定的数字)。
本设计主要是通过光敏电阻通过对外界的光线的强弱的感应来控制555的高低电平输出,从而控制路灯的开或关(为方便起见,一律用开关模拟光敏电阻,下面提到的光敏电阻也一样)。
为了使计时与计数电路同步启动,555的输出接计时电路的使能端,计数电路的脉冲端。
脉冲的产生是用555接成一个频率为1HZ的多谐振荡器,用CD4511驱动共阴极的七段数码管做显示电路。
当光照减弱时,光敏电阻阻值增大,555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2/3VCC,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1/3VCC,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。
1.2电路的设计原理
第2章电路的设计与分析
2.1多谐震荡电路的设计与分析
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
一般用双极性工艺制作的称为555,用CMOS工艺制作的称为7555,除单定时器外,还有对应的双定时器556/7556。
555定时器的电源电压范围宽,可在4.5V~16V工作,7555可在3~18V工作,输出驱动电流约为200mA,因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
555定时器成本低,性能可靠,只需要外接几个电阻、电容,就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
它内部包括两个电压比较器,三个等值串联电阻,一个RS触发器,一个放电管T及功率输出级。
它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3
555定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压,当5脚悬空时,则电压比较器A1的反相输入端的电压为2VCC/3,A2的同相输入端的电压为VCC/3。
若触发输入端TR的电压小于VCC/3,则比较器A2的输出为1,可使RS触发器置1,使输出端OUT=1。
如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3,同时TR端的电压大于VCC/3,则A1的输出为1,A2的输出为0,可将RS触发器置0,使输出为0电平。
555定时器主要是与电阻电容构成充放电电路,并由两个比较器来检测电容上的电压以确定输出电压的高低和放电开关管的通断,可构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等脉冲产生电路。
该器件的电源电压为4.5V---18V,驱动电流也较大,并能提供与ttl,MOS电路相兼容的逻辑电平。
555定时器可以构成多谐振荡器。
自激多谐振荡器用于产生连续的脉冲信号图3-1所示为自激多谐振荡器电路和波形图。
。
电路采用电阻、电容组成RC定时电路,用于设定脉冲的周期和宽度。
调节RW或电容C,得到不同的时间常数;还可产生周期和脉宽可变的方波输出。
脉冲宽度计算公式:
Tw≈0.7(R1+RW+R2)C
振荡周期计算公式:
T≈0.7(R1+RW+2R2)C
经过计算可知R43可为72k,R44为36k。
图2-1多谐震荡电路
2.2译码显示电路的设计与分析
数码管按段数分为七段数码管和八段数码管,八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元(多一个小数点显示);按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。
共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。
共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V,当某一字段发光二极管的阴极为低电平时,相应字段就点亮。
当某一字段的阴极为高电平时,相应字段就不亮。
共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。
共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上,当某一字段发光二极管的阳极为高电平时,相应字段就会被点亮。
该设计中选用的是七段数码管如图3-2所示,为共阴极的,用CD4511译码驱动器进行驱动,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。
图2-2半导体数码管
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。
CD4511是一个用于驱动共阴极LED(数码管)显示器的BCD码—七段码译码器,特点如下:
4^0b0S,T0j/[7i具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流,可直接驱动LED显示器。
CD4511的内部有上拉电阻,在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。
'h-|"{0T#c其功能介绍如下:
2Z9r(H4u%] BI:
4脚是消隐输入控制端,当BI=0时,不管其它输入端状态如何,七段数码管均处于熄灭(消隐)状态,不显示数字。
.~&R/A3y!
~ LT:
3脚是测试输入端,当BI=1,LT=0时,译码输出全为1,不管输入DCBA状态如何,七段均发亮,显示“8”。
它主要用来检测数码管是否损坏。
LE:
锁定控制端,当LE=0时,允许译码输出。
LE=1时译码器是锁A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。
:
s7M#B8e$`$B a、b、c、d、e、f、g:
为译码输出端,输出为高电平1有效。
CD4511具有锁存、译码、消隐功能,通常以反相器作输出级,通常用以驱动LED。
各引脚的名称:
其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D;5、4、3分别表示LE、BI、LT;13、12、11、10、9、15、14分别表示 a、b、c、d、e、f、g。
左边的引脚表示输入,右边表示输出,还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。
图2-3CD4511引脚图
表2-1CD4511功能图
输入
输出
LE
BI
LI
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
显示
X
X
0
X
X
X
X
1
1
1
1
1
1
1
8
X
0
1
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
2
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
3
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
4
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
5
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
6
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
7
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
8
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
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9
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
消隐
1
1
1
X
X
X
X
锁存
锁存
图2-4计数电路设计
2.3计数电路的设计与分析
该部分用到了计数器74LS160共五个,前两个和中间两个分别都组成了60进制计数器,用于显示分钟和秒,第五个仍是十进制,用来显示路灯工作的次数。
异步清零端/MR1为低电平时,不管时钟端CP信号状态如何,都可以完成清零功能。
160的预置是同步的。
当置入控制器/PE为低电平时,在CP上升沿作用下,输出端Q0-Q3与数据输入端P0-P3一致。
对于54/74160,当CP由低至高跳变或跳变前,如果计数器控制端CEP、CET为高电平,则/PE应避免由低至高电平的跳变,而54/74LS160无此种限制。
160的计数是同步的,靠CP同时加在四个触发器上而实现的。
当CEP、CET均为高电平时,在CP上升沿作用下Q0-Q3同时变化,从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。
对于54/74LS160的CEP、CET跳变与CP无关。
当计数溢出时,进位输出端(TC)输出一个高电平脉冲,其宽度为Q0的高电平部分。
对于74LS160,在CP出现前,即使CEP、CET、/MR发生变化,电路的功能也不受影响。
74LS160外部管脚图如图所示:
图2-574LS160外部管脚图
160外部管脚
引出端符号:
TC 进位输出端
CEP 计数控制端
Q0-Q3 输出端
CET 计数控制端
CP 时钟输入端(上升沿有效)
/MR 异步清除输入端(低电平有效)
/PE 同步并行输入置数端(低电平有效)
74LS160内部电路图如图所示
图2-674LS160内部电路图
3.2.4总的电路设计
根据以上分析,然后把个个单元电路连接起来就得到整体的电路图,以下除了六个共阴极数码显示管以外,其他的器件引脚是连接电路过程中严格对应的引脚。
因为在用protel画图时,没找到共阴极的数码管,为了让电路图更加直观而整齐,于是通过编辑其他的数码管来代替共阴数码管的原理图.用protel软件作图如下:
图2-7总的电路图
第4章电路的调试与分析
4.1调试使用的仪器
4.0V直流电压源、万用表
4.2电路的调试
接上电源,六个数码管均显示0(一个是计数用的显示管,另五个作计时用),整个电路处于正常状态。
在日光灯下调节电位器,当发光二极管恰好熄灭时,再断开模拟光敏电阻的开关,看小灯是否能很快发光。
若能,则表明这个点恰好是模拟光敏电阻的最佳点;若不能点亮或反应很迟钝,则表明未调节到最佳位置,需要反复调节找到电位器的最佳点。
调试完成后,断开此开关,稍作等待之后,发光二极管亮,数码管开始计数;然后不遮住光敏电阻(即闭合此开关),发光二极管灭,同时数码管停止计数,按下复位开关,数码管显示又全变为零。
第5章电路的仿真
1当白天时,回路没有接通,路灯不亮,仿真为
2当夜晚时候,回路接通,路灯点亮,仿真为
结语
在信息技术不断发展,人类文明不断进步的时代,越来越多的电子产品开始在人们的工作和日常生活中扮演越来越重要的角色。
今日我设计的光控路灯在白天时不工作,夜晚没光是开始工作可以利用到乡村公路上。
可以节约电能和人工。
致谢
在整个毕业设计期间,我得到了田晓媛老师全面、具体和耐心的指导,使得我的学年论文可以顺利的完成。
老师渊博的学识、严谨的态度、使我终生难忘,同时也受益非浅。
老师以自己渊博的学识,雄阔的思维,和朴实无华、平易近人的人格魅力,使我树立了全新的思想观念和学习方法,以适应时代和社会的要求。
感谢老师在书写论文的过程中,给予的宝贵意见,并且提供了设计所需要的学习资料,使我能够顺利完成论文。
感谢老师在我作毕业设计期间给予的帮助和鼓励。
同时,也感谢每一位帮助过我的师长。
感谢我的校友和朋友们在这四年对我的关心和帮助。
感谢我的父母及家人多年来对我学业上的全力支持和生活上的关心照顾。
对所有给予我关心和支持的亲人和朋友们表示深深的谢意。
附录元器件清单
表-1元器件清单
名称
数量
名称
数量
555
2
电阻36K
1
74LS160
6
电阻300Ω
1
74HC04
1
共阴数码管
6
CD4511
6
多圈电位器200K
1
74LS12
1
开关
2
74LS08
1
电容0.01u
2
电阻100K
1
电容10u
1
电阻72K
2
LED(红)
1
电阻100Ω
42
参考文献
[1]阎石数字电子技术基础(第五版)高等教育出版社
[2]童诗白等模拟尖子技术基础(第四版)高等教育出版社
[3]郑君里等信号与系统(第四版)高等教育出版社
[4]老虎工作室protel99se入门与提高人民邮电出版社
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