电子线路综合课程设计-路灯控制器的设计.doc

徐 州 师 范 大 学 科 文 学 院本 科 生 课 程 设 计课 程 名 称： 电子线路综合课程设计 题 目： 路灯控制器的设计 专 业 班 级： 08电信 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 日 期： 2010年06月22日 指 导 教 师： 一、课程设计目的、任务和内容要求： 随着我国经济高速发展，人民生活水平日益提高，能源和资源变得日益紧张，电力短缺已成为制约国民经济发展的突出矛盾。目前我国照明消耗的电能约占电力生产总量的1020，而城市公共照明则在照明耗电中占30，并且近几年随着让城市亮起来的口号的提出，全国路灯的数量仍在迅猛地增长，公共路灯节能的口号便由此而提出。并影响人们的生活。本课程设计的任务就是设计一个路灯控制系统。鼓励学生在熟悉基本原理的前提下，与实际应用相联系，提出自己的方案，完善设计。具体设计任务如下：1 熟悉路灯的工作原理；2 写出路灯控制器的设计方案；3用硬件加以实现；4写课程设计报告。设计要求：设计一个路灯控制器控制电路。要求：1 在白天的时候路灯是自动熄灭的；2 夜晚的时候光敏电阻检测到周围环境的变化开始让路灯工作，此时计数器计数一次并且计时器开始工作；二、进度安排：第3天： 查找资料，熟悉路灯控制器的设计原理，给出设计总体方案；第46天： 各模块的详细设计；第712天： 硬件连线，调试；第1314天：写课程设计报告。三、主要参考文献：1阎石 数字电子技术基础 （第五版）.高等教育出版社出版社2童诗白 华成英.模拟电子技术基础（第四版）.高等教育出版社3郑君里 应启绗 杨为理.信号与系统（第二版）.高等教育出版社指导教师签字： 年 月 日徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告目 录目 录3摘要：31：绪论41.1系统方案选择41.2方案内容51.2.1光检测和发光模块51.3 方案整体效果图52 设计方案简述63.1.2 555芯片的脉冲发生装置73.1.3计时器部分83.1.4计数器模块84 设计结果及分析94.1 电路调试94.1.1 光检测与发光检测调试94.1.2 计数器模块94.1.3计时器模块94.1.4电路整合及修改104.1.5实物图如下105 总结11摘要：随着数字技术和网络技术的发展，公共照明数字化和网络化已经成为一种必然趋势。节约能源、保证灯具寿命、提高照明管理水平、美化城市夜量和保证城市夜间出行安全等，已经成为对公共照明系统的一项基要求。 现在很多公共照明控制手段已经逐步更新，由以前的长明灯，到如今的声光控，大大的减少了电力资源的浪费。根据课程设计的要求，制定此次课程设计题目。本路灯控制器可按当地日出的早晚，根据当地环境的实际光照情况，每天自动的开关路灯。并可根据实际的安装位置，调整开关灯的光控灵敏度。本路灯的以LM358为设计核心；由光敏电阻实现对光线强弱的捕捉，并将检测的信号经LM358分析处理后控制LED灯的亮灭；利用74LS160十进制同步计数器和74LS48 4线七段译码器/驱动器组成的计数部分；555定时器 74LS160十进制同步计数器和74LS48 4线七段译码器/驱动器组成的及时计时部分。并利用74121芯片防止信号的抖动。 关键词：LM358 555芯片 74LS160芯片 74LS48芯片 74121芯片 AbstractWith digital technology and network technology, digital and public lighting network has become an inevitable trend.Energy conservation to ensure the lamp life, improve the lighting level of management, beautification of urban night urban night-time traffic and to ensure travel security, has become a base of public lighting requirements. Now many public lighting controls have been gradually updated from the previous night-light, to todays sound and light control, greatly reducing power waste of resources.According to the requirements of curriculum design, curriculum design to develop the subject.The lamp controller according to the local sunrise morning and evening, according to the local environment, the actual light conditions, automatically switching lights every day.And according to the actual installation location, adjust the control sensitivity of light switches. This street lamp design to LM358 core; by the photosensitive resistor on the intensity of light capture and analysis of the signals detected by the LM358 treated control LED lamp light off; use 74LS160 synchronous decimal counter and the 74LS48 4 lines - seven-segment translationdecoder / driver component part count; 555 synchronous decimal counter and timer 74LS160 74LS48 4 lines - seven-segment decoder / driver in time formed part time.And use 74121 chips to prevent the signal jitter.Keywords：LM358 4LS160 74LS48 74121chip1：绪论 本路灯控制系统采用数字集成电路及少量外围元器件，利用光控功能控制照明灯，在白天及光线较强时，光敏电阻通过检测使发光处于熄灭状态。在晚上或光线较暗时，则发光点亮，这样既方便又省电，同时也延长了灯泡（发光）的使用寿命。 根据设计的要求，我们将系统分为以下几个基本模块:光检测和发光模块，计时模块，计数模块，防信号抖动模块。1.1系统方案选择 本路灯的以LM358为设计核心；由光敏电阻实现对光线强弱的捕捉，并将检测的信号经LM358分析处理后控制LED灯的亮灭；利用74LS160十进制同步计数器和74LS48 4线七段译码器/驱动器组成的计数部分；555定时器 74LS160十进制同步计数器和74LS48 4线七段译码器/驱动器组成的及时计时部分。并利用74121芯片防止信号的抖动。1.2方案内容1.2.1光检测和发光模块光检测和发光模块利用光敏电阻感应光的强弱，以及lm358的比较作用，通过1脚或7脚输出高低电平，接入发光二极管（模拟路灯） 1.2.2计数器模块计数模块将LM358产生的输出脉冲接入计数模块的，由防抖芯片74121，74ls160计数器，译码器74ls48和数码管组成的计数模块，记录发光二极管明灭的次数 1.2.2计时器模块计时模块NE555P，防抖芯片74121，74ls160计数器，译码器74ls48和数码管组成的计数模块共同组成1.3 方案整体效果图本路灯的以LM358为设计核心；由光敏电阻实现对光线强弱的捕捉，并将检测的信号经LM358分析处理后控制LED灯的亮灭；利用74LS160十进制同步计数器和74LS48 4线七段译码器/驱动器组成的计数部分；555定时器 74LS160十进制同步计数器和74LS48 4线七段译码器/驱动器组成的及时计时部分。并利用74121芯片防止信号的抖动动。 具体设计电路图如下、：2 设计方案简述 本路灯的以LM358为设计核心；由光敏电阻实现对光线强弱的捕捉，并将检测的信号经LM358分析处理后控制LED灯的亮灭；利用74LS160十进制同步计数器和74LS48 4线七段译码器/驱动器组成的计数部分；555定时器 74LS160十进制同步计数器和74LS48 4线七段译码器/驱动器组成的及时计时部分。并利用74121芯片防止信号的抖动。 3 详细设计 3.1 设计电路的各个模块 3.1.1光检测模块该模块主要由两个大的部分组成，一是358芯片组成的脉冲发生装置，二是有光敏电阻及LED灯组成的光检测部分，通过LED模拟周围环境的变化，控制光敏电阻从而实现路灯开与灭,其中通过200K的滑动变阻器调节。 设计电路: 3.1.2 555芯片的脉冲发生装置555定时器是一种将模拟功能与数字(逻辑)功能紧密结合在一起的中小规模单片集成电路。它功能多样，应用广泛，只要外部配上几个阻容元器件即可构成单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器等电路，是脉冲波形产生与变换的重要元器件，广泛应用于信号的产生与变换、控制与检测、家用电器以及电子玩具等领域。在本设计电路中，555芯片也是脉冲发生装置，通过震荡给电路产生脉冲。设计电路图如下：3.1.3计时器部分 计数器部分主要由74Ls160芯片 74ls48芯片 74121芯片和数码管组成。 74LS160芯片的作用：60 的清除端是异步的。当清除端/MR 为低电平时，不管时端CP 状态如何，即可完成清除功能。160 的预置是同步的。当置入控制器/PE 为电平时，在 CP 上升沿作用下，输出端 Q0Q3 与数据输入端 P0P3 一致。对于54/74160，当 CP 由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端 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 Q0Q3 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于 54/74160，只有当CP 为高电平时，CEP、CET 才允许由高至低电平的跳变，而 54/74LS160的 CEP、CET 跳变与 CP 无关。160 有超前进位功能。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。在不外加门电路的情况下，可级联成 N 位同步计数器。对于 54/74LS160，在 CP 出现前，即使 CEP、CET、/MR 发生变化，电路的功能也不受影响。 74LS48芯片的作用：48 为有内部上拉电阻的 BCD七段译码器/驱动器。 74121芯片的作用：54/74121 为具有施密特触发器输入的单稳态触发器。在路灯控制器的电路中起到防止脉冲抖动的作用。 共阴数码管，可以对路灯亮灭进行计时。计时器模块的电路图如下： 3.1.4计数器模块 计数器模块主要是对路灯进行计数的作用，当黑夜来的时候计数器进行一次计数，一次累加。计数器部分主要由74ls4160芯片 、 74ls48芯片、 74121芯片和共阴数码管组成，其中各个芯片的作用与功能与计时器的一样。当358部分发来一次脉冲计数器就进行一次计数，通过光敏电阻改变高低电平从而控制脉冲的发生。设计电路图如下：4 设计结果及分析4.1 电路调试4.1.1 光检测与发光检测调试 通过LED发光小灯模拟白天和黑夜的效果，首先关闭小灯不对光敏电阻进行照射，模拟外界较暗时的环境，这时调节滑动变阻器，调节到发光二极管明灭分界时，微调滑动变阻器，使其刚刚可以亮，这时松开滑动变阻器，光敏电阻接收到光信号，则358比较出高电平，发光二极管熄灭。此时光检测部分完成。4.1.2 计数器模块 将74LS121的5脚接入端接到358芯片的1或7脚脉冲输出端，通过亮与灭LED发光小灯对光敏电阻照射与停止照射，实现光敏电阻是否接收到光的情况，观察数码管是否根据发光二极管明灭的次数是否一致，此时当LED亮时则模拟白天此时路灯不工作，当LED灭时则模拟黑夜此时路灯点亮，同时计数器进行一次计数。 4.1.3计时器模块 原理和计数部分差不多,但是计时部分使用的是两个数码管,在连接电路的时候,需要注意两片74LS160和74LS48的级联注意低位和高位的区别，数码管显示数字从00-99。此时实现光敏电阻是否接收到光的情况，观察数码管是否根据发光二极管明灭进行计时，此时当LED亮时则模拟白天此时路灯不工作，数码管清零，当LED灭时则模拟黑夜此时路灯点亮，同时计时器开始进行计时工作。 4.1.4电路整合及修改电路的整合主要通过继电器和三极管组成，在整合电路之前先要检查每一个模块单独工作是否正常。把三个模块连接在一起，分别测试是否工作正常。当采用LM358的一个输出脚（1脚或7脚）输出时，停止照射光敏电阻式即模拟黑夜，此时路灯亮起，计时器开始工作，计数器应停止工作，但是测试发现，计数器也跟着计时器的跳动而跳动，所以就通过三极管将计时器和计数器分开工作。 单独测试结束后，在把电路整体连接。将不同的模块利用导线连接，再将每个模块相互固定成一个整体，使得电路整洁大方，使用方便。4.1.5实物图如下对应的电路原理图：5 总结 城市照明与环境似乎是互不相容的两个科学分支，在人们的印象中路灯只是一棵杆、一个灯泡的旧日形象，而环境包括绘画、音乐、建筑、园艺都是人们美的内涵的外在表现，即人们通过外在的造型和对比，把内在的对美的认知表达出来。现在网络兴起，对人类生活产生革命性的改变，也加速知识经济时代的来临，当大家都在谈论知识时代时，身为城市照明设计的我们应该如何来看待我们自己的专业。我认为城市照明设计应具有“整合，经验，直觉”的特性，直觉为浓缩的专业知识，知识的整理是艺术，而不是科学，这是属于人心的领域，而非机