路灯控制器课程设计.doc

一、课程设计目的、任务和内容要求：在现代城市中，效率意识日益突出，人们希望不需要人力资源的浪费，希望使效率合理使用最大化。因此，自动路灯控制器是实现无人管理自动开关的重要设计。本课程设计的任务就是设计一个路灯控制器。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熟悉路灯控制器工作原理； 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：基本要求：1. 当处于暗环境下（晚上）能够自动开灯（发光二极管亮）。2. 当处于亮环境下（白天）能够自动关灯（发光二极管灭）；3. 能自动记录“路灯”的开灯次数（用1位数码管显示）；4. 能累计“路灯”开灯时间（用2位数码管显示）。发挥部分：用白炽灯代替发光二极管；其它。 二、进度安排：第12天： 查找资料，熟悉电子密码锁的设计原理，给出设计总体方案；第24天： 各模块的详细设计；第49天： 硬件连线，调试；第912天：写课程设计报告。三、主要参考文献：1谢自美. 电子线路设计-实验-测试M .武汉:华中科技大学出版社, 20002童诗白 华成英模拟电子技术基础M高等教育出版社，2006年5月第四版3阎石数字电子技术基础M. 高等教育出版社,2006年5月第五版4郭天祥 新概念51单片机C语言教程M 电子工业出版社2009年9月5黄彤通用控制器的应用J无线电，2010年2月，2期6梁延贵.现代集成电路实用手册M科学技术文献出版社2002年7范红刚 魏学海 任思璟51单片机自学笔记M北京航空航天大学出版社2010年1月 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 录摘要. 1课题背景（或绪论、概述）.11.1课题背景.12设计方案简述 22.1 主要器件及作.22详细设计 33.1 单元电路设计 .3 3.2时间计数器电路.63.3次数记数电路.63.4译码、显示电路.74设计结果及分析.84.1测试结果.85总结. 95.1加深理论学习.95.2加强动手实践能力. .95.3培养科研能力.9参考文献.10摘 要本设计以数码管、译码器、计数器、光敏电阻、运放、555定时器、PT2262、PT2272、继电器、三极管、二极管、电阻、电容等元件制作的路灯控制器。主要实现当处于暗环境下（晚上）能够自动开灯（发光二极管亮），当处于亮环境下（白天）能够自动关灯（发光二极管灭）；能自动记录“路灯”的开灯次数（用1位数码管显示）；能累计“路灯”开灯时间（用2位数码管显示）。通过用Protel99SE画电路原理图和用proteus仿真和理论分析设计出路灯模拟控制的蓝本。最终在实际中调试检验。在最初时，显示亮灯次数的数码管显示的数值不是很准确，可以通过调节滑动变阻器的分压比实现次数的稳定，然后再在输出端经过两次求反稳定输出波形。通过课程设计，将理论知识应用于实践，加强了对知识的广度与深度的理解。培养了动手能力和一定的科研创新能力，在广泛获取有关知识理论的前提下，通过实践展示出来.理论与实践在一定程度上很接近，但不会结对符合，由此得出结论，通过理论指导实践，通过实践促进理论的学习。关键词：数码管；译码器；计数器；PT2262；PT2272 AbstractThis design called the monitor control of lamp,which is based on decodeing ttl chip and the intelligence light sensor.It has the function of control the open and close of the lamp .The bright part of this design is that it can be controlled wirelessly.If it is in the night,the lamp will work automatically.At the same time,if it is in the day,then the lamp will dont work. Through Protel99se and Proteus ,the blue print has been made out successfully.In the initial,the count of the times of the lamp isnt very clearly.But,by adjusting the voltage of the resister,it does.putting theory into practice is very important. Designs through the curriculum, applies the theory knowledge in the practice, strengthened to the knowledge breadth and the depth understanding.Raised began ability and certain scientific research innovation ability, in under the widespread gain related knowledge theory premise, demonstrated through the practice. The theory and the practice very is to a certain extent close, but cannot tie to tallies, from this draws the conclusion, through theory instruction practice, through practice promotion theory study.Key words: lamp ;light sensor;decodeing ttl chip;PT2262;PT2272- I -1课题背景（或绪论、概述）1.1课题背景1.1.1目的意义该设计是通过实际设计调试成一个可以自动控制的模拟路灯控制器，通过实际的模拟解决人力资源的浪费，提高效率。模拟路灯控制器有着十分广泛的应用背景。在一些无人操作控制的工厂和一些些家用设施中，它可以自动控制路灯的亮暗，起到节省资源，有效避免资源浪费，同时他可以有效缓解压力，处分利用人力资源，提高效率。1.1.2基本理论依据和工作内容主要依据计数器，译码器，光敏电阻等基本元器件的原理，设计出电灯随着光线的亮暗而自动管灭。同时让数码管显示路灯点亮的时间的并记录路灯亮暗的次数。主要实现当处于暗环境下（晚上）能够自动开灯（发光二极管亮），当处于亮环境下（白天）能够自动关灯（发光二极管灭）；能自动记录“路灯”的开灯次数（用1位数码管显示）；能累计“路灯”开灯时间（用2位数码管显示）。同时，又增加了无线控制，和驱动继电器等部分。2设计方案简述2.1主要器件及作用2.1.1简要原理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。2.1.2整体流程图下面将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元件、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：入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。通过光敏电阻在不同光照条件电阻的大小，从而分的的电压的大小来控制输出的高低电平，可以控制记时模块的开始、停止计时，同时也通过高低电平的变化来产生脉冲使记数模块来记数。2.1.3连接核心主要是通过三极管驱动继电器，以光敏电阻为核心作为连接的，通过译码器驱动的数码管，显示亮灯次数和亮灯时间时间显示电路次数显示电路译码驱动译码驱动时间计数电路次数计数电路光电转换电路秒脉冲产生电路继电器驱动电路3详细设计3.1单元电路设计3.1.1光电转换电路光敏电阻光强时电阻小，光暗时电阻大。称其在这两个状态的电阻分别为亮电阻和暗电阻。本设计所用的光敏电阻亮电阻约为2K，暗电阻约为200K。电源电压为+5V，根据环境亮暗调整电位器R1，可以实现光敏电阻上电位随环境亮度的改变而改变，从而产生高低电平。同时图中的三极管放大电路接法有较大的输入电阻，不影响以上电路的电气性能。图中三极管采用9014. 图3-13.1.2秒脉冲产生电路利用CB555设计一个多谐振荡器由公式T=(r1+2r2)Cln2,可以计算出R1=R2=47k.图3-23.1.3PT2262与PT2272PT2262是Princeton Technology公司的一款适用于红外和无线遥控,将载波振荡、编码、发射部分集于一身的集成电路。它具有价格低、功耗小、抗扰性好、单电阻振荡、适用电压范围宽等优点,外围电路简单,使用方便。目前被广泛应用于家电遥控、车门遥控、遥控玩具及工业遥控等领域。PT2262芯片引脚排列如图2所示。各引脚功能如下：A0A5为地址输入,可编制成三种状态：1、0和高阻态;A6/D0A11/D5为地址或数据输入,取决于接收端的译码器。做地址输入时,可编制成三种状态：1、0和高阻态;做数据输入时,可编成l和0两种状态。该芯片最大编码容量为531441(312)种。为发射使能端,低电平有效。OSC1、OSC2外接振荡电阻,决定电路时钟频率。Dout为数据输出端。由地址、数据的不同状态而决定的各位编码由此脚串行输出。PT2262 的信号发送格式如图3所示。每当按键有效时,PT2262 发送四次编码。每发送一次编码都有5ms 宽度的低电平分开,而16ms的编码是由A0A11十二个码组成,低位在前,高位在后。PT2262每组发送12位三态数据,要把三态码转换成二进制形式,每位数据(0,1,高阻态)由两个脉冲位组成(具体编码格式见图4),接收端的信号与发送的信号高低电平正好相反。在接收端,把负电平的脉冲作为有效信号,这样的脉冲有两种,一种为宽脉冲,长度约490s,一种为窄脉冲,宽度约165s。每一个数据位的宽度约为1.3ms,每组12位数据的宽度约为16ms。如果把宽脉冲看作二进制“0”,窄脉冲看作二进制“1”,那么接收到的二进制码和发送的三态码的对应关系如表1所示。这样,解码的对象实际上就是与12位三态码对应的24位的二进制码。解码原理及硬件结构每检测到一次有效按键,PT2262都发送四次编码,接收端收到的编码间隔是5ms的高电平。可以利用这一特点先检测有没有接收到数据。当有数据的时候,就去掉第一次编码的信号,接收到5ms的高电平的负跳变后才开始解码。解码时,使用单片机内的比较器判断信号的电平跳变,用定时器记录信号相邻下降沿和上升沿之间的时间,判断是宽脉冲(二进制1)还是窄脉冲(二进制0),将该二进制数值记录下来,就得到了与发送端相对应的编码。PT2262/2272是一对带地址、数据编码功能的无线遥控发射/接收芯片。其中发射芯片PT2262-IR将载波振荡器、编码器和发射单元集成于一身，使发射电路变得非常简洁。接收芯片PT2272的数据输出位根据其后缀不同而不同，数据输出具有“暂存”和“锁存”两种方式，方便用户使用。后缀为“M”为“暂存型”，后缀为“L”为“锁存型”，其数据输出又分为0、2、4、6不同的输出，例如：PT2272-M4则表示数据输出为4位的暂存型无线遥控接收芯片。图3-3PT2262-IR引脚功能说明：Pin1-Pin6（A0-A5）:地址输入端，可编成“1”、“0”和“开路”三种状态。Pin7、Pin8、pin10-Pin13（A6/D0-A11/D5）: 地址或数据输入端，地址输入时用Pin1-Pin6，做数据输入时只可编成“1”、“0”两种状态。Pin14（TE）: 发射使能端，低电平有效。Pin15、Pin16（OSC1、OSC2）:外接振荡电阻，决定振荡的时钟频率。Pin17（Dout）:数据输出端，编码由此脚串行输出。Pin9、Pin18（VDD，Vss）:电源+，-输入端。PT2272引脚功能说明：Pin1-Pin6（A0-A5）:地址输入端，可编成“1”、“0”和“开路”三种状态。要求与PT2262设定的状态一致。Pin7、Pin8、pin10-Pin13（D0-D5）:数据输出端，分暂存和锁存两种状态。Pin14（DI）: 脉冲编码信号输入端。Pin15、Pin16（OSC1、OSC2）:外接振荡电阻，决定振荡的时钟频率。Pin17（VT）: 输出端，接收有效信号时，VT端由低电平变为高电平。Pin9、Pin18（VDD，Vss）: 电源+，-输入端。PT2262/PT2272工作原理PT2262-IR发射芯片地址编码输入有“1”、“0”和“开路”三种状态，数据输入有“1”和“0”两种状态。由各地址、数据的不同接脚状态决定，编码从输出端Dout输出，通过红外发射管发射出去。其编码时序波形如图2所示。Dout输出的编码信号是调制在38kHz载波上的，OSC1、OSC2外接的电阻决定载频频率，一般电阻可在430k470k之间选择即可。图3-4PT2272的暂存功能是指当发射信号消失时，PT2272的对应数据输出位即变为低电平。而锁存功能是指，当发射信号消失时，PT2272的数据输出端仍保持原来的状态，直到下次接收到新的信号输入。图3是红外发射和接收的典型应用原理图，为了能正确解调出调制的编码信号，接收端需加一级前置放大级，保证输入PT2272的信号幅度足够大。PT2272各输出端通过各种接口即可控制相应的负载。3.2时间计数器电路本部分要实现十进制记数，使显示的时间最大为99秒。如采用十六进制计数器74LS161，需要采用置数法或置零法来获得十进制记数器，需要增加芯片，且会增加电路复杂度，故直接采用十进制计数器74LS160来实现图3-5Q3Q2Q1Q0：0000 0001 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001图3-6秒脉冲每秒产生一个上升沿信号，而秒脉冲输出端接74LS160的CP（CLK）端，从而实现计时功能。记秒位的74LS160的C0端接记十秒位的74LS160的EP和ET端，可以实现进位功能，使记时达到99秒。通过控制Ep端为0或1来控制是开始或暂停记数，从而实现开灯时间的累记。I图3-73.3次数记数电路与时间记数电路类似，次数记数电路同样用74LS160来实现。只是CP（CLK）端接的是光电转换电路中光敏电阻上端，因此可以实现记录开灯次数，最大值为9次。此部分的、LD、EP、ET均接1（直接接VCC），使芯片一直保持在记数状态。图3-83.4译码、显示电路译码芯片采用74LS48，其为内部有上拉电阻的BCD七段译码器驱动器。可以将BCD代码译成数码管所需要的驱动，一边数码管用十进制数显示出BCD代码所表示的数据。图3-9数码管采用共阴极的LG5011AH4设计结果及分析将以上各个模块连接起来，即得到如下图的总电原理图。其中U2 CLK接的是秒脉冲产生电路的秒脉冲输出端。此图为仿真图，直接用的秒脉冲信号。图4-14.1测试结果4.1.1结果与调试通过无线遥控开关可以比较灵敏的开动和停止此装置。第一个和第二个数码管可以比较灵敏的和准确的累计亮灯的时间。第三个数码管可以准确的计算路灯（模拟）的开关次数到此，基本要求已经实现。发挥部分及可以用继电器启动真正的路灯用弱点信号可以实现控制强电信号的要求。5 总结5.1加深理论学习通过本次课程设计，我充分认识到了理论联系实际的重要性，我会利用课余时间多读一些有关电子技术的一些书籍，同时注重培养自己的科研能力，和自己独立解决问题的能力。深厚的理论知识和宽广的熟知知识是完成每一项制作和设计必不可少的前提。5.2加强动手实践能力良好的动手实践能力是王成任务的良好的催化剂，要重重培养自己的刻苦钻研和基本的焊工。只有不断地将理论知识付诸于实践，才能真正地理解和掌握一门知识。5.3培养科研能力我从这次设计中深刻体会到了学习电子技术的重要性，它可以将我们学习到的知识转化成科技生产力，从而造福于社会，加强我们国家的现代化步伐。更进一步地说，只有学好理论知识，提升自己的科研能力，才有可能成为一名真正的高素质人才。参考文献1谢自美. 电子线路设计-实验-测试M .