公共灯自动控制系统的设计

目 录一、设计目的和技术要求21、本课程设计的目的22、本课程设计的主要技术要求2二、方案设计与论证21、设计方案22、方案比较2三、电路的设计及部件分析4 1、工作原理4 2、光敏电阻53、555定时器64、电路设计81）光敏电阻控制电路82）多谐振荡器93）与门74LS0810四、电路仿真11五、元件清单13六、电路焊接与调试131、电路焊接与实物图132、电路调试与分析14七、心得体会15一、设计目的和技术要求1、本课程设计的目的 加深对模拟电子电路、数字电子线路、高频电子线路理论知识的掌握，把我们所学的知识系统地、高效地贯穿到实践中来，避免理论与实践的脱离，同时提高动手能力，并在实践不断完善理论基础，培养综合能力。2、本课程设计主要技术要求 (1）由光敏电阻实现其晚上亮、白天灭的功能。(2）要求公共灯在晚上点亮期间能亮45S后灭15S，实现间隔交替亮灭功能。（3）灯泡额定电压为220V，额定功率为40W。二、方案设计与论证1、设计方案方案一：直接对灯泡控制，对220V降压稳压得到一直流电源，接入光敏电阻、555定时器控制电路间接控制灯泡工作。 光敏电阻 555定时 器降压稳压电路灯泡工作电路方案二：利用555定时器在光敏电阻白天电阻低，晚上电阻高来控制整个电路的亮与灭，然后用另一555定时器控制电路实现亮一段时间灭一段时间。光敏电阻控制电 路与门电路多谐振荡器 保护电阻 发光二极管方案比较：方案一：由于采用的是控制电路与灯泡并联方式，没能得到运用555定时器的有效电路，而且电路不太稳定，不一定能够得到预期的效果。方案二：是方案一的改良，光敏电阻与电阻串联，利用光敏电阻改变电阻的分压比，从而实现通过光敏电阻改变使路灯熄灭开启。所以本设计实验采用方案二进行设计电路。三、电路图的设计与及部件分析1、工作原理：运用光敏电阻感光时阻值小（几欧姆到几百欧姆），无光时阻值较大（几十兆到几百兆），控制555定时器输出低电平与高电平：同时运用555定时器组成的多谐振荡器，调节阻值从而调节占空比，使其产生45S高电平，15S低电平的周期矩形波。将两输出送入与门进行相与得到一矩形波，接入保护电路与发光二极管即可。2、光敏电阻：光敏电阻又称光敏电阻器或光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。工作原理： 光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻如图所示。为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。 半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。光敏电阻的光照特性如下图所示：3、555定时器555定时器的内部电路由分压器、电压比较器C1和C2、简单SR锁存器、放大三极管T以及缓冲器组成，电路及引脚图如下： 三个5k的电阻串联组成分压器，为比较器C1、C2提供电压。当控制端5悬空时（可对地接上0.01uF左右的滤波电容），比较器C1和C2的基准电压分别为和。U6是比较器C1的信号输入端，称为阈值输入端；U2是比较器C2的信号输入端，称为触发输入端。如果控制电压端5外接电压Vcc，则比较器C1、C2的基准电压为Vcc和。比较器C1和C2的输出控制SR锁存器和放大三极管T的状态。放大三极管T为外接电路提供放电通路，在使用定时器时，该三极管的（7脚）一般都要外接上拉电阻。为直接复位输入端，当为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出端即为低电平。当U6，U2时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，简单SR锁存器Q端置0，放电三极管T导通，输出端为低电平。当U6，U2时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，简单SR锁存器Q端置1，放电三极管T截止，输出端为高电平。当U6时，简单SR锁存器R=1，S=1，锁存器状态不变，电路保持原状态不变。555定时器功能表输入输出阈值输入触发输入复位输出放电管00导通10导通1不变不变4、电路设计（1）光敏电阻控制电路由于proteus仿真软件中光敏电阻仿真失效，我们可以取白天其阻值为300，晚上取阻值400k，用一滑动变阻器来代替。调节滑动变阻器RV2于适当位置，替换300，400k得出高电平、低电平变换。当滑动变阻器滑到300时，555的2脚为高电平，555的3脚输出低电平，LED灯熄灭；当滑动变阻器滑到400k时，使得R3上的分压随之降低，当R3上的分压小于5V/3时，555的3脚输出高电平， LED灯点亮。仿真电路图如下：（2）多谐振荡器接通电源后，电容C被充电，当Vc上升到时，使Vo为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C2通过R2和T放电，Vc下降。当Vc下降到时，Vo翻转为高电平。如下图， 电容器C放电时间为:tPL=R2Cln2=0.693 R2C=15s当放电结束时，T截止，Vcc将通过R1，R2向电容器充电，Vc由上升到所需的时间为: tpH=(R1+ R2)Cln2=0.693(R1+ R2)C=45s当Vc上升到时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。因设计要求可得如下图电阻阻值（电容C1取10uF）（3）与门74LS0874LS08N实现与门作用（本实验选择1路与门）74LS08N引脚图74LS08N功能表四、电路仿真在proteus进行仿真仿真电路图如下: 在白天时发光二极管灭(黄线)：在晚上时发光二极管实现亮灭循环（黄线）：依据仿真结果我们可得理论设计依据。五、元件清单原件的名称及型号数量555定时器2与门74LS081100uF电容10.01uF电容110uF电容1200k电阻3100k电阻130k电阻1300电阻1导线若干光敏电阻1电路板1六、电路焊接与调试1、电路焊接具体步骤如下：用万用表测试电阻、电容，确保它们完好且符合要求，开电源，测试555定时器是否能够正常工作，测试导线能否导通。然后，按照电路图的要求在电路板上设定元器件的摆放位置，检测元件与电路板是否接触良好。做好一系列的准备工作之后就正式开始焊接电路，如有差错立即更正。我们按照电路的四个部分连接电路，光敏电阻控制电路、振荡器电路、74LS08与门芯片、发光二极管电路。得到预期电路板焊接电路图。实物图如下：2、电路的调试结果： 在实验室调试，刚开始没有预期效果，只能得到白天灭晚上亮的结果。所以我们认为多谐振荡电路部分出现了问题，于是我们将其独立出来进行调试，得出的依旧是发光二极管一直亮，经过检查，发现电阻R2焊接错误，导致此结果。在重新焊接R2后，终于实现了此设计实验的目的。在光照下，发光二极管不亮。遮住光敏电阻后，发光二极管开始亮，并过45s左右后，发光二极管灭掉，15s后再次亮起，如此周而复始。 七、心得体会通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。使我们对抽象的理论有了具体的认识。通过对公共灯线性系统的设计，使我们掌握了对一些常用元件的识别和测试，学会了一些芯片的使用，了解了他们的功能，如555定时器，与门芯片的使用。熟悉了常用的仪器仪表，如万用表、示波器等。了解了电路的连接、焊接、调试方法；以及如何提高电路的性能等等。 通过对公共灯的设计，使我深刻认识到了“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，不但使我对以前的知识有了巩固，而且还学到了一些以前没有学到的知识，可谓是收获大大。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以及做好这个课程设计的意义。做这个课程设计教会了我们如何运用以前学过的知识解决实际问题，提高了我们的动手能力。从仿真到电路焊接以及到调试的整个过程中，每一步都要精心的设计，容不得出错，一旦一个环节出了问题，结果就会出错，不过我个人感觉还是调试部分是最让人头疼的，因为你计算的值在实际中不应定是最佳参数，即使是最佳参数所用的元器件会存在一定的误差，还有就是仪器的误差以及外部信号的干扰都会实验结果产生影响。通过整个调试的过程，使我体会到调试的过程就是经验积累与锻炼耐力的过程，如果不积累经验是很难在短时间内完成调试的，除此之外就需要认真细心了。总之，经过调试使我的综合素质有所提高。其次，这次课程设计提高了我和伙伴的合作能力，使我们配合更加默契，体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦，体会到成功来自于汗水，体会到成果的来之不易。在实验过程中，我们遇到了不少的问题。比如：1、设计前的方案选取。由于这是我们第一次自己独立设计与焊接，知识整理能力与实践能力不足，在方案的确定前，犹豫许久。2、焊接过程引脚的相连，必须要经过查询后才能进行焊接，不允许有半点错焊，虚焊，容不得半点错误。3、自己的设计错误或实验误差导致结果不准确，甚至完全不正确这样的问题，尤其是各元件的取值，必须在计算的基础上再不断地通过仿真调试才能达到要求的电路参数，还有仿真结果与实际电路调试有误差存在，看来理论与实际的差距还是比较大的。在与队友不断改进电路与调试下感受到成功的喜悦，同时实验中也暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，知道自己学习中的不足。我们深深的体会到了实践的重要性，并对下次的课程设计充满了期待。 “实践是检验真理的唯一标准”。参考文献：1