路灯控制器的设计.docx
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路灯控制器的设计
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：
2010-6-24
指导教师：
科文学院教务部印制
一、课程设计目的、任务和内容要求：
在当今社会中，随着经济的快速发展，人们对能源的需求越来越大，而浪费也越来越严重，电力资源就是其中之一。
现在的每条街道上都配有路灯，如何实现路灯的智能化控制来节省电力资源，路灯控制器可以很好的解决这个问题。
本课程设计的任务就是设计一个路灯的控制系统。
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电路。
1.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），当处于亮环境下（白天）能够自动关灯（发光二极管灭）；
（2）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）。
2.发挥部分：
用白炽灯代替发光二极管；其它。
二、进度安排：
课程设计时间安排在学期结束前二周进行，共计14天。
第1天：
选择课题，论证设计方案；
第2至3天：
原理设计，电路仿真（有条件进行这一步），原理修改；
第4至5天：
安装工艺设计，购买元器件；
第6至9天：
按安装工艺和调试工艺分步安装、焊接、调试，电路修改，总调；
第10天：
结构设计与安装（无外壳要求的可以不做此项）；
第11至13天：
撰写课程设计报告（文搞要求有纸版和电子版）；
第14天：
课程设计答辩、演示、验收。
三、主要参考文献：
参考文献
[1]彭介华.电子技术课程设计指导.北京：
高等教育出版社.1997
[2]《数字系统设计方法》，大连理工大学编，大连理工大学出版社，1992年
[3]《数字电子计数基础》（第五版），阎石主编，高等教育出版社，2005
[4]邱关源、罗先觉.电路.北京：
高等教育出版社.2007.8
[5]康华光.电子技术基础.模拟部分.北京：
高等教育出版社.2007.11
指导教师签字：
年月日
摘要
现在的每条街道上都配有路灯，如何实现路灯的智能化控制来节省电力资源，路灯控制器可以很好的解决这个问题。
路灯控制器本主要是通过光敏电阻对外界的光线的强弱的感应来控制LM358的高、低电平输出，从而控制路灯的开或关。
采用74LS160、74LS48、74LS121、LM358、NE555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。
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）。
关键词课程设计；路灯等控制器；计数电路芯片资料；计时电路；I电路图；
Abstract
Noweverystreetareequippedwithlights,howtoachieveintelligentcontrolofstreetlampstosavepowerresources,streetlightingcontrollercansolvetheproblem.Controllerofthemainstreetthroughthephotosensitiveresistancetoexternallightsensortocontroltheintensityofthehigh-LM358,lowoutputtocontrollightsonoroff.Using74LS160,74LS48,74LS121,LM358、NE555andotherchipstocompletethestreetlightanddarkcontrolanddigitallogicrequiredtodisplay.Whentheenvironmentisdark（night）toautomaticallyturnonthelights（lightemittingdiode）,wheninbrightenvironments（daytime）toautomaticallyturnoffthelights（LEDoff）;toautomaticallyrecord"lights"inthenumberoflights（withadigitaldisplay）;tototal"lights"turnonthelightsoftime（withtwodigitaldisplay）.
KeywordsCurriculumdesign;streetlampscontroller;countingcircuitchipinformation;timecircuit;Icircuit
1概述
1.1 课题的背景和意义
照明工程迅猛发展，其路灯数量的增大，而且功耗和性能大不提高，因而对路灯定时器控制的要求比较精确.目前，路灯开关灯控制方法多为“钟控”和“光控”。
本次课题采用“光控”“光控”可以根据天气的情况变化来控制灯光的变化。
这样不仅可以节省人力物力资源，而且可以节省电力资源，符合当今社会节能减排的要求。
1.2设计的不足与发展
光控”容易受外部环境干扰，灵敏度低且可靠性较差。
“钟控”不适应天气突变与季节变化等自然情况。
二者均不能实现控制开关灯的合理化、科学化。
从而会出现：
开灯早，关灯晚；或者开灯晚，关灯早的现象。
前者会造成巨大的电能浪费，后者会损害城市形象、影响社会治安和交通安全，从而影响城市的投资环境。
所以应取长补短，设计出科学，合理的路灯控制器。
2设计方案简述
2.1方案思想
本设计采用74LS160、74LS48、74LS121、LM358、NE555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）。
本设计具有逻辑清晰、设计巧妙等特点，能很好的符合课程设计的要求。
2.2方案说明
本设计主要是通过光敏电阻对外界的光线的强弱的感应来控制LM358的高、低电平输出，从而控制路灯的开或关。
为了使计时与计数电路同步启动，计数电路的控制是通过LM358的输出端提供脉冲，使其计数；通过LM358的另一端输出来控制计时电路的供电。
计时电路脉冲的产生是用555接成一个频率为1HZ的多谐振荡器，用74LS48驱动共阴极的七段数码管做显示电路。
2.3方案原理
当光照减弱时，光敏电阻阻值增大，LM358的1、7端口出现低电平，此时通过低电平控制继电器工作，连接的220V白炽灯形成通路，使其亮即路灯亮。
反之，当光照增强到一定时，光敏电阻阻值减小，LM358的1、7出现高电平，继电器不工作，白炽灯不亮。
为了避免外部干扰所带来的错误反应，我们将光敏电阻与发光二极管封闭在一起，当二级管亮提供光线代表白天，当二极管不亮代表黑夜。
经以上论证，方案可行。
2.3电路原理框图
图2.1电路的原理框图
3详细设计
3.1光控电路
图3.1LM358引脚图及引脚功能
LM358的简介：
LM358里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。
LM358的特点:
内部频率补偿、低输入偏流、低输入失调电压和失调电流
共模输入电压范围宽，包括接地
差模输入电压范围宽，等于电源电压范围
直流电压增益高（约100dB）
单位增益频带宽（约1MHz）
电源电压范围宽：
单电源（3—30V）；
双电源（±1.5一±15V）
输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V）
图3.2光控电路的设计图
3.2计数电路
该电路采用的元件主要有74LS48、74LS160、74LS121、单位共阴数码管。
图3.3计数电路部分的连接图
3.2.1单位共阴数码管
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3.4共阴数码管封装和内部电路
3.2.2芯片资料
1.74LS48
功能：
用其来驱动七段共阴数码管
4线－七段译码器/驱动器（BCD输入，有上拉电阻）输出端（Ya－Yg）为高电平有效，可驱动灯缓冲器或共阴极VLED。
当要求输出0－15时，消隐输入（BI）应为高电平或开路，对于输出为0时还要求
脉冲消隐输入（RBI）为高电平或者开路。
当BI为低电平时，不管其它输入端状态如何，Ya－Yg均为低电平。
当RBI和地址端（A0－A3）均为低电平，并且灯测试输入端（LT）为高电平时，Ya－Yg为低电平，脉冲消隐输出（RBO）也变为低电平。
当BI为高电平或开路时，LT为低电平可使Ya－Yg均为高电平。
图3.574LS48芯片引脚图
A0－A3译码地址输入端BI/RBO
消隐输入（低电平有效）/脉冲消隐输出（低电平有效）
LT灯测试输入端（低电平有效）
RBI脉冲消隐输入端（低电平有效）
Ya－Yg段输出
2.74LS160
功能：
通过脉冲使其其自动计数，并输出输给交给译码器
该部分用到了计数器74LS160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。
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。
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。
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。
图3.674LS160芯片引脚图
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）
图3.774LS160内部电路
3.74LS121
功能：
消除信号的抖动，使得计数电路更加稳定的工作
它有两种触发方式：
下降沿触发和上升沿触发。
A1和A2是两个下降沿有效的触发输入端，B是上升沿有效的触发信号输入端。
vO和
是两个状态互补的输出端。
Rext/Cext、Cext是外接定时电阻和电容的连接端，外接定时电阻Rext（阻值可在1.4～40kΩ之间选择）应一端接VCC（引脚14），另一端接引脚11。
外接定时电容C（一般在10pF～10μF之间选择）一端接引脚10，另一端接引脚11即可。
若C是电解电容，则其正极引脚10，负极接引脚11。
74121内部已经设置了一个2kΩ的定时电阻，Rint（引脚9）是其引出端，使用时只需将引脚9与引脚14连接起来即可，不用时则应让引脚9悬空。
图3.874LS121的连接图
3.3计时电路
该电路采用的元件主要有74LS48、74LS160、74LS121、单位共阴数码管。
74LS48,74LS160,74LS121的资料同上面的计数电路参数一样，可参照上面的图文。
图3.9计时电路的连接图
3．3.1一秒脉冲发生器
NE555功能：
每隔一秒给74LS160提供一个脉冲，让74LS160计数工作。
555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路。
该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。
因而在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。
一般双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS定时电路具有低功耗、输入阻抗高等优点。
555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。
双极型定时器电源电压范围为5～16V，最大负载电流可达200mA；CMOS定时器电源电压变化范围为3～18V，最大负载电流在4mA以下。
图3.10555脉冲发生器
3.4.总电路图
图3.11总电路的连线图
4设计结果及分析
4.1设计结果
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），基本实现了本次课程设计的要求。
4．2电路的调试
接上电源，数码管均显示0，整个电路处于正常状态。
无线模块控制白天（让发光二极管亮），然后用平口螺丝刀调节LM358的滑动变阻器，LM358上面的指示灯灭，然后无线模块控制黑夜（让发光二极管灭），再调节滑动变阻器使指示灯亮，这时将滑动变阻器调节到一个临界值，当二极管亮的时候，LM358指示灯灭；当二极管灭的时候，LM358指示灯亮。
5总结
5.1整体评估
电路整体功能正常，而且可以达到题目的基本和扩展功能，通过细致的焊接，模块之间仔细的连接调试，效果的美化，都是尽心尽力了。
但是有时候电路工作不稳定。
本次的设计中的数码管亮度不是很够，而且6、9字样显示比较不符合美观效果。
5.2心得与体会
通过该次课程设计，我深深感觉到自己理论知识的欠缺，还要加强自己的动手能力。
课题的选择、方案的设计和修改、电路的仿真再到实物的制作，都需要理论与动手能力的结合。
在焊接过程中稍不小心哪怕只焊错一个引脚、一根导线都会导致整个电路无法正常工作，因此必须要有极大地耐心与细心。
我认为本次课程设计是非常有必要的，不仅对我们的学习有利，而且对以后的工作实践也是非常帮助的。
参考文献
[1]彭介华.电子技术课程设计指导.北京：
高等教育出版社.1997
[2]《数字系统设计方法》，大连理工大学编，大连理工大学出版社，1992年
[3]《数字电子计数基础》（第五版），阎石主编，高等教育出版社，2005
[4]邱关源、罗先觉.电路.北京：
高等教育出版社.2007.8
[5]康华光.电子技术基础.模拟部分.北京：
高等教育出版社.2007.11
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