声光控路灯控制器设计

1、2008级电子信息工程模拟、数字电路课程设计报告设计题目声光控节能路灯控制器姓名及学号学院物理与电子信息工程学院专业电子信息工程班级08级6班指导教师2010年11月25日题目：路灯控制器的设计一、设计题目及要求1、设计题目声光控节能路灯控制器的设计。2、设计要求（1）作品要求 具有光控功能，白天光线较亮，即使有声音路灯也不亮，光线较暗， 有声音时路灯点亮。 具有声控功能，晚上光线较暗，有声音时路灯点亮，声音消失后延 长照明一段时间后自动熄灭。（2）报告要求（1）画出电路原理图（2）元器件及其参数选择（3）在调试及组装电路过程中出现的问题及解决方法（4）元器件清单指导教师签名：2010年 月

2、日二、指导教师评语指导教师签名： 2010年 月 日三、成绩验收盖章2010年 月 日目录一、 前言1二、 设计方案及其论证 22.1 设计思路22.2 总体方框图22.3 主要电路12.4设计原理分析12.5各部分电路工作原理及参数选择 12.5.1 声控电路12.5.2光控电路12.5.3 稳压电路12.5.4延时、触发电路12.5.5开关电路12.5.6 电源电路12.5.7其他电路1三、整个过程中遇到的困难及解决方案 1四、总结及心得1五、参考文献1六、附录1元件清单1原理图2印刷电路图3作品照片错误！未定义书签。一、前言声光控节能路灯具有许多实际意义：一是省电，灯泡不会很长时间亮着，

3、 所 以节电效率很高，达80%左右；二是便利，不需要接触，全自动智能控制；另外， 接线简略、安装利便，是公共场所照明的首要选择。再者，随着科技的发展，公共场所照明控制手段也将慢慢更新，除此刻已有 的声光控开关外，另有微波感应开关以及热释远红外感应开关。今朝，微波感应开关的抗干扰性能尚不完善，红外感应开关在性能上较为稳定，但安装复杂，比较娇气，价格也偏高，比较合适在一些管理完善的场所如宾馆、大饭店楼道及居家走廊应用。在普通住宅楼、办公楼道等场所的照明控制考虑到价格、管理及安 装便利等因素，按照我国国情，可以估计在相当长一段时期内，声光控路灯将是首选的产品。 所以，对这一课题的研究是必要的。世界的

4、发展离不开能量物质，声光控开关能较好的为解决世界能量物质危机 供给一点帮忙。有助于我国实现可连续发展，构建节约型社会。2.3主要电路1、设计方案及其论证2.1 设计思路整个电路由电源电路，声控电路，光控电路及延时电路等部分组成。 电源由 直流稳压电源提供。光控电路对外界光亮程度进行检测，输出与光亮程度相对应 的电压信号，从而实现白天灯泡不亮晚上遇到声响时， 通过声控电路使灯泡自动 点亮。声控电路主要将声音信号转变为电信号， 从而实现自动控制。延时电路使 得声音消失后灯泡延长一段光照时间。 必要时可加一个手动开关，以增强电路的 实用性。总体方框图如图1所示。2.2 总体方框图图1声光控路灯控制器

5、原理组成方框图声光控路灯控制器原理如图2所示:图2声光控路灯控制器电路图2.4设计原理分析电路中集成块74LS00的脚1和脚2、脚13和脚12接成“与”输入用以鉴 别输入动态。由555定时器构成的单稳态触发器用于电路延时及低电平触发固态 继电器。按逻辑功能只有当脚13和脚12两输入端都呈高电平时，脚11的输出 才为低电平，单稳态触发器被触发，555定时器3脚输出高电平激发固态继电器， 接通灯路。白天因光敏电阻受光线照射，74LS00的13脚呈低电位，74LS00的11脚输出为低电平，继电器处于关断，灯路关闭。这时，无论外界声音再高灯 都不会亮；到夜晚，GR的电阻随环境光线减弱而增大，脚13变为

6、高电平，当人 走动的脚步声传到传声器 BW时，声波转换成电信号经三极管 VT放大，使1、2 脚电位由高变低，脚11输出高电平，与其连接的单稳态触发器的 2脚也呈现高 电平，单稳态触发器不被触发，其 3脚输出低电平，固态继电器处于关断状态， 灯泡不被点亮。2.5各部分电路工作原理及参数选择2.5.1声控电路该电路结构如右下图所示，主要由驻极体话筒连接电路及放大电路组成。图3声控电路话筒将声音信号转换为电信号，但话筒传输的电信号及其微弱，输出阻抗极高 因此不能直接接放大电路，我们在这里用 R1,C1组成话筒的连接电路，实现阻抗的 变换及放大电路的输入变换，使得放大电 路是对信号的电压进行放大。当没

7、有声音 时，放大电路无输入信号，三极管处于静 态工作状态。此时声控电路的输出为高电 平，经74LS00的1、2脚反相后3脚输出 为低电平，即74LS00的12脚为低电平。 此时即使是夜晚状态，单稳态触发器也不 会被触发，继电器任工作于关断状态，灯 泡也不会亮。每个声音信号转换来的电压 信号，我们将其看作无数个正弦信号，有正负半周之分。声音信号到来，三极管 处于放大状态。当信号处于正半周时，放大后的电压与静态工作状态下的电压相 叠加，电路任输出为高电平；当信号处于负半周时，放大后的电压与静态工作下 的电压叠加后呈低电平，经 74LS00的1、2脚反相后3脚输出高电平。如此时 为夜晚状态，74LS

8、00的13脚也为高电平，74LS00的11脚输出为低电平触发单 稳态触发器，继电器被导通，灯泡被电亮。我们选择的驻极体话筒工作电压为 5V，测得话筒工作时的电阻为 20K，电 源电压为10V，故R1选择阻值为20K的电阻。为达到信号向正弦电压的转换， 选择0.1uF的无极性电容。转换来的电压很微弱，为使电路输出变化明显，我们 将三极管的放大倍数设置为9013三极管的最大值144倍。并为得到较大的灵敏 度，我们选择的基极电阻及集电极电阻分别为 4.8兆、33K欧姆2.5.2光控电路该电路结构如右图示，由光敏电阻 GR,电阻R4 R1以及三极管Q1组成。白 天或光照强时，GF的电阻很小，Q1的基极

9、呈现高电位, 为低电平，即与其相连接的74LS00的13脚输入为低电 平。此时即使有声音，固态继电器也不会被导通，灯泡 不亮。夜晚或光线较暗时，GR的电阻达到1兆左右，Q1 基极电位低，Q1截止。此时，电路的输出为高电平，与 其相连接的74LS00的13脚呈高电平。如此时遇到声音 触发，74LS00的12脚呈高电平，11脚输出低电平触发 单稳态触发器。单稳态触发器输出高电平，固态继电器 迅速被激发导通，灯泡被点亮。Q1导通。光控电路输出我们测得GR的亮电阻为20K,暗电阻为1兆。欲使 图4光控电路Q1导通，Q1基极电压需达到0.7V。通过分压公式，计 算得R4取1.5K欧姆合适。为保证夜晚时三

10、极管截止时，光控电路的输出为 高电平，我们在回路中接上阻值为 10K的上拉电阻R2。2.5.3稳压电路C4构成。电路结构如右下图图5稳压电路该稳压电路部分由一个三端集成稳压器及电容 示。因为74LS00集成块正常工作时需要的 工作电压为5V，而1脚处的输入电压约为 10V，所以在设计中选择了此稳压管稳压， 使3脚输出约5V的电压供给74LS00集成 块，使其正常工作。为得到更加稳定的电压， 输出端并联一个滤波电容 C4,其值为10uF。2.5.4延时、触发电路该延时电路是由555定时器组成的单稳态触发器，它具有一个稳态和一个暂 稳态。其电路 益结构如下图'示：图6单稳态触发电路在我们的

11、设计电路中，该延时、触发电路如右下图示当没有触发信号时,Vi( 2脚)处于高电平(Vi>VCC/3 )，如果接通电源后Q=0, V0(3脚)=0，T导通, 平跳变为高电平，电路进入暂稳态，放电三极管T截止。此后电容C充电，当C电容通过放电三极管 T放电，使Vc=0,V0 保持低电平不变。如果接通电源后 Q=1， 放电三极管T就会截止，电源通过电阻R 向电容C充电，当Vc上升到2VCC/3时, 由于 Vc1=0,Vc2=1时，锁存器置 0, V0 为低电平。此时放电三极管T导通，电容 C放电，V0保持低电平不变。因此，电路 通电后在没有触发信号时，电路只有一种 稳定状态V0=0若触发输入端

12、施加触发信 号(VivVCC/3 )，电路的输出状态由低电R61MDIS RCTHRU3INTDGCVoltLM555VCCOUT|_dZ_|C5-1100uGND图7设计中的单稳态触发电路C60.1u充电至Vc=2VCC/3时，电路的输出电压 V0由高电平翻转为低电平，同时 T导 通，于是电容C放电，电路返回到稳定状态。电路的工作波形如右下图所示：如果忽略T的饱和压降，则Vc从零电平图8单稳态触发电路工作波形上升到2VCC/3的时间，即为输出电压 V0的脉 宽Tw=RCIn3=1.1RC.此Tw也为触发电路中的延 时时间。由于要让单稳态触发电路的V0能够由高电平翻转为低电平，则需要 6脚的输

13、入电压即 Vc>2VCC/3;且考虑在调试时能够容易判断出电 路设计的正确性，所以在设计中我们要求延时较 短，为2s,即Tw=2s=1.1RC;而通常R的阻值在 几百欧至几百兆欧之间，电容取值为几百皮法到 几百微法。所以我们的参数选择为 R6=2K,C5=100uF。2.5.5开关电路该电路主要由固态继电器组成。固态继电器是一种无触点电子开关， 由分立 元器件、膜固定电阻网络和芯片，采用混合工艺组装来实现控制回路（输入电路）与负载回路（输出电路）的电隔离及信号耦合，由固态器件实现负载的通断切换功 能，内部无任何可动部件。主要由输入 （控制）电路，驱动电路和输出（负载）电路 三部分组成。其

14、内部电路如下图所示。1、2为输入端，3、4为输出端。R0为限流电阻，光耦合器将输入与输出电路在电气上隔离开，V1构成反相器，R4、R5、V2和晶闸管V3组成过零检测电路，UR为双向整流桥，由V3和UR用以 获得使双向晶闸管V4开启的双向触发脉冲，R3、R7为分流电阻，分别用来保 护V3和V4 , R8和C组成浪涌吸收网络，以吸收电源中带有的尖峰电压或浪涌 电流，防止对开关电路产生冲击或干扰。图2开关电路如图所示，当输入端未加电压信号时，光耦合器的光敏晶体管因未接收光而 截止，V1饱和，V3和V4因无触发电压而截止，此时 SSR关闭。当加入输入 信号时，光耦合器中的发光二极管发光，光敏晶体管饱和

15、，使V1截止。此时若V3两端电压在适当内时，只要适当选择分压电阻 R4和R5，就可使V2截止， 这样使V3触发导通，从而使V 4的控制极上得到从 R4U3VIU3R7或反方向的触发脉冲，而使 V4导通，使负载接通交流电源。考虑到固态继电器的 过流、过压保护措施，我们选用规格为 400伏、5安的继电器。2.5.6电源电路该部分是由一个输出为 9V的变压器和整流滤波电路组成电路结构如下图R5100C A+ VAV12IN9V34D2BRIDGE2C7”去100 uD110V OUT -10V示。图9电源电路220V的交流信号经过变压器，变压为 9V的交流信号IN，而桥式整流电路将交流电压IN变换成

16、脉动的直流电压。再经过由电容C7构成的滤波电路滤除纹波，输出直流电压 U1约为10V,为确保电路直流电源的稳定，我们用到了稳压二极管D1。经桥式整流来的电压按公式计算应为 10.8V。为保护D1的完好，我们选择了阻值为100欧姆的限流电阻。因为声光控电路部分需要10V的直流电压供电，因此在设计中选择了输出为9V的变压器，输入为9V桥式整流器；为了确保供给声光控电路部分的电压为 10V,因此我们用到10V的稳压二极管D1。2.5.7其他电路(1) 负载电路 负载电路上接上一定功率的灯泡。(2) 数字电路与非门集成块用于鉴别输入动态；脚11输出低电平时，单稳 态触发器被触发，从而3脚输出高电平，激

17、发固态继电器导通。三、整个过程中遇到的困难及解决方案这次是我们第一次做课程设计，在电路的原理选取、分析、参数计算过程中 出现了一些问题，由于参数选择不当， 不能使三极管处于放大状态，也是我们对 学过的知识不熟悉的一种表现；在元器件的焊接过程中，表现的不熟练，没有掌握好技巧，有时会出现虚焊等情况。在电路的调试和故障排除过程中， 遇到了很大的困难，比如：因受到灌电流 的影响，不管是白天还是黑夜，光敏电阻两端分得的电压始终为高电平， 所以触 发电路不能按要求正常工作，而在设计中我们没有考虑到这一点， 致使此设计不 能达到设计的目的；另外，只考虑到延时时间而忽略单稳态触发器的翻转条件， 选择的R6过大

18、，使得单稳态一被触发就不能再使输出为低电平， 灯泡不在熄灭。 不过在老师的指导和帮助下，我们改变方案重新设计了现在的光控电路，并改变 了 R6的阻值，最终达到了设计要求。四、总结及心得通过近两周的课程设计，我们觉得自己的确学到了许多知识。 以前学习模拟 和数字电子技术的时候，总觉得没有什么实用性，而现在才发现那种想法是完全 错误的。例如我们实习时要求我们设计的水位控制器， 抢答器.报警器.路灯控制 器，音频放大器等都离不开模拟电子技术基础这门重要的学科。这些知识完全能够使本来很暗淡的世界，变得丰富多彩。使我们的生活更加绚丽，使我对模电和 数电课程更加迷恋。通过两周的课程设计，我学会了许多专业知识。遇到困难时，我就去积极的 看教材，去图书馆查阅资料，去网上搜索相关信息，直至把每一个细节，每一个 原理都搞清楚弄明白为止，大大增强了我的自学能力和独立能力。更重要的是， 我拓展了思路，开阔了视野，活跃了思想。以前学习模电和数电时总觉得自己傻傻的， 不知所措，无从下手，不知如何 学起，思路很狭窄，视野也不开阔，学的东西很死板，也很僵硬，根本不能够运 筹于帷幄之中，更不用说去自己设计