路灯控制器实践报告

课程嚎习报告实习名称：电子设计制作与工艺实习学生姓名：学 号：201016010239专业班级：自动化10102指导教师：完成时间：2012年6月28日报告成绩：摘要本课程设计主要内容为路灯控制器的设计，当白天光照强度大时，路灯不工作，当晚上光照强度弱时，路灯开启，并通过输出电平控制计数器和计时器工作，记录路灯开启的次数和开启的时间。它由光信号控制电路、路灯驱动电路、计数译码电路和数码显示器组成。光信号控制电路、路灯驱动电路控制路灯的工作状态，计数译码电路和数码显示器组成计数器记录路灯亮起的次数，计时电路用于记录路灯开启的时间。用Protel99SE作出电路的电路图，然后使用Multisim11.0进行仿真。经过Multisim11.0的仿真得到仿真结果符合设计要求。关键词：路灯控制器；光控；计数器；继电器；放大器AbstractThemaincontentofcurriculumdesignforthestreetlampcontrollerdesign,whendaytimelightintensity,lightdoesnotwork,whenthelightintensityisweak,streetopened,andthroughtheoutputlevelcontrolcounterandtimer,recordingstreetopeningtimesandopentime.Itconsistsofalightcontrolcircuit,signallampdrivingcircuit,countingdecodingcircuitanddigitaldisplay.Theopticalsignalcontrolcircuit,drivecircuittocontrolthestreetlampstreetlampworkingstate,countingdecodingcircuitandadigitaldisplaycounterrecordsthenumberofstreetlights,timingcircuitforrecordingthelampopeningtime.UseProtel99SEtomakecircuitdiagram,andthenusetheMultisim11simulation.AfterMultisim11bysimulationthesimulationresultsaccordwiththedesignrequirements.Keywords:Streetlightcontroller;lightcontrol;counter;relay;amplifier目录TOC\o"1-5"\h\z摘要 1\o"CurrentDocument"关键词 2\o"CurrentDocument"Abstract 3Keywords 3\o"CurrentDocument"目录 4\o"CurrentDocument"1设计要求 5\o"CurrentDocument"2总体方案 5\o"CurrentDocument"2.1设计思路 52.2原理框图（图1.1） 6\o"CurrentDocument"3设计内容 73.1光控路灯电路（图1.2） 7\o"CurrentDocument"3.2计时电路 8\o"CurrentDocument"3.2.1振荡电路 8\o"CurrentDocument"3.2.2秒计时器电路 9\o"CurrentDocument"3.2.3分计时器电路 10\o"CurrentDocument"3.2.4时计时器 10\o"CurrentDocument"3.3路灯开启次数的电路 113.4电路之间的联系 123.5集成芯片功能说明 12\o"CurrentDocument"3.5.1555定时器 12\o"CurrentDocument"3.5.2十进制同步计数器74LS160 13\o"CurrentDocument"3.5.3BCD-七段显示译码器 14\o"CurrentDocument"设计总结 16\o"CurrentDocument"参考文献 17\o"CurrentDocument"致谢 18设计要求安装在公共场所或道路两旁的路灯通常希望随日照光亮度的变化而自动开启和断开，以满足行人的需要，又能节电。1、设计一个路灯自动照明的控制电路。当日照光亮到一定程度时使灯自动熄灭，而日照光暗到一定程度时又能自动点亮。开启和关断的日照光照度根据用户要求进行调节。2、若将路灯开启的启动脉冲信号作计时起点，控制一个计数器对标准时基信号作计数，则可计算出路灯的开启时间。3、路灯的驱动电路可用继电器或可控硅电路。总体方案设计思路（1）要用日照光的亮度来控制灯的开启和关断，首先必须检测出日照光的亮度。用光敏三极管、光敏二极管或光敏电阻等光敏元件作传感器得到信号，再通过滑动变阻器改变阻值来控制日照光照度。以实现对电路的启和停控制。（2） 设计一个计数器统计路灯开启的次数，并用BCD-七段显示译码器显示。（3） 路灯的驱动电路可用继电器。

图1.12.2原理框图（图1.1）图1.1计数译码 ►开启次城显示光电变换一-信号鉴幅—►驱动电路 ►路灯振荡电路——►计数译码 ■开启时IW显示设计内容3.1光控路灯电路（图1.2）RG是光电器件，如光电二极管、光电三极管、光敏电阻等。当白天有光照在RG上时,RG的内阻较小，R2压降较大，使5S模块的④脚呈高电平，模块内部的电路关断，照明灯H不亮。而夜晚来临，无光照射在RG上,RG的内阻增至很大，R2上的压降很小，5S模块的④脚是低电平，使模块的内部电路导通，照明灯H点亮。调节R2可以控制H点亮的灵敏度。R2即是起到调节开关的作用，可以根据用户的需求，决定路灯在那种光照度下点亮。安装时，RG应放在H不能直接照射而只能接受自然光的地方。图1.2由此可知④脚白天呈高电平，夜晚呈低电平，可以依据该脚的输出电平来控制计数器的脉冲和计时器的开启。而5S模块的内部结构如图1.3所示，5S模块集555时基电路与SSR固态继电器于一体，除具有二者优点之外，还具有抗震、防爆、使用同一电源等优点。应用更加简单、方便，接上负载即可进行多种控制。I IIT图1.35S模块的内部电路工作原理如上图所示。它是由无触点控制电路和时基集成电路两部分组成。单向可控硅SCR作为无触点控制电路的开关，双向可控硅BCR作为交流负载驱动器。当SCR截止时，桥式整流电路U内无电流回路，故BCR无触发电流而截止，负载停止工作。当SCR导通时，全桥整流电路形成电流回路，于是在BCR的控制极G上有正负双向脉冲触发，使得BCR完全导通，负载通电工作。而SCR的导通与截止也是由时基集成电路IC的输出端③脚来控制的。当IC的③脚为高电平时，SCR导通；当IC的③脚为低电平时SCR截止，从而使得后级电路截止。如何使IC按照特定的程序工作，则可由应用者自行设计。时基集成电路IC的电源是由全桥U整流，电阻R1降压限流，电容器C3滤波，DW稳压后供给的。二极管VD和电容器C2构成开机防干扰电路，C1和C4也是抗干扰电容器。R3和C5构成过压缓冲网络，以确保电路安全工作。计时电路计时电路受振荡电路输出的一个一定频率的脉冲和路灯主电路给予的一个开启电平控制。计时器为时分秒计时器的形式。能够将计时精确到秒，并且最大计时时间为100小时下面详细介绍计时电路的电路图及原理。3.2.1振荡电路振荡电路的是用来给秒计时器输入一个脉冲，该脉冲的频率为1HZ。如图2.1图2.1该振荡电路为555定时器组成的多谐振荡器。接通电源后③脚P10端能够输出一个周期为Is的矩形波。其振荡频率为/=1/(tpL+tpH)~1.43/[(R1+2R2)]=1HZ。因此对于R1、R2、C2的取值分别为10K、10K、47.7uF时就可以使输出频率为1HZ,也就满足了使秒计时器按秒计数的目的。3.2.2秒计时器电路当秒计时器同时接收到路灯电路给的开启信号和振荡电路给的脉冲时开始工作。此时计数译码电路从0开始计数,当到达59时进位给分计时器,使分计时器计数。而秒计时器通过七段数码显示器显示进位,数字显示从0~59。其电路如图2.2图2.2此电路的原理为路灯电路的④脚P7端接到P1端来开启计数器计数。P2端接振荡电路的P10端。该计数器由两片DM74LS160AN芯片构成,DM74LS160AN是十进制同步计数器。将两片连在一起后用反馈清零法构成60进制，即当U2输出为0110时，将Q1和Q2通过与作者： 第9页 2013/4/11非门接到U2、U3的反馈清零端。同时将与非门的输出端P3接到第二个计数器分计时器的脉冲端，使得分计时器计数。两片芯片的输出端QO、QI、Q2、Q3分别接一个ABCD-七段译码器，再通过七段数码管显示器显示出来。3.2.3分计时器电路分计时器受秒计时器给的脉冲信号控制，同时P1端直接接到高电平VCC。其同样是由两片DM74LS16OAN组成的，其TC端对上升沿敏感，而从P3端输出的是低电平，因此要将P3端输出的信号经过与非门使秒计时器在到达6O时变成上升沿，分计时器加1。分计时器也是6O进制的计数器构成的，因此结构与秒计时器一样，也同样是根据反馈清零法来实现计数目的的。其具体电路如图2.3图2.3该电路与秒计时器芯片的连接方式完全相同，P5端由秒计时器给予脉冲。同样将分钟显示在七段数码显示器上。3.2.4时计时器时计时器将区别于以上两者，为达到最大限度计时的目的，时计时器将设计成1OO进制的形式，不在需要向上上级进位。也是将分计时器的P4输出低电平经过与非门变成高电平后输入给时计时器的脉冲端P6。其原理与前者是相同的。电路图如图2.4

H0.H0.图2.4因为两片芯片连接后直接可以构成100进制的计数器，所以将两个二进制输出直接接到两片ABCD七段译码器上即可。以上三个计时器构成了完整的时分秒的计数，达到了精确到秒，最大到100小时的计时电路。完全可以满足路灯在一次照明过程中的所需的时间。路灯开启次数的电路在做路灯的开启次数的电路设计时，有必要考虑到它的最大值，即最多能到多少次的问题。具体的几次要结合实际需要。在此，暂且将它的最大值定到99次。也就是说该计数器为100进制的计数器。将其设计成与以上的时计时器一样即可。电路如图3.1图3.1图3.1Pio端输入的脉冲也是由④脚接一个与非门之后产生的上升沿给予的。其原理是一样的。3.4电路之间的联系以上电路分别为各个看起来分离的部分电路，通过下图来完整的描述它们之间的连接关系。X X图4.13.5集成芯片功能说明以上设计中用到的数字集成芯片有555定时器、十进制同步计数器74LS160、BCD-七段显示译码器。3.5.1555定时器555定时器的电路如图5.1所示。它由三个阻值为5k的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电晶体管T、与非门和反相器组成。rF-」如[lskQ2J 图5.1分压器为两个电压比较器ci、C2提供参考电压。如5端悬空，则比较器C1的参考电压为，加在同相端；C2的参考电压为，加在反相端。是复位输入端。当=0时，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。正常工作时，=1。u11和u12分别为6端和2端的输入电压。当u11>，u12>时，C1输出为低电平，C2输出为高电平，即=0，=1，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。当u11<，u12<时，C1输出为高电平，C2输出为低电平，=1，=0，基本RS触发器被置1，晶体管T截止，输出端u0为高电平。当u11<，u12>时，基本RS触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。综上所述，可得555定时器功能如表5.1所示。输"TT输i出U11LL唸输出出晶体昔TO'X0导通0导通1截止保持表5.13.5.2十进制同步计数器74LS160160的清除端是异步的。当清除端/MR为低电平时，不管时钟端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。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Q0－Q3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。其逻辑功能表如表5.2。输 入输 出CPLDCLREPETQXX0XX全“L”t01XX预置数据t1111计数X110X保持X11X0保持表5.23.5.3BCD-七段显示译码器BCD七段译码器的输入是一位BCD码（以D、C、B、A表示），输出是数码管各段的驱动信号（以Fa〜Fg表示），也称4—7译码器。若用它驱动共阴LED数码管，则输出应为高有效，即输出为高⑴时，相应显示段发光。例如，当输入8421码DCBA=0100时，应显示，即要求同时点亮b、c寸、g段，熄灭a、d、e段,故译码器的输出应为Fa〜Fg=0110011,这也是一组代码，常称为段码。同理，根据组成0〜9这10个字形的要求可以列出8421BCD七段译码器的真值表如表5.3

设计总结本课程设计主要内容为路灯控制器的设计，当白天光照强度大时，路灯不工作，当晚上光照强度弱时，路灯开启，并通过输出电平控制计数器和计时器工作，记录路灯开启的次数和开启的时间。它由光信号控制电路、路灯驱动电路、计数译码电路和数码显示器组成。光信号控制电路、路灯驱动电路控制路灯的工作状态，计数译码电路和数码显示器组成计数器记录路灯亮起的次数，计时电路用于记录路灯开启的时间。设计过程中用Protel99SE作出电路的电路图，然后使用Multisim11.0进行仿真。经过Multisim11.0的仿真。制作采用数字集成电路及少数外围元器件，综合了光控路灯和使用次数、时间的计数。白天光照强的时候路灯不亮，当光照弱到一定程度（这个程度可以由用户自己调节）时，路灯开始照明，并且该路灯电路还能输出一个电平控制计数器和计时器工作。通过这次设计，我们发现其主要是用到了数字电子技术里的计数器的知识，同时还包括对七段译码器和