1、.石家莊經(jīng)濟學院信息工程學院電子信息工程與通信工程專業(yè)電子技術課程設計報告題目： 路燈自動節(jié)能控制器 姓 名 李彩嬌 學 號 411109060104 班 級 4111090601 指導教師 王軍芬 2013年 7 月4 日要求：1指導教師按照課程設計大綱要求完成學生課程設計指導工作。2課程設計任務書由指導教師照大綱要求填寫，內(nèi)容要全面。3課程設計報告由參加本學生填寫。課程設計結束時交指導教師。(打印稿一份，電子稿一份)4指導教師要根據(jù)每一位學生課程設計任務完成情況，認真審核設計報告，并在課程設計結束時，給出客觀、準確的評語和成績。5課程設計任務書和報告要語言流暢，圖表正確規(guī)范。6本表要用鋼筆

2、、圓柱筆填寫或打印，字跡工整。（請把此頁打印在封面的背面，打印時請刪除此句話）課程設計任務書班級 4111090601 姓名 李彩嬌 學號 411109060104 課程設計題目 路燈自動節(jié)能控制器 課程設計起止日期 2013年6月17號 至 2013年7月5號 實習地點 實驗樓105 課程設計內(nèi)容與要求一、 設計要求1.要求有兩種工作模式，并可選擇在任意工作模式下。工作模式0：根據(jù)光線的亮暗自動打開路燈，亮暗的定義是可調(diào)的，而不是一成不變的。工作模式1：根據(jù)時間的不同能自動打開或者關閉路燈，路燈什么時候需要關閉或者打開，時間也是可調(diào)的。2. 到半夜的時候行人稀少，自動關閉一半的路燈，達到節(jié)能

3、的目的。3.至少做六個路燈。二、擴展部分1.設計穩(wěn)壓電源供電。2.能自動記錄路燈的開燈個數(shù)（用數(shù)碼管顯示）3.能累計路燈的開燈時間（用數(shù)碼管顯示） 指導教師 王軍芬 2013 年 6 月17 日一、設計原理與技術方法：包括：電路工作原理分析與原理圖、元器件選擇與參數(shù)計算、電路調(diào)試方法與結果說明；軟件設計說明書與流程圖、軟件源程序代碼、軟件調(diào)試方法與運行結果說明。1.1原理分析路燈自動節(jié)能控制器的總體方框圖如圖1所示。它包括光線檢測電路、時間電路、模式選擇與條件判斷電路、路燈開關電路、以及路燈等五個部分。其中光線檢測電路、時間電路以及路燈開關電路是系統(tǒng)的主要部分。光線檢測電路完成路燈自動節(jié)能控制

4、器的光控部分，而時間電路完成路燈自動節(jié)能控制器的時控部分。光線檢測電路時間電路模式選擇與條件判斷路燈開關電路路燈 圖1 原理方框圖1.2 單元電路設計1.2.1 光線檢測電路該電路主要由光敏電阻、LM339、NPN三極管、發(fā)光二極管等組成。（1） 光敏電阻光敏電阻是一種電阻值隨光照的強弱而改變的電阻器。光照較弱時它的阻值可達1-10M歐，而在光照較強時它的阻值僅有幾百至數(shù)千歐姆。在該設計中利用光對光敏電阻的特殊影響可以控制電壓比較器的輸出，進而控制路燈的亮滅。光敏電阻示意圖如下圖2所示：課程設計報告注：此表可加附頁 圖2 光敏電阻示意圖(2) LM339電壓比較器 該電路主要由兩個LM339電

5、壓比較器構成。LM339電壓比較器芯片內(nèi)部裝有四個獨立的電壓比較器。利用LM339可以方便的組成各種電壓比較器電路。其中12腳GND接地，三腳Vcc接高電平。4腳5腳2腳、6腳7腳1腳構成兩個電壓比較器，其中4腳6腳為反相端，5腳7腳為同相端，1腳2腳為輸出端。當相同輸入端大于反相輸入端時輸出為高電平，當同相輸入端小于反相輸入端時輸出為低電平。其引腳圖下圖3所示：光線檢測電路圖下圖4所示 圖4 光線檢測電路圖 光線檢測電路主要靠光敏電阻因為明暗而顯示不同的阻值來分壓、其將分得的電壓與LM339的閾值電壓進行比較。當處于較暗狀態(tài)時光敏電阻的阻值較大分得的電壓也比較大，當其分得的電壓大于閾值電壓時

6、電壓比較器輸出的為高電平；當處于較明亮狀態(tài)時光敏電阻的阻值較小分得的電壓也比較小，當其分得的電壓小于閾值電壓時電壓比較器輸出的為低電平。調(diào)節(jié)R1會使閾值發(fā)生改變，可以理解為不同的季節(jié)路燈亮的時間點不同。1.2.2路燈控制電路(1) PNP三極管 當PNP管的VC<VB<VE時，使得集電結反偏，發(fā)射結正偏時，管子的發(fā)射極電流流入管子，基極電流和集電極電流流出管子，且集電極電流跟基極電流之間成關系，三極電流滿足IE=IB+IC=IB(1+·IB)。即，基極電流可以控制集電極電流，這種控制作用就稱為管子的放大作用。當管子的VC>VB，且VE>VB時，集電結和發(fā)射結都

7、正偏，管子工作于飽和狀態(tài)，此時管子的管壓降約為0.1-0.3V。IC=VCC/RC ，即，集電極電流基本取決于集電極電源和集電極電阻，與IB無關，相當于一個閉合的開關。當VC<VB VE<VB時，兩PN結均反偏，管子工作于截止狀態(tài)。此時管子的三個電極均無電流。相當于一個斷開的開關。飽和時，IC=VCC/RC 管壓降|UCE|=0.1-0.3v VC約等于VE 均大于VB，|VBE|=0.3V（鍺管）或0.6V（硅管） 截止時 IB、IC、IE均約為0.。（微安級的穿透電流，很小）(2)發(fā)光二極管發(fā)光二極管有正極與負極之分，即具有單向導電性。當給發(fā)光二極管一個正向電壓時，導通且能夠發(fā)

8、光；當給其一個反向電壓時，截止且不能夠導通。 發(fā)光二極管示意圖如圖6所示： 圖6 發(fā)光二極管示意圖路燈控制電路如下圖7所示： 圖7 路燈控制電路 路燈開關電路中R7、R8、R10、R11均為電路的保護電阻。其中R7、R8為發(fā)光二極管的限流電阻，在實驗時取80歐。在路燈開關電路中基極電流經(jīng)過三極管后放大倍，利用三極管對電流的放大作用，讓從門電路中流出的電流經(jīng)過三極管基極，這樣經(jīng)過發(fā)光二極管的電流就會增大，二極管也就可以正常的發(fā)光。1.2.3 時間控制電路時間控制電路主要由NE555秒脈沖電路、74LS160計數(shù)器以及JK觸發(fā)器組成。（1） 秒脈沖電路為了給計數(shù)器74LS160以及JK觸發(fā)器提供一

9、個時序脈沖信號, 本設計采用555構成的秒脈沖發(fā)生器,其基本電路如下圖10所示。其中555管腳圖如下圖8所示， NE555內(nèi)部結構圖9所示。利用C3的充放電導致觸發(fā)器翻轉產(chǎn)生方波。由555工作特性和其輸出周期計算公式可知,其生的脈沖產(chǎn)周期為: T=0.7(R1+2R2)C。因此,我們可以計算出各個參數(shù)通過計算確定了R1取47k歐姆,R2取47k歐姆,電容取C為10uF、10nF,這樣我們得到了比較穩(wěn)定的脈沖,且其輸出周期為1秒。 圖8 NE555的管腳圖 圖9 NE555內(nèi)部結構圖 圖10 秒脈沖電路（1）JK觸發(fā)器：JK觸發(fā)器具有置0、置1、保持和翻轉功能，并且由JK觸發(fā)器可以構成D觸發(fā)器和

10、T觸發(fā)器。其中5腳接地，13腳接Vcc，1腳Clk接脈沖信號，Q、Q為輸出端，J、K為信號輸入端，S、R為使能端。其管腳圖、波形圖、功能表如下圖11、圖12、圖13所示： 圖11 JK觸發(fā)器管腳圖。 圖12 JK觸發(fā)器波形圖 圖13 JK觸發(fā)器功能表（2）74LS160是4位十進制同步加法計數(shù)器，除了有十進制加法計數(shù)功能外，還具有異步清零、同步并行置數(shù) 、保持等功能。74LS160的邏輯電路圖和引腳排列圖如圖15所示，CR是異步清零端，LD是預置數(shù)控制端，A ，B，C，D是預置數(shù)據(jù)輸人端，EP和ET是計數(shù)使能端，C是進位輸出端。其功能表如圖16所示： 圖15 74LS160管腳圖 圖16 74

11、LS160功能表（2） 時間控制電路 與非門1，2，3，4是當計數(shù)到199時將高電平傳給JK觸發(fā)器，使觸發(fā)器發(fā)生跳轉；A，B，C是當計數(shù)在240到280之間時，使右端三極管輸入高電平；D和5以及1,2,3，是當計數(shù)到399時，使三片74160同時置零，從而進行下一輪計數(shù)。在時間控制電路中，采用的是異步置零方法，其中，當計數(shù)器由0199時四個與門將高電平給74LS112端。又由于本實驗中J=K，于是當下降沿到來時輸出端會發(fā)生翻轉變?yōu)楦唠娖剑詈蟮腏K觸發(fā)器的Q非輸出為高電平，即兩個三極管的基極輸出為高電平，此時六個燈都不亮。當計數(shù)器199400時，與門均輸出0，此時J=K且為高電平，輸出端保態(tài)，

12、輸出狀態(tài)不變。在此過程中當計數(shù)器計到240時，輸出端的與非門的輸出變?yōu)?，到280時與非門變?yōu)?，其中280至400一直為1。當計數(shù)器計到399時，通過電路中的與非門給三個74LS160的RD端，使其均歸零，以便進行下一個周期。由此可以實現(xiàn)白天不亮晚上亮且到半夜時只亮一部分的目的。時間控制電路如下圖17所示： 圖17 時間控制電路1.3 總原理圖總原理圖如下所示：圖18 總原理圖 當兩個都開關接上方時，此為光控電路，不管電路是在黑暗狀態(tài)還是明亮狀態(tài)，第一個電壓比較器永遠都輸出高電平。當處于較暗狀態(tài)時光敏電阻的阻值較大第二個電壓器分得的電壓也比較大，當其分得的電壓大于閾值電壓（閾值電壓等于二分之

13、一電源電壓）時電壓比較器輸出的為高電平，然后經(jīng)過一個與非門，輸出為低電平，經(jīng)過三極管的放大作用，電流會變大，此時發(fā)光二極管發(fā)光。當處于較明亮狀態(tài)時光敏電阻的阻值較小分得的電壓也比較小，當其分得的電壓小于閾值電壓時電壓比較器輸出的為高電平，其電壓不能使發(fā)光二極管發(fā)光。當兩個開關都接下面的開關時，此時為時間控制電路。與門從左到右分別編號為1,2,3,4,5。與非門從左到右分別標記為A,B,C,D。當計數(shù)器由0199時四個與門將低電平給74LS112端。又由于本實驗中J=K，最后的JK觸發(fā)器的Q非輸出為高電平，即兩個三極管的基極輸出為高電平，此時六個燈都不亮。當計數(shù)器為199是，四個與門將高電平給7

14、4LS112端，根據(jù)公式Q*=JQ+KQ,所以當脈沖下降沿到來時，JK觸發(fā)器發(fā)生翻轉，Q輸出低電平，三極管兩端的基極為低電平，兩端的六個燈同時亮。當計數(shù)器200400時，與門均輸出0，此時J=K且為低電平電平，輸出端保態(tài)，輸出狀態(tài)不變。在此過程中當計數(shù)器計到240時，輸出端的與非門A的輸出變?yōu)?，右端的三極管的基極輸入為高電平不能使二極管發(fā)光，所以右端的三個燈同時滅，到280時，與非門A輸出端變?yōu)?，右端的三極管的基極輸入為低電平，三級管導通所以發(fā)光二極管正常發(fā)光，此時，右端的三個燈又同時亮，其中280至400與非門A一直輸出為1，六個燈都是正常發(fā)光。當計數(shù)器計到399時，將0000同時置入三

15、片74160中，從而得到400進制計數(shù)器，通過電路中的與非門給三個74LS160的RD端，使其均歸零，以便進行下一個周期。由此可以實現(xiàn)白天不亮晚上亮且到半夜時只亮一部分的目的。1.4 元器件清單元件名稱元件規(guī)格元件型號數(shù)量與非門集成芯片直插式74LS002非門集成芯片直插式74LS041與門集成芯片直插式74LS082555定時器直插式NE5551電容10nF、 10uF電解各一個發(fā)光二極管綠色,紅色LED各三個十進制計數(shù)器直插式74LS1603JK觸發(fā)器直插式74LS1121撥動開關普通3芯片插槽14 8 16 管腳分別為三個，一個，兩個晶體三極管PNPS85502四路電壓比較器直插式LM3

16、392電阻80、500、1.5K、50k、60k、22k、50Rest若干滑動變阻器150k,、1K各一個導線連接元器件若干2、 課程設計工作記錄：包括：設計步驟與時間安排、調(diào)試步驟與時間安排、課題完成結果說明2.1設計步驟與時間安排2013年6月17日-2012年6月22日,根據(jù)實習任務,資料查詢完成設計方案,繪制出電路圖并由指導老師確認，并列出元器件清單以及購買元器件。2013年6月24日-2011年6月28日，線路焊接調(diào)試，電路板焊接分模塊完成，焊接之前先排版布線使線路盡量簡單。小組成員輪流焊接并相互檢查以確保焊接正確，先焊接光線檢測電路部分，然后是發(fā)光二極管部分，最后時間控制電路焊接，

17、由于元件的值不是很準，其中有些誤差，不過誤差不大。2.2調(diào)試步驟與時間安排2012年6月29日，老師對學生所做的設計進行驗收，按照指導教師下達任務和要求檢查學生課程設計是否達到要求，并給出相應的評價及實際成績。2012年7月2日-2012年7月3日，根據(jù)要求，寫出課程設計報告。2012年7月4日，交課程設計的報告，老師給出相應的評判，并要求改正。2012年7月5日，正式交課程設計的報告并進行答辯。1.5總結與心得：在電路焊接前先在仿真模擬軟件ewb上進行調(diào)試，保證其電路圖能模擬出來，接下來就是焊板子，但是焊板子和仿真的時間設置又有出入，其真實結果和仿真存在著好大的差距，焊板子的過程要求是很嚴格的，其中很容易出現(xiàn)虛焊和松動的情況，短路的情況也很常見。總之能正確的用模型演示出一天的路燈變化是非常不容易的，這要求嚴密的思維，精細的焊工以及一雙靈巧的雙手。我們是一個版塊一個版塊的焊接的，首先我們先焊的路燈控制電路，然后是光控電路，其次是脈沖產(chǎn)生電路，最后是時間控制電路。每一部分的焊接都是一遍遍的檢查與重復的。每一次失敗我們都有過沮喪但是我們并沒有氣餒，每一次的成功我們也都驚喜萬分，信心百倍。其中555脈沖的產(chǎn)生讓我們很是煩惱，偶爾有偶爾無的。我們先先后后的換了兩次底座，三次芯片，焊接了無數(shù)次，最終我們還是成功的產(chǎn)生了脈沖。 總之通過這個項目的制作，我們