1、石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院信息工程學(xué)院電子信息工程與通信工程專業(yè)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：路燈自動(dòng)節(jié)能控制器姓 名 李彩嬌學(xué) 號(hào) 班 級(jí)4111090601指導(dǎo)教師 王軍芬2013年 7 月4 日要求：1指導(dǎo)教師按照課程設(shè)計(jì)大綱要求完成學(xué)生課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)工作。2課程設(shè)計(jì)任務(wù)書由指導(dǎo)教師照大綱要求填寫，內(nèi)容要全面。3課程設(shè)計(jì)報(bào)告由參加本學(xué)生填寫。課程設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)交指導(dǎo)教師。(打印稿一份，電子稿一份)4指導(dǎo)教師要根據(jù)每一位學(xué)生課程設(shè)計(jì)任務(wù)完成情況，認(rèn)真審核設(shè)計(jì)報(bào)告，并在課程設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)，給出客觀、準(zhǔn)確的評(píng)語和成績(jī)。5課程設(shè)計(jì)任務(wù)書和報(bào)告要語言流暢，圖表正確規(guī)范。6本表要用鋼筆、圓柱筆填寫或打印，字跡工整。（請(qǐng)把此頁

2、打印在封面的背面，打印時(shí)請(qǐng)刪除此句話）課程設(shè)計(jì)任務(wù)書班級(jí) 4111090601 姓名 李彩嬌學(xué)號(hào)課程設(shè)計(jì)題目路燈自動(dòng)節(jié)能控制器課程設(shè)計(jì)起止日期 2013年6月17號(hào)至 2013年7月5號(hào)實(shí)習(xí)地點(diǎn)實(shí)驗(yàn)樓105課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求一、設(shè)計(jì)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(dòng)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(shí)間的不同能自動(dòng)打開或者關(guān)閉路燈，路燈什么時(shí)候需要關(guān)閉或者打開，時(shí)間也是可調(diào)的。2. 到半夜的時(shí)候行人稀少，自動(dòng)關(guān)閉一半的路燈，達(dá)到節(jié)能的目的。3.至少做六個(gè)路燈。二、擴(kuò)展部分1.設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源供電。2.能自動(dòng)記錄路燈的開

3、燈個(gè)數(shù)（用數(shù)碼管顯示）3.能累計(jì)路燈的開燈時(shí)間（用數(shù)碼管顯示） 指導(dǎo)教師 王軍芬2013 年 6 月17 日一、設(shè)計(jì)原理與技術(shù)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(jì)算、電路調(diào)試方法與結(jié)果說明；軟件設(shè)計(jì)說明書與流程圖、軟件源程序代碼、軟件調(diào)試方法與運(yùn)行結(jié)果說明。1.1原理分析路燈自動(dòng)節(jié)能控制器的總體方框圖如圖1所示。它包括光線檢測(cè)電路、時(shí)間電路、模式選擇與條件判斷電路、路燈開關(guān)電路、以及路燈等五個(gè)部分。其中光線檢測(cè)電路、時(shí)間電路以及路燈開關(guān)電路是系統(tǒng)的主要部分。光線檢測(cè)電路完成路燈自動(dòng)節(jié)能控制器的光控部分，而時(shí)間電路完成路燈自動(dòng)節(jié)能控制器的時(shí)控部分。光線檢測(cè)電路時(shí)間電路模式選擇

4、與條件判斷路燈開關(guān)電路路燈 圖1 原理方框圖1.2 單元電路設(shè)計(jì)1.2.1 光線檢測(cè)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(qiáng)弱而改變的電阻器。光照較弱時(shí)它的阻值可達(dá)1-10M歐，而在光照較強(qiáng)時(shí)它的阻值僅有幾百至數(shù)千歐姆。在該設(shè)計(jì)中利用光對(duì)光敏電阻的特殊影響可以控制電壓比較器的輸出，進(jìn)而控制路燈的亮滅。光敏電阻示意圖如下圖2所示：課程設(shè)計(jì)報(bào)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(gè)LM339電壓比較器構(gòu)成。LM339電壓比較器芯片內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器。利用LM339可以

5、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(gòu)成兩個(gè)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(dāng)相同輸入端大于反相輸入端時(shí)輸出為高電平，當(dāng)同相輸入端小于反相輸入端時(shí)輸出為低電平。其引腳圖下圖3所示：光線檢測(cè)電路圖下圖4所示 圖4 光線檢測(cè)電路圖光線檢測(cè)電路主要靠光敏電阻因?yàn)槊靼刀@示不同的阻值來分壓、其將分得的電壓與LM339的閾值電壓進(jìn)行比較。當(dāng)處于較暗狀態(tài)時(shí)光敏電阻的阻值較大分得的電壓也比較大，當(dāng)其分得的電壓大于閾值電壓時(shí)電壓比較器輸出的為高電平；當(dāng)處于較明亮狀態(tài)時(shí)光敏電阻的阻值較小分得的電壓也比較小，當(dāng)其分

6、得的電壓小于閾值電壓時(shí)電壓比較器輸出的為低電平。調(diào)節(jié)R1會(huì)使閾值發(fā)生改變，可以理解為不同的季節(jié)路燈亮的時(shí)間點(diǎn)不同。1.2.2路燈控制電路(1) PNP三極管當(dāng)PNP管的VC<VB<VE時(shí)，使得集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏時(shí)，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(guān)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(dāng)管子的VC>VB，且VE>VB時(shí)，集電結(jié)和發(fā)射結(jié)都正偏，管子工作于飽和狀態(tài)，此時(shí)管子的管壓降約為。IC=VCC/RC ，即，集電極電流基本取

7、決于集電極電源和集電極電阻，與IB無關(guān)，相當(dāng)于一個(gè)閉合的開關(guān)。當(dāng)VC<VB VE<VB時(shí)，兩PN結(jié)均反偏，管子工作于截止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)管子的三個(gè)電極均無電流。相當(dāng)于一個(gè)斷開的開關(guān)。飽和時(shí)，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(shí) IB、IC、IE均約為0.。（微安級(jí)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(fù)極之分，即具有單向?qū)щ娦浴．?dāng)給發(fā)光二極管一個(gè)正向電壓時(shí)，導(dǎo)通且能夠發(fā)光；當(dāng)給其一個(gè)反向電壓時(shí)，截止且不能夠?qū)ā?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

8、路如下圖7所示：圖7 路燈控制電路路燈開關(guān)電路中R7、R8、R10、R11均為電路的保護(hù)電阻。其中R7、R8為發(fā)光二極管的限流電阻，在實(shí)驗(yàn)時(shí)取80歐。在路燈開關(guān)電路中基極電流經(jīng)過三極管后放大倍，利用三極管對(duì)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(huì)增大，二極管也就可以正常的發(fā)光。1.2.3 時(shí)間控制電路時(shí)間控制電路主要由NE555秒脈沖電路、74LS160計(jì)數(shù)器以及JK觸發(fā)器組成。（1） 秒脈沖電路為了給計(jì)數(shù)器74LS160以及JK觸發(fā)器提供一個(gè)時(shí)序脈沖信號(hào), 本設(shè)計(jì)采用555構(gòu)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，

9、NE555內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖9所示。利用C3的充放電導(dǎo)致觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生方波。由555工作特性和其輸出周期計(jì)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(jì)算出各個(gè)參數(shù)通過計(jì)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)功能，并且由JK觸發(fā)器可以構(gòu)成D觸發(fā)器和T觸發(fā)器。其中5腳接地，13腳接Vcc，1腳Clk接脈沖信號(hào)，Q、Q為輸出端，J、K為信號(hào)輸入端，S、R為使能端。其

10、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(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，除了有十進(jìn)制加法計(jì)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(yù)置數(shù)控制端，A ，B，C，D是預(yù)置數(shù)據(jù)輸人端，EP和ET是計(jì)數(shù)使能端，C是進(jìn)位輸出端。其功能表如圖16所示： 圖15 74LS160管腳圖 圖16 74LS160功能表（2） 時(shí)間控制電路與非門1，2，3，4是當(dāng)計(jì)數(shù)到199時(shí)將高電平傳給JK觸發(fā)器，使觸發(fā)器發(fā)生跳轉(zhuǎn)；

11、A，B，C是當(dāng)計(jì)數(shù)在240到280之間時(shí)，使右端三極管輸入高電平；D和5以及1,2,3，是當(dāng)計(jì)數(shù)到399時(shí)，使三片74160同時(shí)置零，從而進(jìn)行下一輪計(jì)數(shù)。在時(shí)間控制電路中，采用的是異步置零方法，其中，當(dāng)計(jì)數(shù)器由0199時(shí)四個(gè)與門將高電平給74LS112端。又由于本實(shí)驗(yàn)中J=K，于是當(dāng)下降沿到來時(shí)輸出端會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)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(gè)三極管的基極輸出為高電平，此時(shí)六個(gè)燈都不亮。當(dāng)計(jì)數(shù)器199400時(shí)，與門均輸出0，此時(shí)J=K且為高電平，輸出端保態(tài)，輸出狀態(tài)不變。在此過程中當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到240時(shí)，輸出端的與非門的輸出變?yōu)?，到280時(shí)與非門變?yōu)?，其中280至400一

12、直為1。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到399時(shí)，通過電路中的與非門給三個(gè)74LS160的RD端，使其均歸零，以便進(jìn)行下一個(gè)周期。由此可以實(shí)現(xiàn)白天不亮晚上亮且到半夜時(shí)只亮一部分的目的。時(shí)間控制電路如下圖17所示： 圖17 時(shí)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(dāng)兩個(gè)都開關(guān)接上方時(shí)，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(gè)電壓比較器永遠(yuǎn)都輸出高電平。當(dāng)處于較暗狀態(tài)時(shí)光敏電阻的阻值較大第二個(gè)電壓器分得的電壓也比較大，當(dāng)其分得的電壓大于閾值電壓（閾值電壓等于二分之一電源電壓）時(shí)電壓比較器輸出的為高電平，然后經(jīng)過一個(gè)與非門，輸出為低電平，經(jīng)過三極管的放大作用，電流會(huì)變大，此時(shí)發(fā)光二極

13、管發(fā)光。當(dāng)處于較明亮狀態(tài)時(shí)光敏電阻的阻值較小分得的電壓也比較小，當(dāng)其分得的電壓小于閾值電壓時(shí)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(dāng)兩個(gè)開關(guān)都接下面的開關(guān)時(shí)，此時(shí)為時(shí)間控制電路。與門從左到右分別編號(hào)為1,2,3,4,5。與非門從左到右分別標(biāo)記為A,B,C,D。當(dāng)計(jì)數(shù)器由0199時(shí)四個(gè)與門將低電平給74LS112端。又由于本實(shí)驗(yàn)中J=K，最后的JK觸發(fā)器的Q非輸出為高電平，即兩個(gè)三極管的基極輸出為高電平，此時(shí)六個(gè)燈都不亮。當(dāng)計(jì)數(shù)器為199是，四個(gè)與門將高電平給74LS112端，根據(jù)公式Q*=JQ+KQ,所以當(dāng)脈沖下降沿到來時(shí)，JK觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，Q輸出低電平，三極管兩端的基極為低

14、電平，兩端的六個(gè)燈同時(shí)亮。當(dāng)計(jì)數(shù)器200400時(shí)，與門均輸出0，此時(shí)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(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到240時(shí)，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(gè)燈同時(shí)滅，到280時(shí)，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(jí)管導(dǎo)通所以發(fā)光二極管正常發(fā)光，此時(shí)，右端的三個(gè)燈又同時(shí)亮，其中280至400與非門A一直輸出為1，六個(gè)燈都是正常發(fā)光。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到399時(shí)，將0000同時(shí)置入三片74160中，從而得到400進(jìn)制計(jì)數(shù)器，通過電路中的與非門給三個(gè)74LS160的RD端，使其均歸零，以便進(jìn)行下一個(gè)周期

15、。由此可以實(shí)現(xiàn)白天不亮晚上亮且到半夜時(shí)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(hào)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(shí)器直插式NE5551電容10nF、 10uF電解各一個(gè)發(fā)光二極管綠色,紅色LED各三個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器直插式74LS1603JK觸發(fā)器直插式74LS1121撥動(dòng)開關(guān)普通3芯片插槽14 8 16 管腳分別為三個(gè)，一個(gè)，兩個(gè)晶體三極管PNPS85502四路電壓比較器直插式LM3392電阻80、500、1.5K、50k、60k、22k、50Rest若干滑動(dòng)變阻器150k,、1K各一個(gè)導(dǎo)線連接元器件

16、若干2、 課程設(shè)計(jì)工作記錄：包括：設(shè)計(jì)步驟與時(shí)間安排、調(diào)試步驟與時(shí)間安排、課題完成結(jié)果說明2.1設(shè)計(jì)步驟與時(shí)間安排2013年6月17日-2012年6月22日,根據(jù)實(shí)習(xí)任務(wù),資料查詢完成設(shè)計(jì)方案,繪制出電路圖并由指導(dǎo)老師確認(rèn)，并列出元器件清單以及購(gòu)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(jiǎn)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(cè)電路部分，然后是發(fā)光二極管部分，最后時(shí)間控制電路焊接，由于元件的值不是很準(zhǔn)，其中有些誤差，不過誤差不大。2.2調(diào)試步驟與時(shí)間安排2012年6月29日，老師對(duì)學(xué)生所做的設(shè)計(jì)進(jìn)行

17、驗(yàn)收，按照指導(dǎo)教師下達(dá)任務(wù)和要求檢查學(xué)生課程設(shè)計(jì)是否達(dá)到要求，并給出相應(yīng)的評(píng)價(jià)及實(shí)際成績(jī)。2012年7月2日-2012年7月3日，根據(jù)要求，寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告。2012年7月4日，交課程設(shè)計(jì)的報(bào)告，老師給出相應(yīng)的評(píng)判，并要求改正。2012年7月5日，正式交課程設(shè)計(jì)的報(bào)告并進(jìn)行答辯。1.5總結(jié)與心得：在電路焊接前先在仿真模擬軟件ewb上進(jìn)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(shí)間設(shè)置又有出入，其真實(shí)結(jié)果和仿真存在著好大的差距，焊板子的過程要求是很嚴(yán)格的，其中很容易出現(xiàn)虛焊和松動(dòng)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(yán)密的思維，精細(xì)的焊工以及一雙靈巧的雙手。我們是一個(gè)版塊一個(gè)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(shí)間控制電路。每一部分的焊接都是一遍遍的檢查與重復(fù)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(gè)項(xiàng)目的制作，我們