课程设计报告李彩娇

石家庄经济学院信息工程学院电子信息工程与通信工程专业电子技术课程设计报告题目：路灯自动节能控制器姓名李彩娇学号411109060104班级4111090601指导教师王军芬2013年7月4日要求：1．指导教师按照课程设计大纲要求完成学生课程设计指导工作。2．课程设计任务书由指导教师照大纲要求填写，内容要全面。3．课程设计报告由参加本学生填写。课程设计结束时交指导教师。(打印稿一份，电子稿一份)4．指导教师要根据每一位学生课程设计任务完成情况，认真审核设计报告，并在课程设计结束时，给出客观、准确的评语和成绩。5．课程设计任务书和报告要语言流畅，图表正确规范。6．本表要用钢笔、圆柱笔填写或打印，字迹工整。（请把此页打印在封面的背面，打印时请删除此句话）课程设计任务书班级4111090601姓名李彩娇学号411109060104课程设计题目路灯自动节能控制器课程设计起止日期2013年6月17号至2013年7月5号实习地点实验楼105课程设计内容与要求一、设计要求1.要求有两种工作模式，并可选择在任意工作模式下。工作模式0：根据光线的亮暗自动打开路灯，亮暗的定义是可调的，而不是一成不变的。工作模式1：根据时间的不同能自动打开或者关闭路灯，路灯什么时候需要关闭或者打开，时间也是可调的。2.到半夜的时候行人稀少，自动关闭一半的路灯，达到节能的目的。3.至少做六个路灯。二、扩展部分1.设计稳压电源供电。2.能自动记录路灯的开灯个数（用数码管显示）3.能累计路灯的开灯时间（用数码管显示）指导教师王军芬2013年6月17日课程设计报告一、设计原理与技术方法：包括：电路工作原理分析与原理图、元器件选择与参数计算、电路调试方法与结果说明；软件设计说明书与流程图、软件源程序代码、软件调试方法与运行结果说明。1.1原理分析路灯自动节能控制器的总体方框图如图1所示。它包括光线检测电路、时间电路、模式选择与条件判断电路、路灯开关电路、以及路灯等五个部分。其中光线检测电路、时间电路以及路灯开关电路是系统的主要部分。光线检测电路完成路灯自动节能控制器的光控部分，而时间电路完成路灯自动节能控制器的时控部分。图1原理方框图1.2单元电路设计1.2.1光线检测电路该电路主要由光敏电阻、LM339、NPN三极管、发光二极管等组成。（1）光敏电阻光敏电阻是一种电阻值随光照的强弱而改变的电阻器。光照较弱时它的阻值可达1-10M欧，而在光照较强时它的阻值仅有几百至数千欧姆。在该设计中利用光对光敏电阻的特殊影响可以控制电压比较器的输出，进而控制路灯的亮灭。光敏电阻示意图如下图2所示：光线检测电路时间电路模式选择与条件判断路灯开关电路路灯注：此表可加附页图2光敏电阻示意图(2)LM339电压比较器该电路主要由两个LM339电压比较器构成。LM339电压比较器芯片内部装有四个独立的电压比较器。利用LM339可以方便的组成各种电压比较器电路。其中12脚GND接地，三脚Vcc接高电平。4脚5脚2脚、6脚7脚1脚构成两个电压比较器，其中4脚6脚为反相端，5脚7脚为同相端，1脚2脚为输出端。当相同输入端大于反相输入端时输出为高电平，当同相输入端小于反相输入端时输出为低电平。其引脚图下图3所示：光线检测电路图下图4所示图4光线检测电路图光线检测电路主要靠光敏电阻因为明暗而显示不同的阻值来分压、其将分得的电压与LM339的阈值电压进行比较。当处于较暗状态时光敏电阻的阻值较大分得的电压也比较大，当其分得的电压大于阈值电压时电压比较器输出的为高电平；当处于较明亮状态时光敏电阻的阻值较小分得的电压也比较小，当其分得的电压小于阈值电压时电压比较器输出的为低电平。调节R1会使阈值发生改变，可以理解为不同的季节路灯亮的时间点不同。1.2.2路灯控制电路(1)PNP三极管当PNP管的VCVBVE时，使得集电结反偏，发射结正偏时，管子的发射极电流流入管子，基极电流和集电极电流流出管子，且集电极电流跟基极电流之间成β关系，三极电流满足IE=IB+IC=IB(1+β·IB)。即，基极电流可以控制集电极电流，这种控制作用就称为管子的放大作用。当管子的VCVB，且VEVB时，集电结和发射结都正偏，管子工作于饱和状态，此时管子的管压降约为0.1-0.3V。IC=VCC/RC，即，集电极电流基本取决于集电极电源和集电极电阻，与IB无关，相当于一个闭合的开关。当VCVBVEVB时，两PN结均反偏，管子工作于截止状态。此时管子的三个电极均无电流。相当于一个断开的开关。饱和时，IC=VCC/RC管压降|UCE|=0.1-0.3vVC约等于VE均大于VB，|VBE|=0.3V（锗管）或0.6V（硅管）截止时IB、IC、IE均约为0.。（微安级的穿透电流，很小）(2)发光二极管发光二极管有正极与负极之分，即具有单向导电性。当给发光二极管一个正向电压时，导通且能够发光；当给其一个反向电压时，截止且不能够导通。发光二极管示意图如图6所示：图6发光二极管示意图路灯控制电路如下图7所示：图7路灯控制电路路灯开关电路中R7、R8、R10、R11均为电路的保护电阻。其中R7、R8为发光二极管的限流电阻，在实验时取80欧。在路灯开关电路中基极电流经过三极管后放大β倍，利用三极管对电流的放大作用，让从门电路中流出的电流经过三极管基极，这样经过发光二极管的电流就会增大，二极管也就可以正常的发光。1.2.3时间控制电路时间控制电路主要由NE555秒脉冲电路、74LS160计数器以及JK触发器组成。（1）秒脉冲电路为了给计数器74LS160以及JK触发器提供一个时序脉冲信号,本设计采用555构成的秒脉冲发生器,其基本电路如下图10所示。其中555管脚图如下图8所示，NE555内部结构图9所示。利用C3的充放电导致触发器翻转产生方波。由555工作特性和其输出周期计算公式可知,其生的脉冲产周期为:T=0.7(R1+2R2)C。因此,我们可以计算出各个参数通过计算确定了R1取47k欧姆,R2取47k欧姆,电容取C为10uF、10nF,这样我们得到了比较稳定的脉冲,且其输出周期为1秒。图8NE555的管脚图图9NE555内部结构图图10秒脉冲电路（1）JK触发器：JK触发器具有置0、置1、保持和翻转功能，并且由JK触发器可以构成D触发器和T触发器。其中5脚接地，13脚接Vcc，1脚Clk接脉冲信号，Q、Q‘为输出端，J、K为信号输入端，S、R为使能端。其管脚图、波形图、功能表如下图11、图12、图13所示：图11JK触发器管脚图。图12JK触发器波形图图13JK触发器功能表（2）74LS160是4位十进制同步加法计数器，除了有十进制加法计数功能外，还具有异步清零、同步并行置数、保持等功能。74LS160的逻辑电路图和引脚排列图如图15所示，CR是异步清零端，LD是预置数控制端，A，B，C，D是预置数据输人端，EP和ET是计数使能端，C是进位输出端。其功能表如图16所示：图1574LS160管脚图图1674LS160功能表（2）时间控制电路与非门1，2，3，4是当计数到199时将高电平传给JK触发器，使触发器发生跳转；A，B，C是当计数在240到280之间时，使右端三极管输入高电平；D和5以及1,2,3，是当计数到399时，使三片74160同时置零，从而进行下一轮计数。在时间控制电路中，采用的是异步置零方法，其中，当计数器由0—199时四个与门将高电平给74LS112端。又由于本实验中J=K，于是当下降沿到来时输出端会发生翻转变为高电平，最后的JK触发器的Q非输出为高电平，即两个三极管的基极输出为高电平，此时六个灯都不亮。当计数器199—400时，与门均输出0，此时J=K且为高电平，输出端保态，输出状态不变。在此过程中当计数器计到240时，输出端的与非门的输出变为0，到280时与非门变为1，其中280至400一直为1。当计数器计到399时，通过电路中的与非门给三个74LS160的RD’端，使其均归零，以便进行下一个周期。由此可以实现白天不亮晚上亮且到半夜时只亮一部分的目的。时间控制电路如下图17所示：图17时间控制电路1.3总原理图总原理图如下所示：图18总原理图当两个都开关接上方时，此为光控电路，不管电路是在黑暗状态还是明亮状态，第一个电压比较器永远都输出高电平。当处于较暗状态时光敏电阻的阻值较大第二个电压器分得的电压也比较大，当其分得的电压大于阈值电压（阈值电压等于二分之一电源电压）时电压比较器输出的为高电平，然后经过一个与非门，输出为低电平，经过三极管的放大作用，电流会变大，此时发光二极管发光。当处于较明亮状态时光敏电阻的阻值较小分得的电压也比较小，当其分得的电压小于阈值电压时电压比较器输出的为高电平，其电压不能使发光二极管发光。当两个开关都接下面的开关时，此时为时间控制电路。与门从左到右分别编号为1,2,3,4,5。与非门从左到右分别标记为A,B,C,D。当计数器由0—199时四个与门将低电平给74LS112端。又由于本实验中J=K，最后的JK触发器的Q非输出为高电平，即两个三极管的基极输出为高电平，此时六个灯都不亮。当计数器为199是，四个与门将高电平给74LS112端，根据公式Q*=JQ’+K’Q,所以当脉冲下降沿到来时，JK触发器发生翻转，Q’输出低电平，三极管两端的基极为低电平，两端的六个灯同时亮。当计数器200—400时，与门均输出0，此时J=K且为低电平电平，输出端保态，输出状态不变。在此过程中当计数器计到240时，输出端的与非门A的输出变为0，右端的三极管的基极输入为高电平不能使二极管发光，所以右端的三个灯同时灭，到280时，与非门A输出端变为1，右端的三极管的基极输入为低电平，三级管导通所以发光二极管正常发光，此时，右端的三个灯又同时亮，其中280至400与非门A一直输出为1，六个灯都是正常发光。当计数器计到399时，将0000同时置入三片74160中，从而得到400进制计数器，通过电路中的与非门给三个74LS160的RD’端，使其均归零，以便进行下一个周期。由此可以实现白天不亮晚上亮且到半夜时只亮一部分的目的。1.4元器件清单元件名称元件规格元件型号数量与非门集成芯片直插式74LS002非门集成芯片直插式74LS041与门集成芯片直插式74LS082555定时器直插式NE5551电容10nF、10uF电解各一个发光二极管绿色,红色LED各三个十进制计数器直插式74LS1603JK触发器直插式74LS1121拨动开关普通3芯片插槽14816管脚分别为三个，一个，两个晶体三极管PNPS85502四路电压比较器直插式LM3392电阻80Ω、500Ω、1.5K、50k、60k、22k、50ΩRest若干滑动变阻器150k,、1K各一个导线连接元器件若干二、课程设计工作记录：包括：设计步骤与时间安排、调试步骤与时间安排、课题完成结果说明2.1设计步骤与时间安排2013年6月17日-2012年6月22日,根据实习任务,资料查询完成设计方案,绘制出电路图并由指导老师确认，并列出元器件清单以及购买元器件。2013年6月24日-2011年6月28日，线路焊接调试，电路板焊接分模块完成，焊接之前先排版布线使线路尽量简单。小组成员轮流焊接并相互检查以确保焊接正确，先焊接光线检测电路部分，然后是发光二极管部分，最后时间控制电路焊接，由于元件的值不是很准，其中有些误差，不过误差不大。2.2调试步骤与时间安排2012年6月29日，老师对学生所做的设计进行验收，按照指导教师下达任务和要求检查学生课程设计是否达到要求，并给出相应的评价及实际成绩。2012年7月2日-2012年7月3日，根据要求，写出课程设计报告。2012年7月4日，交课程设计的报告，老师给出相应的评判，并要求改正。2012年7月5日，正式交课程设计的报告并进行答辩。1.5总结与心得：在电路焊接前先在仿真模拟软件ewb上进行调试，保证其电路图能模拟出来，接下来就是焊板子，但是焊板子和仿真的时间设置又有出入，其真实结果和仿真存在着好大的差距，焊板子的过程要求是很严格的，其中