本 科 生 课 程 设 计 课 程 名 称: 题 目: 电子线路综合设计 路灯控制器的设计 专 业 班 级: 学 生 姓 名: 学 生 学 号: 日 期: 指 导 高 师: 1 一, 课程设计目的、任务和内容要求: 在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道,长明灯现象十 分普遍,这造成了能源的极大浪费。另外,由于频繁开关或者人为因素,墙壁开关的 损坏率很高,增大了维修量、浪费了资金。因此公路灯节能的口号便由此而提起,因 影响人们的生活。 本课程设计的任务就是自己设计一个路灯控制系统,鼓励学生能够集合所学设计了一 种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便、使用寿命长的光控白炽灯节能路灯。 具体设计任务如下: 1.熟熟路灯的工作原理; 2.结合资料设计出路等控制器的电路; 3.买并料来完成设计 4.写课程设计完完 设计要求: 当处于暗环境下(晚上)能够自动开灯(发光二极管亮) ,当处于亮环境下(白天)能 够自动关灯(发光二极管灭) ;能自动记录“路灯”的开灯次数(用 1 位数码管显示) ; 能累计“路灯”开灯时间(用 2 位数码管显示) 。 2 二、进度安进: 第一周:上上上上上资料,并结合书并并料,熟熟路灯控制器的设计原理,设计出电 路图; 第二周:买并料,并自己动并完成设计要求; 第三周:完成设计完完 三、主要参考文献: 1.阎阎 数字电子技术基数 (第五版).高等高高出版高出版高 2.童童白 华成华.模拟电子技术基数(第四版).高等高高出版高 3.郑郑郑 应应应 杨为理.信号与系统(第二版).高等高高出版高 3 目录 摘要: ............................. 5 Abstract ........................... 5 绪论 6 1 系统方案选择 ...................... 6 1.2 方案内容.......................................................................................................... 6 1.2.1 光检测和发光模块............................................................................... 6 1.2.2 计时器模块........................................................................................... 7 1.3 方案整体效果图............................................................................................. 7 2 设计方案简述 ..................... 8 3.详细设计 ......................... 8 3.1 设计电路的各个模块..................................................................................... 8 3.1.1 光检测模块........................................................................................... 8 3.1.3 计时器部分........................................................................................... 9 3.1.4 计数器模块........................................................................................... 9 4 设计结果及分析 .................. 11 4.1 电路调试....................................................................................................... 11 4.1.1 光检测与发光检测调试..................................................................... 11 4.1.2 计数器模块........................................................................................ 11 4.1.3 计时器模块......................................................................................... 11 4.1.4 电路整合及修改................................................................................. 12 4.1.5 实物图如下......................................................................................... 12 5 总结 ............................. 13 4 摘要: 摘要: 在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道,长明灯 现象十分普遍,这造成了能源的极大浪费。另外,由于频繁开关或者人为因素, 墙壁开关的损坏率很高,增大了维修量、浪费了资金。因此公路灯节能的口号便 由此而提起,因影响人们的生活。 本课程设计的任务就是自己设计一个路灯控制系统, 鼓励学生能够集合所学设计 了一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便、使用寿命长的光控白炽灯节 能路灯。 我设计的电路当处于暗环境下(晚上)能够自动开灯(发光二极管亮) ,当 处于亮环境下(白天)能够自动关灯(发光二极管灭) ;能自动记录“路灯”的 开灯次数(用 1 位数码管显示) ;能累计“路灯”开灯时间(用 2 位数码管显示) 。 本路灯以 LM358 为设计核心;由光敏电阻实现对光线强弱的捕捉,并将检测 的信号经 LM358 分析处理后控制 LED 灯的亮灭; 利用 74LS160 十进制同步计数器 和 74LS48 4 线-七段译码器/驱动器组成的计数部分;555 定时器 74LS160 十进 制同步计数器和 74LS48 4 线-七段译码器/驱动器组成的及时计时部分。并利用 74121 芯片防止信号的 关键词:74LS121 芯片 ; 74 LS 160 芯片 ; 74 LS 48 芯片 ; LM555 芯片 Abstract In schools, offices, factories and enterprises etc public and residential building, the public, it is common ever-buring lamps and caused a tremendous waste of energy. In addition, because of frequent switch or man-made factors, the walls of the damage rate is very high, switch to increase the quantity, wasted money maintenance. Therefore the slogan of the highway Lantern Festival to mention, but because they affect people's lives. This course design task is to design a lamp control system, encourage students learned to set a new circuit design, safety, simple structure, convenient installation, long-life energy-saving lamp electric incandescent bulbs. I designed circuit when in dark environment (night) to automatic light emitting diode (light), When in bright environment (day) can be destroyed the (light emitting diode),。Can automatically record "lamp lights" (with a digital tube display), Can open lamp lights "total" (with two digital tube display). The lamp is designed to LM358 core, By photoconductive resistance to light intensity capture, and will LM358 analysis of signal detection by processing control LED lamp light put out,. Use 74LS160 decimal synchronous counter and 74LS48 4-7 decoder/drive component count parts, 74LS160 555 timing synchronization counter and 74LS48 decimal 7-4 line decoder/drive component part in time. And 74121 chip prevent signals Keywords: 74LS121 Chip; 74 LS 160Chip; 4 LS 48Chip; LM358 Chip; LM555 Chip 5 绪论 在信息技术不断发展,人类文明不断进步的时代,越来越多的电子产品 开始占们的日常工作和生活,在很多公共场所,只要短时间照明的场所,就需要 安装一些电子器件,即能够自动控制开关,在有人的时候亮,人走之后,也能持 续一段时间,路灯控制器是一种声光控制的器件,能实现这种功能,即在白天光 线比较亮不需要照明的时候,即使有声音,灯也会不亮,而在天黑或光线比较暗 的时候,能够使电路工作,自动控制灯打开,而且能够在声音消失后,延时照明 一段时间,实现照明的目的。通过查阅大量书籍和资料,才在老师和同学的帮助 下,设计出了一个简单的路灯控制器电路,其特性优越,用途广泛,功能健全, 使用方便。 本路灯控制系统采用数字集成电路及少量外围元器件,利用光控功能控制照 明灯,在白天及光线较强时,光敏电阻通过检测使发光LED处于熄灭状态。在 晚上或光线较暗时,则发光LED点亮,这样既方便又省电,同时也延长了灯泡 (发光LED)的使用寿命。 根据设计的要求,我们将系统分为以下几个基本模块:光检测和发光模块,计 时模块,计数模块,防信号抖动模块。 1 系统方案选择 本路灯的以 LM358 为设计核心;由光敏电阻实现对光线强弱的捕捉,并将检 测的信号经 LM358 分析处理后控制 LED 灯的亮灭; 利用 74LS160 十进制同步计数 器和 74LS48 4 线-七段译码器/驱动器组成的计数部分;555 定时器 74LS160 十进制同步计数器和 74LS48 4 线-七段译码器/驱动器组成的及时计时部分。并 利用 74121 芯片防止信号的抖动。 1.2 方案内容 1.2.1 光检测和发光模块 光检测和发光模块 利用光敏电阻感应光的强弱,以及 lm358 的比较作用,把 LM358 的 7 脚或 者 1 脚与 74LS121 的 5 脚相连,然后再连上发光二极管,通过高低电平控制灯 的亮灭。 1.2.2 计数器模块 计数器模块 将 LM358 产生的输出脉冲接入计数模块,由防抖芯片 74121,74ls160 计数 器,译码器 74ls48 和数码管组成的计数模块,记录发光二极管明灭的次数 6 1.2.2 计时器模块 计时模块 NE555P,防抖芯片 74121,74ls160 计数器,译码器 74ls48 和共阴数码管组 成的计数模 块共同组成,记录灯亮的时间。 1.3 方案整体效果图 本路灯以 LM358 为设计核心;由光敏电阻实现对光线强弱的捕捉,并将检测 的信号经 LM358 分析处理后控制 LED 灯的亮灭; 利用 74LS160 十进制同步计数器 和 74LS48 4 线-七段译码器/驱动器组成的计数部分;555 定时器 74LS160 十进 制同步计数器和 74LS48 4 线-七段译码器/驱动器组成的及时计时部分。并利用 74121 芯片防止信号的抖动动。 具体设计电路图如下、 : 7 2 设计方案简述 本路灯的以 LM358 为设计核心;由光敏电阻实现对光线强弱的捕捉,并将检 测的信号经 LM358 分析处理后控制 LED 灯的亮灭; 利用 74LS160 十进制同步计数 器和 74LS48 4 线-七段译码器/驱动器组成的计数部分;555 定时器 74LS160 十进制同步计数器和 74LS48 4 线-七段译码器/驱动器组成的及时计时部分。并 利用 74121 芯片防止信号的抖动。 3.详细设计 3.详细设计 3.1 设计电路的各个模块 3.1.1 光检测模块 该模块由 200K 的滑动变阻器,二极管 、 200 欧电阻 、 光敏新组 、 200 欧、500 欧电阻组成。 光检测模块电路图: 光检测模块原理:由于光敏电阻对光照强度有非常灵敏的反应,所以采用光敏电 阻进行外部环境监测,将检测的信号与 358 的电路比较,比较出低电平还是高电 平,本电路将发光 LED 的正极接入电源的正极,所以 1 和 7 脚输出为高电平是 发光二极管点亮。 周围环境较暗是 358 的 1 和 7 脚输出低电平, 点亮发光二极管。 周围环境较亮时,输出高电平,不点亮发光二极管。同时的输出低电平脉冲接入 计时和计数模块。 8 3.1.3 计时器部分 计数器部分主要由 74Ls160 芯片 74ls48 芯片 74121 芯片和数码管组成。 计时器电路图: 计时器模块原理:NE 555 芯片 3 脚发送脉冲信号送给 74LS121 芯片的 5 脚,然 后 121 芯片的信号输出端 6 脚把信号发送给十进制计数器 74LS160 的 2 脚, 74LS48 译码器把十进制计数器 74LS160 的信号转换到共阴管, 共阴管开始工作。 3.1.4 计数器模块 计数器主要是由 74ls4160 芯片 、 74ls48 芯片、 管组成。 计数器电路图: 74121 芯片和共阴数码 计数器原理:计数器模块主要是对路灯进行计数的作用,当黑夜来的时候计数器 进行一次计数,一次累加。光检测和发光模块将脉冲输入计数模块。由脉冲输入 时 74LS160 计数器开始计数工作, 通过 74LS48 译码器的工作将译出的十进制数 通过数码管显示。358 输出的低电平的信号使译码器工作,低电平则不工作。也 就是当发光二极管亮的时候,计数模块开始工作,数码管开始显示计数。完成计 数工作 本次是课程设计中所用到的芯片简介: 1. 555 芯片的作用:555 定时器是一种将模拟功能与数字(逻辑)功能紧密结合在 一起的中小规模单片集成电路。它功能多样,应用广泛,只要外部配上几个阻容 元器件即可构成单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器等电路,是脉冲波形 产生与变换的重要元器件,广泛应用于信号的产生与变换、控制与检测、家用电 器以及电子玩具等领域。在本设计电路中,555 芯片也是脉冲发生装置,通过震 9 荡给电路产生脉冲。 2. 74LS160 芯片的作用:60 的清除端是异步的。当清除端/MR 为低电平时,不 管时端 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, 54/74LS160 无此种限制。 而 160 的计数是同步的, CP 同时加在四个触发器上而实现的。 CEP、 靠 当 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, 54/74LS160 的 CEP、 而 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。 对于 54/74LS160,在 CP 出现前,即使 CEP、CET、/MR 发生变化,电路的 功能也不受影响。 3. 74LS48 芯片的作用:48 为有内部上拉电阻的 BCD-七段译码器/驱动 器。 4. 74121 芯片的作用:54/74121 为具有施密特触发器输入的单稳态触发 器。在路灯控制器的电路中起到防止脉冲抖动的作用。 5. 共阴数码管,可以对路灯亮灭进行计时 10 4 设计结果及分析 4.1 电路调试 4.1.1 光检测与发光检测调试 用 LED 灯代替阳光模拟出外界的白天与黑夜,先把 LED 设置成关 闭状态,模拟出黑夜状态,这时调动 200 欧电阻,调节到发光二极管 亮与不亮的临界值,微调滑动变阻器,使其刚刚处于发光状态。此时 从开滑动变阻器,光敏电阻接收到光信号,则 358 为高电平,发光二 极管熄灭,此时光检测部分完成。 4.1.2 计数器模块 358 芯片的一脚或者七脚是信号发射脚, 74LS121 的五脚是信号输 入端,因此把 74LS121 的五脚与 358 的一脚或者七脚相连,358 的信 号被接收之后,用来控制 LED 的亮灭对光敏电阻照射与停止照射,来 确定光敏电阻是否接收到阳光,观察数码管是否根据发光二极管明灭的次 数是否一致。LED 亮时表示白天,此时路灯不工作,LED 灭时表示黑夜,此时 路灯工作,同时记数器进行一次一次。 4.1.3 计时器模块 计时器是计数器的升级版,与计数器不同,计时器是由 555 芯片 提供脉冲信号。数码管显示数字从 00-99。此时实现光敏电阻是否接收到光的 情况,观察数码管是否根据发光二极管明灭进行计时,此时当 LED 亮时则模拟 白天此时路灯不工作,数码管清零,当 LED 灭时则模拟黑夜此时路灯点亮,同 时计时器开始进行计时工作。 11 4.1.4 电路整合及修改 电路的整合主要通过继电器和三极管以及两个 1K 的电阻组成,在整合电路 之前先要检查每一个模块单独工作是否正常, 然后以三极管为纽带把三个模块连 接在一起,分别测试是否工作正常。当采用 LM358 的一个输出脚(1 脚或 7 脚) 输出时,停止照射光敏电阻式即模拟黑夜,此时路灯亮起,计时器开始工作,计 数器应停止工作,但是测试发现,计数器也跟着计时器的跳动而跳动,所以就通 过三极管将计时器和计数器分开工作。 单独测试结束后,在把电路整体连接。将不同的模块利用导线连接,再将每 个模块相互固定成一个整体,使得电路整洁大方,使用方便。 4.1.5 实物图如下 图 4.1.5.1 实物图 1 12 图 4.1.5.2 实物图 2 图 4.1.5.3 实物图 3 5 总结 在信息技术不断发展,人类文明不断进步的时代,越来越多的电子产品开始 在人们的工作和日常生活中扮演越来越重要的角色。 今日我设计的光控路灯在白 天时不工作, 夜晚没光是开始工作可以利用到乡村公路上。 可以节约电能和人工。 13 答辩记录表 14 课程设计总结 成绩分析表 班级 分数分布 学生数 百分比 最高分 (以下为总结内容) 以下为总结内容) 最低分 平均分 90 分以上 89-80 79-70 69-60 60 分以下 15