【精品文檔】傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì) 路燈控制器

1、課程設(shè)計(jì)傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 成 績(jī)： 電子與信息工程學(xué)院 路燈控制器的設(shè)計(jì)1 前言目前很多城市路燈控制系統(tǒng)多數(shù)處于人工管理的狀態(tài)，使路燈管理和維護(hù)成本加大。為此，本次設(shè)計(jì)提出一種新的路燈控制器方案，通過(guò)光敏電阻檢測(cè)自然光強(qiáng)度，自動(dòng)切換路燈的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，大大減少路燈管理、維護(hù)的費(fèi)用，同時(shí)降低電能的不必要損耗。1.1 課程設(shè)計(jì)的目的本次設(shè)計(jì)的目的就是在掌握傳感器的基本應(yīng)用，并且能夠聯(lián)系其他元件設(shè)計(jì)出成品，進(jìn)行理論與實(shí)際的結(jié)合，提高應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件的有關(guān)設(shè)計(jì)能力，提高分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。1.2 課程設(shè)計(jì)的要求及要求（1）天黑時(shí)燈亮，利用光敏二極管的

2、阻值變化，控制可控硅的導(dǎo)通；（2）天亮?xí)r，利用光敏二極管的阻值變小，控制可控硅的斷路，使燈熄滅；（3）或用繼電器控制燈的開(kāi)、關(guān)；（4）引入聲控，晚上光線較暗，有聲音時(shí)路燈點(diǎn)亮，聲音消失后延長(zhǎng)（白天即使有聲音也燈也不亮）。2 設(shè)計(jì)分析使用光照強(qiáng)度作為傳感器，目前最為常用且性價(jià)比較高的就是光敏電阻，利用其光線較強(qiáng)時(shí)，電阻值較低，而光線較暗時(shí)則電阻較大的特點(diǎn)，利用電橋，可將光線信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再通過(guò)電壓比較器等方式，可以有效地完成控制需要。這類(lèi)設(shè)計(jì)中，只要能將光線信號(hào)取出，整個(gè)設(shè)計(jì)也便完成了大半，至于控制部分的設(shè)計(jì)，可采用繼電器輸出，這樣就算驅(qū)動(dòng)較大的路燈負(fù)載，只需再加接觸器便可完成。至于聲控部分

3、，可以在電路中加入一個(gè)麥克風(fēng)（mic），感知外界聲音的大小，再通過(guò)硬件轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，最終控制燈的亮滅。聲光控路燈控制器可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)白天光線較暗和晚上遇到聲響時(shí)，路燈自動(dòng)點(diǎn)亮，從而實(shí)現(xiàn)人來(lái)燈亮，人走燈滅，既方便又實(shí)用。不僅節(jié)約了電能，而且能延長(zhǎng)燈泡使用壽命?？蓮V泛應(yīng)用于路燈，樓梯，走廊，衛(wèi)生間等公共場(chǎng)所的照明控制。此控制器經(jīng)濟(jì)實(shí)用，即使一般的腳步聲也能感應(yīng)出來(lái)，燈泡發(fā)光照明好。3 設(shè)計(jì)原理及電路圖聲光整流電路穩(wěn)壓電路路燈控制器電路主要由電源電路、聲控電路、光控電路、延時(shí)電路，負(fù)載電路等構(gòu)成。工作時(shí)，先由光控電路和聲控電路一起向聲光控制電路輸入信號(hào)，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)同時(shí)有效時(shí)，聲光控制電路才往下傳輸信號(hào)

4、，才向開(kāi)并電路送去信號(hào)，使開(kāi)關(guān)打開(kāi)，同時(shí)也促使延時(shí)電路開(kāi)始工作，而電路的電源由電源經(jīng)過(guò)橋式整流以后，再經(jīng)過(guò)降壓電路降過(guò)壓以后來(lái)提供，電路中其他需供電的電路由降壓以后再進(jìn)行穩(wěn)壓以后來(lái)供電，負(fù)載的供電直接由電源來(lái)提供。總體框圖如下圖3-1所示，工作流程如箭頭所示：延時(shí)電路聲控電路開(kāi)關(guān)電路光控電路照明電路電源電路整流電路3-1 路燈控制器的原理3.1電源電路設(shè)計(jì)電源電路的主要作用是為路燈控制器的負(fù)載提供電源，同時(shí)為其中的控制電路提電源，其由220v交流電源經(jīng)過(guò)一個(gè)橋式整流的整流作用，再經(jīng)過(guò)電阻r1， r2分壓，c1濾波，使電壓穩(wěn)定在10v左右，為數(shù)字集成電路和其他負(fù)載電路提供穩(wěn)定直流電壓，同時(shí)經(jīng)橋式

5、整流過(guò)的電壓經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)管給光源負(fù)載供電。（電路如圖3-2）圖3-2 電源電路3.2光聲控制電路設(shè)計(jì)控制電路的主要作用是完成對(duì)聲控和光控電路的控制，即照明電路的亮與不亮都由控制電路來(lái)控制完成，控制電路是路燈控制電路中的主體電路，它包括聲控和光控電路，只有當(dāng)聲控和光控電路同時(shí)起作用時(shí)，即既有光信號(hào)又有聲音信路時(shí)，控制電路才會(huì)作用，開(kāi)關(guān)打開(kāi)。光控部分采用光敏電阻的感光特性來(lái)工作的，即當(dāng)有光線的時(shí)候，其處于低電阻狀態(tài)，其上幾乎不分得電壓；在沒(méi)有光線或者光線較暗的時(shí)候，其處于高阻狀態(tài)。此電路就是利用光敏電阻的光電特性輸出高低電平信號(hào)來(lái)起到光控作用的。電路如圖3-3所示圖3-3 光控電路聲控部分主要是通過(guò)話

6、筒等聲音接收電路來(lái)把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。三極管vt在沒(méi)有聲音信號(hào)時(shí)處于飽和狀態(tài)，當(dāng)有聲音信號(hào)時(shí)，聲音信號(hào)通過(guò)電容的耦合，短時(shí)間內(nèi)拉低vt基極的電位，使三極管vt的瞬間截止,vt的集電極上產(chǎn)生一個(gè)瞬間高電平送入控制電路，經(jīng)過(guò)處理，從而達(dá)到聲控的目的。電路如圖3-4所示。圖3-4 聲控電路3.3 延時(shí)電路設(shè)計(jì)延時(shí)電路的作用主要是完成保持晶閘持續(xù)導(dǎo)通一段時(shí)間，維持發(fā)光二極管持續(xù)發(fā)光一段時(shí)間，持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短由延時(shí)電容的放電時(shí)間來(lái)決定，延時(shí)電容的放電時(shí)間即為照明的持續(xù)時(shí)間，當(dāng)充電電容通過(guò)電阻放電，從開(kāi)始放電開(kāi)始直到放電結(jié)束的這一段時(shí)間（即由r，c）來(lái)決定，只要改變電阻值或電容值，即可改變充放電時(shí)間長(zhǎng)短

7、，從而維持tc4011bp的8，9腳的高電平在一段時(shí)間內(nèi)保持不變，從而決定led的發(fā)光的時(shí)間長(zhǎng)短，即維持照明的時(shí)間改變。其組成只要由電阻、電容，電容是通過(guò)電阻放電的。電路如圖3-5所示。圖3-5 延時(shí)電路3.4開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)當(dāng)cd4011的3腳輸出高電平時(shí)經(jīng)過(guò)r2,r3分壓后供給scr控制極一個(gè)約2v左右的開(kāi)關(guān)信號(hào)，使開(kāi)關(guān)管v2導(dǎo)通，燈泡發(fā)光。當(dāng)cd4011的3腳為低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷， led熄滅，直到3腳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)才亮。電路如圖3-6所示。圖3-6 開(kāi)關(guān)電路3.5照明電路設(shè)計(jì)照明電路即一系列發(fā)光設(shè)備，如發(fā)光燈、二極管等，通過(guò)控制電路，控制其亮滅。3.6 整體電路設(shè)計(jì)交流電經(jīng)d14整流后，經(jīng)

8、r1、r2分壓，在c1兩端獲得約12v的工作電壓，供控制電路工作。r9為光敏電阻，白天時(shí)在光照的作用下，呈低阻狀態(tài)，cd4011（2）腳處于低電平，而由于r5的存在，在靜態(tài)時(shí)vt為導(dǎo)通狀態(tài)，cd4011（1）腳為低電平，其（3）腳輸出為高電平。該電平經(jīng)與非門(mén)反相后cd4011（4）腳為低電平，使二極管d5因處于反偏狀態(tài)而截止，使得cd4011（11）腳為低電平，晶閘管q1處于截止?fàn)顟B(tài)，燈led0不亮。傍晚光線變暗時(shí)，光敏電阻r9的阻值變大，使cd4011的（2）腳為高電平，但由于其第（1）腳仍為低電平，所以（11）腳輸出仍為低電平，燈led0不亮。只有在有聲音時(shí)，才能合聲傳感器的mic2產(chǎn)生一

9、個(gè)電信號(hào)，經(jīng)c3耦合到vt的基極，使vt的集電極瞬時(shí)輸出高電平，cd4011的（1）腳為高電平，（3）腳輸出為低電平，與非門(mén)反相后（4）腳輸出高電平，使d5導(dǎo)通，并對(duì)c2進(jìn)行充電。與此同時(shí)，（10） 腳輸出低電平使（11）腳輸出為高電平，并觸發(fā)晶閘管q1導(dǎo)通，燈led0被點(diǎn)亮。由于外部的聲音是短暫的，為了使燈led0有一個(gè)足夠的點(diǎn)亮?xí)r間，在電路加入r6和c2，這樣，即使cd4011的（4）腳變?yōu)榈碗娖?，d5截止，但由于c2上充了電的電壓不會(huì)產(chǎn)生突變，仍有電壓加在cd4011的（8）（9）腳使（10）腳輸出為低電平，而（11）腳輸出仍為高電平，維持q1的導(dǎo)通，燈led0仍被點(diǎn)亮。隨著c2上的電壓

10、下降到一定的程度，（10）腳的輸出變?yōu)楦唠娖剑M(jìn)而（11）腳為低電平，因失去觸發(fā)電壓，晶閘管q1截止，燈led0因失去觸發(fā)電流而熄滅。電路如圖3-7所示。圖3-7 整體電路4 總體性能及完善措施本次設(shè)計(jì)是根據(jù)環(huán)境的亮暗和聲音的有無(wú)實(shí)現(xiàn)路燈的亮滅，即自動(dòng)實(shí)現(xiàn)白天光線較暗和晚上遇到聲響時(shí)，路燈自動(dòng)點(diǎn)亮，從而實(shí)現(xiàn)人來(lái)燈亮，人走燈滅，既方便又實(shí)用。但是在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，如何提高系統(tǒng)在光線臨界狀態(tài)的穩(wěn)定性，是設(shè)計(jì)的問(wèn)題所在。由于光敏電阻的電阻值變化是連續(xù)的，因此在靠近臨界點(diǎn)時(shí)，容易造成不穩(wěn)定。若在設(shè)計(jì)中若能用運(yùn)放電路來(lái)完成處理，則可將運(yùn)放接成電壓比較器的方式，這樣可以完成較為精確的起控；若采用分立元件來(lái)

11、處理，可以采用穩(wěn)壓管來(lái)穩(wěn)定工作點(diǎn)，只有當(dāng)分壓大于穩(wěn)壓管的擊穿電壓時(shí)，電路才能起控。此問(wèn)題還應(yīng)在日后的設(shè)計(jì)中逐步完善。5 心得體會(huì)對(duì)于這次課程設(shè)計(jì)，由于以前做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候已經(jīng)接觸過(guò)類(lèi)似的題目，所以做起來(lái)不是很困難。但是，開(kāi)始做設(shè)計(jì)時(shí)總是會(huì)犯一些錯(cuò)誤，只有經(jīng)過(guò)不停的改錯(cuò)，才能得到正確的設(shè)計(jì)，這也說(shuō)明了作為電路設(shè)計(jì)人員是不能粗心大意的。一個(gè)設(shè)計(jì)電路質(zhì)量的高低與你細(xì)心與否有著一定的聯(lián)系。所以，在設(shè)計(jì)中要求我要有毅力，還要細(xì)心，稍有不慎，一個(gè)小小的錯(cuò)誤就會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的不正確，而對(duì)錯(cuò)誤的檢查要求我要有足夠的耐心，通過(guò)這次設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，也積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以后從事電路設(shè)計(jì)工作會(huì)有一定的幫助。雖然設(shè)計(jì)過(guò)程不是一帆