2022年课程设计报告书正文 .pdf
课 程 设 计 报 告 书第 1 页 共 6 页路灯自动节能控制系统设计及制作1 引言随着城市市政建设的发展，传统的路灯控制以及手段维护，已经远远不能适应城市现代化发展的速度，城市市政建设日新月异，宽阔的街道，各种各样的路灯给城市带来了光明的同时也增添了城市的夜间魅力。但是忧郁道路，路灯增多，传统的人工管理模式已经和快速、现代化的城市建设环境不相适应。目前，很多城市路灯控制系统多数处于人工管理的状态，使路灯管理和维护成本加大。随着社会不断地发展，人们的生活也日益智能化。相对于其他类型路灯，光控路灯系统不仅可以给行人带来更大的方便，还不需要操控，能自动切换路灯的开关状态。表达了现代科技的智能化，同时有效降低了路灯管理和维护的费用。在城市的街道上，经常会看到早晨太阳老高了，马路上的路灯还亮着；下午太阳刚落，天还没黑，马路上的路灯已经亮了。针对这种情况，设计了城市路灯自动节能控制电路，来到达节约电能的目的。11 设计的简单原理因为每天天黑的时间不是完全一样，所以不能一时间来确定每天晚上几点亮灯，路灯控制系统中要求路灯能根据光线的亮暗选择打开路灯，而且亮暗的定义是可调的，而不是一成不变的。到半夜的时候行人稀少，需要关闭一半的路灯，到达节能的效果，什么时候关闭，时间也需要可调。本电路采用直流 12V供电，主要控制电路由光敏电阻、 CD4011 、555定时器组成。白天 RG阻值小， CD4011 第 1 脚为低电平，继电器K1、K2不工作，路灯都不亮，随着黄昏来临， RG 阻值变大， CD4011 第 1 脚变为高电平， 11脚也为高电平， Q1导通，K1得电， Q2导通， 555 定时电路工作， K2吸合，此时路灯都亮，随着C2充电，到后半夜，C2充电电压大于三分之二VCC 是，555 第三脚变为低电平， K2断电，只有一半的路灯得电照明，到第二天白天又回到初始状态，全暗。2 设计电路电路所需元件列表序号名称规格位号数量序号名称规格位号数量1 贴片电阻2K R1-R5 5 9 三极管贴片9013J3Q1 1 2 卧式电位器50K RP1 、RP2 2 10 9012(2T1) Q2 1 3 光敏电阻5mm RG 1 11 集成电路贴片CD4011 U1 1 4 发光二极管5mm D1-D11 11 12 NE555 U2 1 5 电解电容470uF C1 1 13 继电器12V K1、K2 2 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 6 页课 程 设 计 报 告 书第 2 页 共 6 页6 2200uF C2 1 14 电源线多芯线J1 2 7 10uF C4 、C5 2 15 电路板84*56 1 8 贴片电容103 C3 1 16 说明书A4 1 实验电路图相关元件用途该电路采用直流电源，大小为12V,其中 RG为光敏电阻，半导体器件，其阻值大小随光线的增强阻值减小。白天，由于光线较强，RG的阻值很小，使得电源VCC 经可调变阻器 RP1 光敏电阻 RG GND ，回路中 RG两端的电压较小，即与非门CD4011的1,2 管脚都为低电平， 从而使得 CD4011 的 3 管脚为高电平， 4 管脚为低电平， 10 管脚为高电平，11 管脚为低电平， 因此可知 NPN型三极管 Q1的基极为低电平， Q1不导通，无集电极电流流过继电器K1，即其常开触点还是处于断开状态；并且由于Q1处于截止状态，其集电极电压为高电平， 经电阻 R4限流给 PNP 型 Q2供基极电压，Q2不导通，对于 Q2 ，发射极电压为高电平，集电极电压为低电平，此时555 定时器不工作，输出端一直为低电平，使得继电器K2线圈不得电，其对应的常开触点K2不会闭合。综上所述，路灯都不亮。随着黄昏的来临，光线逐渐变弱，光敏电阻RG的阻值变大，与非门 CD4011 的管脚 1,2 为高电平，11 管脚为高电平， 经电阻 R2限流给 Q1基极供电，Q1基极为高电平，三极管Q1导通，继电器 K1得电，对应的常开触点K1闭合；同时Q1的集电极电位为低电平，三极管Q2导通，三极管的集电极给555定时器供电，并精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 6 页课 程 设 计 报 告 书第 3 页 共 6 页作为 555 定时器异步清零端信号，555 定时器正常工作，还经可调变阻器RP2给电容C2充电，开始时， 555 定时器的输入端 2 电压值小于三分之二的VCC ，其输出端 3 输出高电平，继电器K2线圈得电，其对应的常开主触点K2闭合，路灯全部接入电路，全部亮。随着 C2的充电， C2的端电压将大于三分之二的VCC ，是对 555 定时器的输出端 3 为低电平，线圈K2 失电，对应的闭合触点断开，关闭一半的路灯。到第二天的白天又会回到初始状态。其余相关原件的主要用途：C1稳定输出电压，发光二极管VD11为电源指示灯，VD1到 VD10为路灯指示灯，分别有主触点K1，K2控制。C4稳定 555定时器的输出电压，C3也起稳定电压的作用。 调节 RP1和 RP2可以分别调节黄昏路灯点亮的时间和半夜路灯熄灭的时间。元件简介2.4.1 555定时器结构及工作原理：555 定时器是一种中规模的集成定时器，应用非常广泛。通常只需外接几个阻容元件，就可以构成各种不同用途的脉冲电路，如多谐振荡器、单稳态触发器以及施密特触发器等。 555 定时器有 TTL集成定时器和 CMOS 集成定时器，它们的逻辑功能与外引线排列都完全相同。 TTL型号最后数码为 555，CMOS 型号最后数码为 7555. 555定时器的逻辑功能R SQ 端1 1 0 接地0 0 1 开路0 1 Q 保持1 0 不定不定555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压， 当 5 脚悬空时则电压比较器A1的反相端 ，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3 ，A2 的同相输入端的电压为VCC /3 。假设触发输入端 TR 的电压小于 VCC /3 ，则比较器 A2 的输出为 1 ，可使 RS 触发器置 1 ，使输出端 OUT=1 。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于 VCC /3，则 A1 的输出为 1 ，A2 的输出为 0 ，可将 RS 触发器置 0 ，使输出为 0 电平。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 6 页课 程 设 计 报 告 书第 4 页 共 6 页图和外引脚排列图分别如图 2.9.1 和图 2.9.2 所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压 VCC /3 和 2VCC /3 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。 在电源与地之间加上电压， 当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3 ， A2 的同相输入端的电压为VCC /3 。 假设触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1 ，可使 RS 触发器置 1 ，使输出端OUT=1 。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于 VCC /3 ，则A1 的输出为 1 ，A2 的输出为 0 ，可将 RS 触发器置 0 ，使输出为 0 电平。2.4.2 CD4011: 图一芯片功能图图三逻辑图图二引脚图真值表精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 6 页课 程 设 计 报 告 书第 5 页 共 6 页X Y Q 动作0 0 ? 禁止0 1 1 设定1 0 0 重置1 1 不变不定(1) 当 X=0、Y=0时，将使两个 NAND 门之输出均为 1，违反触发器之功用，故禁止使用。如真值表第一列。(2) 当 X=0、Y=1时，由于 X=1导致 NAND-A 的输出为” 1” ，使得 NAND-B 的两个输入均为” 1” ，因此 NAND-B 的输出为” 0” ，如真值表第二列。(3) 当 X=1、Y=0时，由于 Y=0导致 NAND-B 的输出为” 1” ，使得 NAND-1 的两个输入均为” ”1，因此 NAND-A 的输出为” 0” ，如真值表第三列。(4) 当 X=1、Y=1时，因为一个”1 不影响 NAND 门的输出，所以两个NAND 门的输出均不改变状态，如真值表第四列。管脚功能：1A 数据输入端 2A 数据输入端 3A 数据输入端 4A 数据输入端1B 数据输入端 2B 数据输入端 3B 数据输入端 4B 数据输入端1Y 数据输出端 2Y 数据输出端 3Y 数据输出端 4Y 数据输出端VDD 电源正 VSS 地VDD 电压范围： 0.5V to 18 3 总结与心得体会经过两周的努力， 我终于完成了传感器课程设计路灯自动控制系统的设计及制作。通过不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验，已经初步掌握了传感器的应用技术，传感器件的理论知识非常重要，它给我们提供了实践的基础，在理论知识中我们学习了各种传感器元件原理及其功能，这些在我们设计电路时都是必不可少的东西。现如今的社会飞速发展，各类电子产品更新换代也越来越频繁这些都要求我们要牢牢地掌握我们所学习的专业知识，并且懂得如何去应用。通过此次课程设计，我深刻的体会到传感器技术对当代社会发展的重要作用。经过这次课程设计，我学到了很多东西，学会了严密的思考、设想及怎样把计划精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 6 页课 程 设 计 报 告 书第 6 页 共 6 页付诸于实际行动之中。社会的不断发展、电子产品的不断发展和更替使我认识到我现在所学的知识还远远不够，在实际操作应用中有些问题还不能解决，缺少很多有实际运用价值的知识储备，缺乏应有的动手解决实际问题的能力，缺乏些高效利用及筛选大量资料的能力，所以我要再今后的学习中更加努力，学好自己的专业知识来充实自己，并提升自己的实际操作能力来适应日新月异的现代社会。在这次课程设计中，我学会了如何利用网络资源，学会了怎么看电路图，读电路图，这些都使我受益匪浅，并为我以后的学习和工作积累了丰富的经验。课程设计给我们提供了非常好的学习平台，我们可以利用它来检验我们所学的成果，也可以从中发现自己身上的不足之处，以此来提高自己的学习能力。设计过程中同样也会遇到许多未学习过的，通过查阅资料可以了解，在这过程中有可以丰富我们的知识，做课程设计对我们来说是百利而无一害的。因此，我们要珍惜每一次的时机。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 6 页
