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1、题目： 路灯控制器电路设计 指导教师： 职称: 学生姓名： 学号： 专 业： 完成时间： 2013年5月 2013年5月20日 目录摘要1Abstract11.1 路灯控制器简介21.2 路灯控制器特点及应用21.3 选题依据21.4 设计目标和内容32. 选题背景42.1设计要求42.2指导思想42.3 方案一：模拟电路与数字电路组合42.4 方案二：模拟电路与可编程逻辑器件（FPGA）组合52.5方案说明63 电路的设计与分析73.1电路的原理框图73.2多谐震荡电路的设计与分析73.4 计数电路的设计与分析124.电路的调试与分析144.1调试使用的仪器144.2电路的调试146.总结1
2、76.1设计体会176.2改进提高18致 谢19附录一 元器件清单20附录二 电路原理图21参考文献23秒计数程序25统计路灯开启次数程序26译码程序27第 27 页摘要在当今社会中，人们已习惯于早出晚归，所以路灯的控制成为一个需要考虑的问题。本课程设计的任务就是设计一个路灯控制器，要实现的功能是当处于暗环境下（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）。该电路的设计主要分为三个模块：路灯的控制、显示灯亮的持续时间、显示灯亮的次数，每个模块会分别用到不同的集
3、成芯片（其中包括NE555、74LS48、74LS160）和一些常用的电子元件(光敏开光，电阻，电容，滑动变阻器等)。关键词：路灯控制；74LS160；74LS48；555定时器AbstractIn modern society，people have been used to work hard. So the control of workthe streetlight becomes a problem which is needed to be thought about. The course designing is to design a streetlight controll
4、ing. The function excepted to be achieved is that when in dark environments it can automatically turn on, when in the bright environments can automatically turn off. It can record the number of the lighting. It can also add up the time of the lighting. It divides into 3 parts: the control of the str
5、eetlight ;record the number; add up the time. Of course , different part use different integration chip (includingNE555、74LS48、74LS160 ) and some electronic components ( electric resistance, electric capacity and so on).Keywords:the control of the streetlight; 74LS160；74LS48；NE5551.路灯控制器1.1 路灯控制器简介
6、随着社会的发展，城市人口的不断增加，城市建设规模的扩大化。为完善城市的基础设施建设和谐、安全的城市人居环境、美化城市，路灯控制器的设计要求不断提高。现在市场上生产路灯控制器的生产厂家众多，控制器功能齐全，智能化程度比较高，路灯控制器的类型也层也不穷。例如，路灯太阳能控制器、智能路灯节能控制柜、路灯节电控制柜、路灯节能电器等一系列的路灯控制器。路灯控制器集电磁技术、智能化控制技术、数据控制技术于一体，在可控和平缓的方式下智能调节，路灯控制器实现公共照明系统的工作电流与亮度需求的理想结合，达到节电和优化供电目的，路灯控制器节能率可高达20%-40%，对用电系统的保护作用可使其寿命延长3-4倍。路灯
7、控制器主要采用优质、高性能元器件，且极少运用活动的元器件，保证了极高的产品工作安全性，因而确保为用户单位提供更安全、可靠和更优性能的产品服务。路灯控制器现有两种类型，室内型：安装在室内照明控制柜下端；户外型：可按照用户要求进行安装，放置在不锈钢的机柜里。其中光控型路灯控制器广泛应用于城市建设，光控型路灯控制器都开启和关闭都是通过采集自然光强弱的变化转化成电压电流的变化控制路灯的亮灭，具有自动控制的功能，能最大效率的节约电能而且在恰当时候开启，给行人提供方便。1.2 路灯控制器特点及应用现代路灯控制器具有的特点：采用先进的微处理芯片，高可靠性、误差小、低成本、稳定性强，具有断电数据保存，时钟不间
8、断工作，无需更换电池，维持时钟运行十年以上；采用数码管准确显示路灯一次连续开启的时间和路灯总共的开启次数；抗干扰能力强，能抵御从电网直接输入幅值达250伏的干扰脉冲；大功率继电器输出，可接220伏或380伏接触器，控制稳定，使用寿命长，体积小，安装简单。路灯控制器广泛应用于道路、高速公路、桥梁、隧道、园林、码头、观光景灯、广告灯箱等公共照明环境；路灯控制器适用的灯具类型：高压钠灯、低压钠灯、金属卤化物灯、高压汞灯、荧光灯等所有气体放电式照明灯具。1.3 选题依据路灯控制器的设计与制作从理论意义来说可以将本人所学的知识系统的联系起来形成一条主线，选择此题目可以复习模拟电子技术、数字电路技术、ED
9、A技术、单片机技术、可编程逻辑器件等相关知识的作用；本次设计我采用模拟电路和软件编程相结合的方法完成本次设计的任务和要求，我们生活当中的消费类电子产品现在很多都是半智能或全智能化，而且实现电子产品智能化很多都是在程序为主要实现方法，例如，采用汇编程序，C程序，VHDL语言等编写程序，可以在很大程度上节约成本，提高产品的智能化程度。设计要求采集自然光照控制路灯的开启和停止，这不但能实现自动化控制而且还能合理利用电能，实现资源的优化配制，且对我本人而言设计难易程度适中。从实际来说，路灯控制器在我们的生活中应用十分广泛，尤其在街道两旁，当我们在夜晚狂街时路灯发挥着具大的作用，为行人提供方便，同时也使
10、城市的夜景别具特色，远望去到处是灯火辉煌，在现代生活中随着人民生活水平的提高，路灯控制器的设计要求和技术含量也不断提高，所以选择控制器的设计与制作可以培养本人的设计思维，调动学习积极性，实践过程中可以起到练习故障查找、处里能力，练习焊接技术。1.4 设计目标和内容利用模拟电路和现场可编程门阵列（FPGA）设计制作路灯控制器，开发平台对时、分、秒、分频、计数、动态扫描显示各模块进行编程和仿真验证，路灯控制器的设计与制作分两个部分：采光控制部分和计数（包括路灯当前一次的连续开启时间和路灯的开启次数的计数）显示输出部分。然后在将两部分整合在一起就完成路灯控制器的设计，通过采光、光电转换控制部分输入控
11、制信号，计数显示输出部分就能正确显示当前的控制状态和输出状态。又能自动点亮。开启和关断的日照光照度根据用户要求进行调节，可选用一个白炽灯或发光二极管作光源。2. 选题背景2.1设计要求 1.当日照光亮到一定程度时使灯自动熄灭，而日照光暗到一定程度时自动点亮。 2.设计计时电路，用数码管显示路灯当前一次的连续开启时间。 3.设计计数显示电路，统计路灯的开启次数。2.2指导思想本设计采用74LS160、74LS48、555等芯片来完成路灯亮暗控制与所需要的数字逻辑显示功能（在七段数码管上按规律显示特定的数字）。本设计具有逻辑清晰、设计巧妙等特点，能很好的符合课程设计的要求。2.3 方案一：模拟电路
12、与数字电路组合模拟电路部分包括直流稳压电源、光电转换、小信号放大、三极管开关电路，直流稳压电源又包括降压、整流、滤波、稳压四部分，即可得到直流稳定12V电压；数字电路主要有秒肪冲、计数、译码七段数码管显示。利用模拟电路提供12V直流稳定电压，完成采光和小信号放大并产生控制信号控制继电器的吸合，三极管的开关产生脉冲信号和使能信号；数字电路负责显示路灯当前一次的连续开启时间和统计路灯的开启次数。模拟电路部分用到的元件及作用：三极管9013用于小信号放大和开关，光敏电阻完成光电轮换，普通碳膜电阻根据三极管需要提供适当的偏置电压和隔离、保护作用，继电器在开关三极管的控制下用于接通和断开路灯回路。数字部
13、分用到的元件：555定时器，74LS160计数器、74LS48译码器、七段显示数码管，其中555定时器产生秒脉冲，用于驱动74LS161计数，74LS48负责译码将74LS161计数的4位二进数译码成7位二进制以驱动七段数码管正常工作。模拟电路与数字电路组合总体看来具有设计思路清晰、价格成本低、稳定性高、易现实，但电路结构相对复杂，需要购买许多电子元件和集成块，整体电路调试困难。设计框图如图2-1所示：直流稳压电源220V光电转换三极管开关控制小信号放大译码计数秒脉冲冲数码管路灯继电器模拟电路图2-12.4 方案二：模拟电路与可编程逻辑器件（FPGA）组合方案二中模拟电路部分和方案一完全相同，
14、在此不在赘述，重点介绍FPGA器件的设计部分，目前FPGA主要有ALTERA公司的ACEX、MAX系列、XILINX的_4系列等，其中ALTERA公司的ACEX系列FPGA在教学中用得较多；FPGA采用了逻辑单元阵列LCA内部包括可配置逻辑模块CLB、输出输入模块IOB和内部连线三个部分。FPGA的编程无须专用的FPGA 编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，FPGA的使用非常灵活，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。在本次设计中FPGA采用的是ALTERA公司MAX II系列EPM240T100C5N开发板，开发板内部是人为将实际需要的电路功能用VHDL语言语法描述出来，然后能过下载线将程序下载到芯片内部，程序的主要任务是负责完成路灯当前一次的连续开启时间的记录和统计路灯的开启次数，完成这一功能将是由不同功能的程序模块组合在一起。在满足芯片正常工作的外部件后，当控制端的使能信号来时芯片执行内部程序并将执行程序的结果从芯片的输出端口输出，驱动后序电路工作。方案二除模拟电路和方案一相同外还具有自身的特点：此方案采用EPM240T100C5N开发板代替方案一
