《路灯控制器的设计与制作毕业设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《路灯控制器的设计与制作毕业设计（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、路灯控制器的设计与制作学生：XXX 指导教师：XXX内容摘要：本次主要介绍模拟电路与现场可编程逻辑器件FPGA组合完成路灯控制器设计与制作的思路和具体方法，还简要介绍路灯控制器当前的发展现状、功能及其应用场合，附带介绍路灯控制器设计与制作的其它两种方案即模拟电路与数字电路组合、模拟电路与单片机组合。但本文侧重于介绍各单元电路的设计和各程序模块的编写以及设计中所使用到的特殊器件的介绍和使用方法。其中程序编辑编译和波形仿真是借助Quartus 软件完成，单元电路仿真。Multisim7仿真软件完成，本次设计采用模拟电路与现场可编程逻辑器件FPGA组合具有简化整体设计，提高整体电路的稳定性和可靠性，
2、易实现设计要求等优点，缺点是购买开发板的成本较高。 关键词：模拟电路 FPGA Quartus 路灯控制器Street light controller design and productionAbstract: This paper mainly introduces the analog circuits and field programmable logic devices FPGA combination complete street light controller design and manufacture of the ideas and specific methods
3、, a brief introduction to the current situation of the development of the street light controller, function and its applications, introduce street light controller with design and production of the other two schemes that analog and digital circuit combination, analog circuits and single-chip microco
4、mputer combination. But this article focus on the introduction of each unit circuit design and each program module and design of the writing of the use of the special device is introduced and using method. One program edits compile and waveform simulation is Quartus by software, unit circuit simulat
5、ion. Multisim7 simulation software, this design USES the analog circuits and field programmable logic devices FPGA combination has simplified the overall design, improve the stability and reliability of the whole circuit, easy to realize the design requirements and other advantages, disadvantages is
6、 to buy high cost development board.Keywords: analog circuits FPGA Quartus street light controller.目 录前言11 选题及前期调研11.1 路灯控制器简介11.2 路灯控制器特点及应用11.3 选题依据11.4 设计目标和内容12 方案选择与论证12.1 方案一：模拟电路与数字电路组合12.2 方案二：模拟电路与可编程逻辑器件组合22.3 方案三：模拟电路与单片机组合32.4 VHDL语言及Quartus 软件简介42.4.1 VHDL语言简介42.4.2 Quartus 软件简介52.5 数码管
7、和EDA实验箱简介62.5.1 数码管简介62.5.2 EDA实验箱简介63 总体方案设计和单元模块设计63.1 总体系统结构图63.2 单元模块设计73.2.1 直流稳压电源模块73.2.2 三端稳压器介绍83.2.3 三极管小信号放大电路模块83.2.4 三极管开关电路及控制电路模块93.2.5 电磁式继电器介绍104 结束语12附 录13参考文献142路灯控制器设计制作前言 伴随着科学技术的发展，人类社会的进步。越来越多的电子产品不断涌现，而且电子产品的体积越来越小。并且功能大，效率高，能耗低。我们设计的产品充分体现了这个特点。设计中我们运用了专业知识，内置AD转化，并且能够输出PWM信
8、号，使外部电路简单；运用DS1302时钟芯片保证了时间的实时显示，还运用了NE555构成的多谐振荡器与红外发射二极管外设电路；显示电路我们采用1602液晶显示屏，是我的设计更加人性化。并且在我们的设计制作中充分考虑了环保的问题，我们运用的辅助器件就是剩下的废料。1 选题及前期调研1.1 路灯控制器简介随着社会的发展，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
9、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
10、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市政道路、高速公路、桥梁
11、、隧道、园林、码头、观光景灯、体育广场、游乐场所、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、EDA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
12、，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
13、可编程门阵列（FPGA）设计制作路灯控制器，并使用Quartus 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。2 方案选择与论证2.1 方案一：模拟电路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
14、；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
15、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2.1-1所示：译码计数秒脉冲冲直流稳压电源光电转换小信号放大三极管开关控制继电器路灯数码管 220V图2.1-1 设计框图2.2 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，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Virtex_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F
