南昌航空大学课程设计论文路灯开关模拟电路设计报告 学 号： 姓 名： 院 系： 测试与光电工程学院 专 业： 测控技术与仪器 指导教师： 中文摘要：路灯开关模拟电路 摘要：NE555触发器、CD4011、三极管与继电器是实践中常用的几个元件。本次课设实验是关于路灯的开关模拟，其核心是由继电器、光敏元件、放大器组成，外加电源、发光管组构成模拟电路。其间运用到了触发器NE555、模拟电子技术中三极管与芯片CD4011组成的多级放大电路。主要用于安装在公共场所或道路两旁的路灯，因通常希望路灯随日照光强度的变化而自动开启和关断，这样既满足行人的需要，又能节电。关键词：NE555 CD4011 三极管 继电器 英文摘要：Lights Switch Analog Circuits Student name : Ziqi Zhang Class : 10081437 Supervisor : Xinhong JinAbstract:NE555 triggers, CD4011, a transistor and a relay is one of several components commonly used in practice. This course is designed to switch on the lights of the simulation, its core is composed of the relay, a photosensitive element, amplifier, external power supply, a luminous tube group composed of analog circuit. It used to trigger NE555, simulation of multistage amplifier transistor and chip electronic technology CD4011. It is mainly used for installation in a public place or the road on both sides of the street lamp, street lamp because we often want to change with the sunshine light intensity automatically turned on and off, so as to meet the needs of pedestrian, but also can save power.Keywords: NE555 CD4011 transistor relay南昌航空大学课程设计论文目 录前言11 设计任务与要求1.1 设计任务11.2 设计要求12 方案设计与论证2.1 系统原理框图22. 2 主要电路设计与参数32.2.1 元件明细32.2.2 主要元件介绍32.3 总体电路图72.4 仿真实验72.4.1 Proteus软件介绍72.4.2 利用Proteus仿真82.4.3 仿真调试102.4.4 仿真结果103 电路的安装调试与故障分析3.1 电路安装103.2 调试过程113.3 故障分析124 实验结果125 心得体会136 致谢137 参考文献14附录14前言 随着能源问题越来越引起人们的重视，节能已经成为生产应用中不可忽视的一方面。了解常用路灯控制的各种方法，及各自的优缺点，通过互相的比较，确定设计方案，并对所用传感器进行选型，同时加以电路的设计与分析，完成设计任务。下面分别对路灯控制器的原理，路灯控制器中用到的主要元件以及在电路中的作用分析。1 设计任务与要求1.1设计任务 （1）学习运放放大电路的识别与测试与偏置技术； （2）研究秒脉冲信号发生电路、稳压电流源特性和设计方法； （3）掌握路灯开关电路的结构、原理与设计方法； （4）培养良好的职业道德、组织与协调和善于与他人合作共事的能力。 （5）锻炼勇于创新和抗挫折的能力。1.2设计要求采用分立元件设计一路灯自动控制开关模拟电路，用光敏传感器实现自控。要求： （1）在天黑时自动点亮路灯，红绿两组灯都亮。 （2）后半夜行人稀少，路灯关掉一半。红色发光管灭，剩下绿色发光管亮。 （3）第二天清早路灯全部关闭。红绿两组灯都灭。2 方案设计与论证2.1系统原理框图原理框图：亮暗RG大RG小继电器常开继电器闭合灯不亮灯亮NE555控制半夜红灭绿亮图2.1.1 系统原理图原理介绍：（1） 白天RG受光照，阻值很小，VRG电位很低，既CD4011的1、2脚为低电平，3脚为高电平，4脚为低电平，10脚为高电平，因此，11脚为低电平，三极管9013截止，继电器K1的线圈无电流流过，常开触点处于断开状态，绿色发光二极管无电处于关闭状态。10脚突变为高电平的同时，有一正脉冲输入555时基集成电路的2脚，3脚则输出低电平，K2处于释放状态，红色发光二极管没有电源电压处于关闭状态。（2） 晚上天色渐暗，RG阻值变大，VRG电压升高，CD4011的1、2脚为高电平，3脚为低电平，4脚为高电平，10脚为低电平，11脚为高电平，三极管9013导通，继电器K1的线圈有电流流过，吸合，常开触点闭合，绿色发光二极管亮。10脚突变为低电平的同时，有一负脉冲输入555时基集成电路的2脚，3脚则输出高电平，K2得电吸合状态，红色发光二极管电源接通，开始工作。（3） 后半夜：当555的2脚获得负脉冲，红色发光二极管开始发光的同时，555的6、7脚上连接的充电电容C4开始充电，约为6秒（模拟6小时）VC4的充电电压大于VDD，则555三脚变为低电平，K2线圈失电，其常开触点断开使红色发光二极管失电灭（模拟后半夜隔盏关灯）。（4） 早晨：白天的亮度使得光敏电阻阻值减小，VRG变为低电平三极管9013截止，绿色发光二极管失电不亮，与此同时555脚获得正脉冲，其3脚依然维持低电平，K2继续失电，处于释放状态，红色发光二极管依然处于灭状态，即所有灯在白天都是灭的。2.2主要电路设计与参数2.2.1元件明细：市电交流220V经熔断丝（F）给电源变压器（B）供电，B为降压变压器，其次级的交流电压约为15V，再经VD1VDA4组成的桥式整流电路整流、电容器C1滤波，7812稳压给电路提供12V直流电压。R1，VD5组成12V输出指示器，RG为光敏电阻，调节R2的阻值能改变RG的取样电压。四运放LM324分别接成四个反向9(放大)器，9013推动电池继电器K1，K1的常开触点接绿色发光二极管（模拟高压汞灯）。IC555电路组成定时电路，定时时间长短由R4、C4定时元件决定，C3为触发信号的耦合电容器，电磁继电器K2的常开触点接红色发光二极管（模拟高压钠灯）。VD25是稳压管稳压值约3V，R5的为VD25的降压，限流电阻。C6、C7分别为电磁继电器K2、K1线圈的保护电容器。2.2.2主要元件介绍：（1） NE555触发器NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。由NE555构成的多谐振振荡器，接通电源后，电容C1被充电，VC上升。当VC上升到2/3VCC时，触发器被复位，此时V0为低电平。电容C通过R2和T放电，使VC下降，当下降至1/3 VCC时，触发器又被置位，V0翻转为高电平。当C放电结束时，VCC将通过R2和R3向电容器充电，VC由1/3VCC上升到2/3VCC。当VC上升到2/3VCC时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为：f=1.43/(R3+2R2)C。按理论这里我们应选择R2=68K，C=10uf，R3=7K。然而实际电路中却无法输出频率为1Hz的秒脉冲，只能如图取R3=100，R2=1.8K，C1=100n，C2=10u达到要求。图2.2.2.1 NE555内部功能图及引脚图图2.2.2.2秒脉冲发生电路（2） 电磁继电器图2.2.2.3电磁继电器工作原理图电磁继电器一般由 电磁铁,衔铁,弹簧片，触点 等组成的，其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成。电磁继电器还可以实现远距离控制和自动化控制。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。（3） CD4011 图2.2.2.4 CD4001的工作原理图或非逻辑的真值表ABY001010100110 图2.2.2.5 真值表图2.3总体电路图RG图2.3.1 总体电路图元件型号、参数：NE555，绿色发光灯，红色发光灯，4个2K电阻，1个3K电阻，2个50K的变阻器，电解电容4个，参数为470uF、220uF、10uF（2个），CD4011，2个T73（12VDC）继电器，光敏电阻RG，电容0.01uF，9012型PNP管，9013型NPN管，导线若干。2.4仿真实验：2.4.1Proteus软件介绍：Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路。该软件的特点是： 1.实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 2.支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、ARM