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根据Multisim声光控路灯控制管理系统设计与仿真

时间：2023-10-04 21:49:48   作者: 解决方案

  依照Multisim的声光控路灯控制系统模块设计与仿真 依照Multisim的声光控路灯控制管理系统设计与仿真 依照Multisim的声光控路灯控制系统模块设计与仿真 信息工程学院 课程设计报告书 题目 : 基于 Multisim 的声光控路灯控制管理系统设计与仿真 课 程：电子线路课程设计 专 业：电气工程及其自动化 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： _ 2015年01月06日 _ 信息工程学院课程设计任务书 学 号 学生姓名 专业（班级） 设计题目 基于 Multisim 的声光控路灯控制系统模块设计与仿线k Ω ；100k Ω 2 ．电位器： 5k Ω ；200k Ω 3 ．电容： 100uF ； 1uF ；0.1uF ；47uF （电解电容） 4 ．二极管： 1N1202 设 5 ．稳压管： 5V 计 ．发光二极管 技 7 ．三极管： 2N1711 术 ．咪头 参 ．热敏电阻 数 10 ．桥堆： W08 11 ．集成芯片： LM324 ； 74LS08 ； LM317 12 ． 14 脚芯片插槽 ．电磁继电开关 光照度强（白天）路灯不点亮，光照度暗（夜晚）路灯可由声音控制；有声 设 计 音是路灯点亮否则不点亮。 要 求2 ．设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出合用原理电路图。 3 ．自拟实验方法、 步骤及数据表格， 提出测试所需仪器及元器件的规格、 数量。 _ [1 ］童诗白 .模拟电子技术基础（第四版） [M]. 北京：高等教育初版社， 2006 [2 ］高吉祥 .电子技术基础实验与课程设计 [M]. 北京：电子工业初版社， 2002 [3] 邱关源 .电路（第五版） [M]. 北京：高等教育初版社， 2006 参 [4] 华成英 .模拟电子技术基本教程 （初版） [M]. 北京：清华大学初版社， 2007 考 [5 ］谢自美 《电子线路设计·实验·测试》（第三版）华中科技大学初版社 资 [6 ］孙梅生，李美莺，徐振英  《 电子技术基础课程设计》  高等教育初版社 料 [7 ］梁宗善  《电子技术基础课程设计》  华中理工大学初版社 [8 ］张玉璞，李庆常  《电子技术课程设计》  北京理工大学初版社 [9 ］彭介华  《电子技术课程设计指导》  高等教育初版社 2015 年01 月06日 _ 学生姓名： 学号： 专业（班级）： 课程设计题目： 基于 Multisim 的声光控路灯控制管理系统设计与仿真 _ 成绩： 指导教师： 年 月 日 信息工程学院课程设计成绩评定表 _ 大纲 现在，在公共场所和公共楼道中， 灯光长时间量着的现象是十分的宽泛， 这给社会造成 了极大的能源浪费。 另一方面， 由于频频开关也许人为因素， 墙壁开关的损坏率很高， 增大 了维修量、 浪费了资本。 声光控路灯则无这种问题。 针对目前社会上很多地方使用长明灯照 明，不能够实现灯光的照理智能化造成电能的巨大浪费。 为响应科学减排和节能科学发展的号 召而设计了声光控路灯控制系统。 本系统利用自制直流稳压电源供电， 依照光敏电阻的阻值变化判断光辉强弱， 用咪头测 声音信号， LM324 对信号进行放大和组成比较电路。 由 74LS08D 的与门， 实现对信号的 精选， 从而对开关部发散出开启或关闭的信号。 继电器控制驱动灯泡，由 RC 充放电路 进行延时。 经过对外界信号的选择， 声光控路灯实现自动控制灯亮。 仅当光辉较暗而且有声 响时，路灯才会自动点亮，并延时 20 秒左右熄灭。此系统能很好的控制路灯的亮灭，即 在有声音和无光情况下灯亮，其他情况下灯灭，从而达到节能的收效。 声光控路灯控制器能够自动实现人来灯亮， 人走灯灭， 既方便又合用。 不但节约了电能， 而且能延长灯泡的使用寿命。 可宽泛应用于楼梯， 走廊，卫生间及生活小区等公共场所的照 明控制。词控制器经济合用，即使一般的脚步声也能使灯泡发光照明。 要点字 ：声光控制； LM324 ； 继电器； 延时 _ _ Abstract Now, in public places and public corridor, light long time measured by the phenomenon is very common, which caused a great waste of energy to the society. On the other hand, due to frequent switching or man-made factors, the damage to the wall switch rate is very high, increasing the amount of repair, waste of funds. Sound and light control of street lamp is not the problem. In view of the present society many places use pilot lamp lighting, can not realize intelligent lighting lighting caused a huge waste of energy. In response to the science and energy-saving emission reduction of scientific development to design the sound and light control of street lamp control system. Homemade DC stabilized voltage power supply by using this system, according to the photosensitive resistor change to determine the light intensity, measured voice signal by microphone, LM324 for signal amplification and comparison circuit. By 74LS08D and gate, screening of signal, which sends a signal to open or close to the switch part. Relay control driver bulb, for delay by the RC charging and discharging circuit. To the outside world through the selection of signal, sound and light control of street lamp realizes the automatic control of light. Only when the light is dark and sound, lights will automatically light up, and delay 20 seconds out. This system can control the lamp good light out, with sound and light circumstances lights, in other cases the lamp, so as to achieve the effect of saving energy. _ The sound and light control of street lamp controller can automatically realize people to light, people walk lamp, convenient and practical. Not only the electric energy saving, but also can prolong the service life of the bulb.  Can be widely applied to the stairs, corridors, bathrooms lighting control and living area and other public places. Word controller is economical and practical, even  the  generals footsteps can light the bulb, lighting. Keywords : light control; LM324; relay; delay _ 目 录 大纲 ........................................................................................................................................................ 7 要点字 ............................................................................................................................................ 7 Abstract ................................................................................................................................................ 9 Keywords ................................................................................................................................... 10 1 前言 .................................................................................................................................................. 12 2 设计任务 .......................................................................................................................................... 14 2.1 设计任务及要求 ................................................................................................................. 14 3 系统组成及工作原理 ..................................................................................................................... 16 3.1 整体设计思路 ...................................................................................................................... 16 3.2 电路各模块设计简介 ......................................................................................................... 17 4 系统中电源模块的设计 ................................................................................................................. 21 4.1 方案比较和确定 ................................................................................................................. 21 4.2 设计思路 .............................................................................................................................. 22 4.3 直流稳压电源原理 ............................................................................................................. 23 4.4 参数选择 .............................................................................................................................. 24 4.5 仿真图 .................................................................................................................................. 27 5 电源电路和系统的调试 ................................................................................................................. 29 5.1 电路的焊接 ..........................................................................................................................29 _ 5.2 电路的调试 30 5.3 系统调试 30 总结 31 致 谢 33 参照文件 35 附件一 37 前言 随着科学技术的发展以及人们对节能意识的加强， 公共场所照明控制手段也将渐渐更 新， 除现在已有的声光控开关外， 还有微波感觉开关和热释远红外感觉开关。目前，微波 _ 感觉开关的抗搅乱性能尚不理想， 红外感觉开关在性能上较为理想， 但安装复杂， 比较娇气， 价格也偏高， 比较适合在一些管理完满的场所如旅店、 大饭店楼道及家庭走廊应用， 在一般 住处楼、办公楼道等场所的照明控制考虑到价格、管理及安装方便等因素，依照我国国情， 能够预计在相当一段时期内，声光控路灯将是首选的主流产品。 本次课题是声光控路灯控制系统模块设计， 此控路灯系统的设计采用模块化结构， 主要有声 控电路，光控电路，延时电路，电源电路及其他电路。在设计此控制管理系统时，采用模块化的 设计思想，使设计起来更加简单、简单、条理清楚。同时调试起来也更简单：能够先将各个 板块单独进行调试， 再汇总。 这样能够防备由于某个单一板块做不出来而使整个系统的设计 进度无法连续。 此电路是经过对外界信号的选择而使灯泡亮的功能。 利用自制直流稳压电源供电，根 据光敏电阻的阻值变化判断光辉强弱，用线 对信号进行放大，和构 成比较电路， 继电器控制驱动灯泡。 当有较强光时无论有无声音都不会亮， 无光或光很暗时 有声音会亮，无声音则不亮，延时时间是 20 秒。该声光控路灯初步评测使用还比较方便， 应用也相比较较宽泛。 该电路可应用于商品房、 公司等走道上， 能满足这些特定场合的需要， 拥有宽泛的应用价值。 _ 设计任务 2.1 设计任务及要求 ①光照度强（白天）路灯不点亮，光照度暗（夜晚）路灯可由声音控制。 _ ②有声音是路灯点亮否则不点亮。 2．设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出合用原理电路图。 3．自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量。 _ 系统组成及工作原理 3.1 整体设计思路 声光控路灯主若是依照光控原理和声控原理来设计的。 利用光控电路能够依照光辉的亮 暗条件控制灯的使用。 光控电路是由光敏电阻和一般电阻组成。 声控电路是为完满光控路灯 _ 而设计。在不同样时段、不同样的地址使用灯的机率也不同样， 声控可进一步节约能源。 整个电路 由电源电路，声控电路，光控电路及延时电路等部分组成。 电源由电网供电电压交流 220V( 有效值 )50Hz ，经降压整流后输出电路所需电压。 光控电路对外界光明程度进行检测， 输出与光电程度相对应的电压信号。 从而实现白天灯泡不亮夜晚遇到声响时， 经过声控电路 使灯泡自动点亮， 声控电路主要将声音信号转变成电信号， 从而要实现自动控制， 延时电路 声音消失后延长一段光照时间。整体方框图如图 2.1 所示。 电源部分 光控部分 综合逻辑 开关和延时部分 声控部分 控制电路 图 2.1 声光控路灯原理结构方框图 3.2 电路各模块设计简介 1 ）光控电路 图 2.2 光控电路为光信号采集电路，负责给逻辑电路供给环境中光的信息。利用光敏 电阻对光的强度程不同样阻值特点，使电路输出与光电信号相对应的电压信号。从而实现光 控目的。 _ 图 2.2 光控电路 （2 ）声控电路 如图 2.3 声控电路为声音信号采集电路， 主要负责给逻辑电路供给环境中的声音信号。 光控的基础上， 经过咪头对声音的检测， 使电路输出与声音相对应的电压值。 经过逻辑电路， 在夜晚有人经过时路灯点亮并在声音消失后一段时间后熄灭。 图 2.3 声控电路 _ 3.2. 3  逻辑控制电路 如图  2.4  用于对声音及光信号的综合办理，运用  74LS08D  的与门，实现对信号  7 的 精选。 从而对开关部发散出开启或关闭的信号。  实现对光及声音信号的综合反响，  实现智 能省电。 图 2.4 逻辑控制电路 3.2. 4  延时电路 延时电路的作用是在灯亮此后延时 20S 尔后控制灯自动熄灭， 从而达到节约电能延长使用寿命的目的。如图 2.5 所示，由前一级电路输入激励，经过 RC 充放电达到延时的目 的。经过比较器输出的电压使三极管导通或截止，从而使继电器工作控制灯泡开关。 _ 2.5 延时电路 3.2. 5 电源电路 电源模块是声光控路灯系统中不能缺少的一部分，也是保证系统牢固安全工作的前提。 本次设计的电源电路如图 2.6 所示：电网供给交流电压 220V ，流经的变压器输入电路。 交流电压经过桥路， 使交流电压变成脉动的直流电压。 滤波电容 C3 使电压的脉动越小， 输 出电压平均值越大。 LM317 为可调式三端稳压器，在电网电压颠簸和负载变化时，利用自 身调整原理，使输出电压特别牢固。经过调治变阻器 R1 ，使 R3 与 R1 的比值改变从而达 到调治电压的目的。 _ 图 2.6 电源电路 系统中电源模块的设计 4.1 方案比较和确定 直流电源按原理分为线性电源和开关稳压电源两种， 线性电源经过改变调整元件控制信 号的强弱来调治其等效阻值，从而牢固输出电压。其特点是：纹波系数小，但效率低，一般 合用于小功率的电子电路。 开关型稳压电源经过改变开关管的导通时间， 获得牢固的电压输 出，其特点是纹波系数大，电磁兼容性差，效率高，过载能力强，一般合用于大功率也许要 求效率高的场合。 由于本实验只需要较小功率， 且对效率也无特别要求， 所以选择较为简单 的线性电源。 在线性稳压电路中， 有串通型稳压电路与集成线性稳压电路。 串通型稳压电路如图 3.1 所示， 它由调整管， 基准电压电路， 取样电路和比较放大电路组成。调整管的压降总与输出 电压的变化方向相反， 起着调整的作用； 而放大环节使电压负反响加深， 故调整的结果使 U0 的变化很小。 从理论上讲， 放大电路的放大倍数越大， 负反响越深， 输出电压的牢固性越好。 但是当负反响越强时， 可能产生自激振荡， 需消振才能正常工作。 集成稳压线 _ 所示，经整流滤波后的直流电压 Ui 接在输入端，在输出端即可获得牢固的输出电压 U0 。 Ci 用于抵消电感效应， C0 用于改进负载刹时响应。 RP1 与 R1 的比值改变能够调治输出 电压的值。图中所用到的集成稳压器是随半导体集成技术的发展应运而生的。拥有体积小， 可靠性高，使用灵便，温度特点好的优点。比较两个电路图，考虑到操作简单，技术要求等 问题，发现集成线性稳压电路更适合此设计。 图 3.1 串通型稳压电路图 图 3.2 集成线 ）电网供电电压交流 220V( 有效值 )50Hz ，要获得低压直流输出，第一必定采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。 （ 2 ）降压后的交流电压， 经过整流电路变成单向直流电， 但其幅度变化大 （即脉动大） 。 _ 3 ）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成圆滑， 脉动小的直流电， 立刻交流成份滤掉，保留其直流成份。 4 ）滤波后的直流电压，再经过稳压电路稳压，即可获得基本不受外界影响的牢固直流电压输出，供给负载 RL 。 4.3 直流稳压电源原理 直流稳压电源是一种将 220V 工频交流电变换成稳压输出的直流电压的装置， 它需要 变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图 3.3 图 3.3 直流稳压电源方框图 其中： 1 ）电源变压器： 是降压变压器， 它将电网 220V 交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。 2 ）整流电路：利用单导游电元件，把50Hz 的正弦交流电变换成脉动的直流电。可用 W08 桥堆。 3 ）滤波电路：能够将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而获得比较圆滑的直流电压。 4 ）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压牢固，不随交流电网电压和负载的 变化而变化。 _ 整流电路常采用二极管单相全波整流电路， 电路如图 3.4 所示。 在 u2 的正半周内， 二极管 D1 、 D2 导通， D3 、 D4 截止； u2 的负半周内， D3 、 D4 导通， D1 、 D2 截止。 正负半周内部都有电流流过的负载电阻 RL，且方向是一致的。 电路的输出波形如图 3.5 所 示。 图 3.4 整流电路 图 3.5 输出波形 在桥式整流电路中， 每个二极管都只在半个周期内导电， 所以流过每个二极管的平均电 流等于输出电流的平均值的一半。 在设计中， 常利用电容器两端的电压不能够突变和流过电感器的电流不能够突变的特点， 将 电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串通， 以达到使输出波形基本圆滑的目的。 稳压 电路可选集成三端稳压器电路。整体原理电路见图 3.6 。 图 3.6 稳压电路原理图 4.4 参数选择 （1 ）依照设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。 _ 由于要求输出电压可调， 所以选择三端可调式集成稳压器。 可调式集成稳压器， 常有 主要有 CW317 、 CW337 、 LM317 、 LM337 。317 系列稳压器输出连续可调的正电压， 可调范围为 1.2V~37V ，最大输出电流为 1.5A 。稳压内部含有过流、过热保护电路，拥有 安全可靠， 性能优异、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定 式集成稳压组成的可调电压稳压电源。 LM317 系列管脚图和典型电路如图 3.7. 图 3.7 LM317 管脚图与典型电路 输出电压表达式为： 式 中， 1.25 是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参照电压， 此电压加于 给定电阻 R1 两端，将产生一个恒定电流经过输出电压调治电位器 RP1 ，电阻 R1 常取值 200 ? ， RP1 取 5K?。 _ 由上式可得 U 在 1.25V~32.5V 之间 LM317 其特点参数：输出电压可调范围： 1.2V~37V 输出负载电流： 1.5A 输入与输出工作压差： 3~40V 能满足设计要求，所以采用 LM317 组成稳压电路 选择电源变压器确定副边电压 U 2: 电路中滤波电容承受的最高电压为 17V ，所以所选电容器的耐压应大于 17V 。 （ 4 ）抑高频电容 C0 的选择 _ 由于大容量电解电容有必然的绕制分布电感， 易引起自激震荡， 形成高频搅乱， 所以稳 压器的输入、 输出端常并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应， 控制高频搅乱。 一般电路 中接上 1uf 的电容即可。 4.5 仿真图 利用 Multisim 别滑到 0% 和 100% 输出电压为最小值  软件进行仿真，考虑到实质变阻器的调治，取两组数据。将变阻器分 ，分别记下两组数据的图形及数据。 图 3.8 为变阻器调到 0% 的时辰， 1.254V 。图 3.9 为变阻器调到 100% 的时辰，输出电压为最大值 32.962V  。 依照理论计算公式可知，  在变阻器调到  0% 的时辰，  理论值为  1.25V  ；在变 阻器调到  100%  的时辰，理论值为  32.5V  。仿真结果与理论计算特别凑近，所以该电源满 足设计需求。 _ 图 3.8 变阻器调到 0% 时 _ 图 3.9 变阻器调到 100% 时 电源电路和系统的调试 5.1 电路的焊接 应注意的事项： 1.先装矮后装高、先装小后装大、先装再焊等等； _ 布线尽量使电源线和地线凑近实验电路板的周边，以起必然的障蔽作用； 3. 最好分模块安装。其他焊接时不能够出现虚焊、假焊、漏焊，更不能够出现过焊， 由于有 些器件，不能够耐高温，比方焊接三极管时，电烙铁绝对不能够停留太久。 依照原理图焊接时必定要保证可靠接地。 5.2 电路的调试 电源电路的调试较为简单，接入  220V  ， 50HZ  的交变电流后，电源指示灯亮，  表示 接通。用万用表的红黑表笔分别接引出的输出导线，测量两端电压。将变阻器调到  100%  ， 则输出最小电压， 理论值是  1.25V,  仿线V  ，实质测得值为  1.12V  。将变阻器 调到  100%  ，理论上应输出  32.5V, 仿线V  ，实质测得值为  31.3V  。实质 值与理论值在可接受的误差范围内， 所以电源较为合格， 满足实验要求。 本实验中各模块所 需值为 7V,调治电位器同时看万用表的示数，调到输出值为 7V 的地址即可。 5.3 系统调试 将五个模块连接好， 附上电源。 用手遮住光敏电阻， 使光敏电阻接收不到光辉也许仅接 受很弱光辉，用手敲咪头 （由于库房限制，咪头对声音的敏感度不是很强， 所以用手直接在 上面敲制造声音） ，若是灯泡亮，且连续亮了 20 秒钟，则说明实验达到了预期收效。若 灯泡没有亮， 则用示波器逐个检测信号， 再检查可否存在虚焊的问题。 直到达到实验预期效 果。调试过程中若是发现电路不是怎么矫捷， 能够调治声音检测放大系统的电位器， 增加它 的矫捷度。 在调试电路开始， 灯泡素来不亮。 检查电板电路上的元件， 发现有块芯片烧坏了，换了 一块芯片。 连续调试还是存在问题， 电路出现了不牢固的状态，主若是灯时亮时不亮， 最后 _ 发现是由于电源线虚焊了以致电路的时好时坏，经过重新检查和焊接，问题的获得解决。 总结 声光控路灯控制管理系统是一种声音和光照双控照明灯， 它能够用于楼梯、 街道等经常有 路人却又不确准时候出现的场合。 与一般路灯不同样的是， 声光控路灯仅在光辉较暗而且有声 音的情况下才控制电路接通，使灯亮。从而达到人来灯亮，延长一小段时间后灯熄。所以比 无此控制管理系统的路灯更节能，使用寿命也相对较长。 本系统由五个部分组成。 电源部分经过对电网电压的整流滤波输出牢固的直流电压， 给 整个电路供电。 声控电路经过咪头检测到声音， 将声音的变化转变成电压的变化传给逻辑电 路。光控电路经过光敏电阻对光的强弱程呈不同样阻值而改变电路中的电压，传给逻辑电路。 声音信号和光信号经过与门的选择判断，决定对开关发出开启或关闭的信息。 若是开关开 启， 则延时电路经过 RC 充放电实现灯亮延时的收效。 由于此电路在光辉较暗时可否接 _ 通取决于声音的强弱， 所认为加强其工作效应，设计了信号放大整形电路，稍微的信号经 过此电路加工也能使开关工作。  本次设计整体上达到了预期的收效，  在用手遮住光敏电阻同 时对咪头恩赐声音刺激，灯亮，而且延时了  20 秒。 本次设计电路结构简单， 既可及时照明又可节约电力。 其合用范围广， 而且常规使用的寿命长， 既减少了维修量也省了资本，很符合今世倡议的节能看法。展望未来的照明市场， 节能照 明电器的需求有着大幅增加的趋势， 所以声光控路灯的潜力很大。 _ 致 谢 在本次课程设计过程中， 感谢我的学校，给了我学习的机遇，在学习中， 杨老师恩赐了 认真的指导， 提出了很多难得的建议与建议， 老师以其慎重求实的治学态度、 高度的敬业精 神、脚扎实地、孜孜以求的工作作风和英勇创新的进步精神对我产生重要影响。 他渊博的知识、广阔的视野和敏锐的思想给了我深深的启迪。经过两周的努力 ,在老师 和同学的指导和帮助下 ,我完成了此次设计经过此次课程设计，我再一次认识到了自学的重 要性。 在仿真设计的过程中，我发现了很多细节性的问题，也出现了很多错误，经过和同学 们研究、商讨最后都解决，感觉团队协作能力是特别有必要的。经过此次设计，让我对以前 所学习的电力电子和 multisim 知识有了更深刻的认识，我认为此次设计让我更牢固了所 学的知识并在设计的过程中得以运用，战胜了做设计过程中的困难，让我受益匪浅。 感谢所有授我以业的老师， 没有这些年知识的积淀， 我没这么大的动力和信心完成这 _ 篇论文。感恩之余，诚意地请老师对我的论文多加责怪指正， 使我及时完满论文的不足之处。 谨以此致谢，最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行批阅的老师表示衷心的感谢。 _ 参照文件 [1 ］童诗白 .模拟电子技术基础（第四版） [M]. 北京：高等教育初版社， 2006 [2 ］高吉祥 .电子技术基础实验与课程设计 [M]. 北京：电子工业初版社， 2002 邱关源 .电路（第五版） [M]. 北京：高等教育初版社， 2006 [4] 华成英 .模拟电子技术基本教程 （初版） [M]. 北京：清华大学初版社， 2007 [5 ］谢自美 《电子线路设计·实验·测试》（第三版）华中科技大学初版社 [6 ］孙梅生，李美莺，徐振英 《 电子技术基础课程设计》 高等教育初版社 [7 ］梁宗善 《电子技术基础课程设计》 华中理工大学初版社 [8 ］张玉璞，李庆常 《电子技术课程设计》 北京理工大学初版社 [9 ］彭介华 《电子技术课程设计指导》 高等教育初版社 _ _ 附件一 ： 总原理图 _

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