毕业论文：校园路灯智能控制系统设计

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1、 2011届专科生毕业设计（论文） 毕 业 论 文 （设 计）题目：校园路灯智能控制系统设计学生学号：作者姓名：指导教师：完成日期： 系 电气自动化 专业08自动化（2）班摘 要校园智能路灯是为在满足需求的情况下节约能源而设计的，其中最重要的问题是设计有合理的控制系统，要有足够敏捷的应变能力。全国各地高校为电力方面支付了高额的费用，原因有很多，主要是由于设计或管理不够合理浪费了很多的电力资源，还有就是现有的照明设备没有做到很好的规划。在理论研究和实地考察实验的基础上，对校园智能路灯进行了实时在线巡回监测与控制系统的设计和研制。在不影响路灯正常工作的情况下对其进行节能研究有着重要的意义，从各个可

2、以节能的角度，且在设备成本不能过高的前提下设计出符合实际的智能控制系统。探讨在线测量，思考和计算设计控制系统当中要运用到的理念与数据，基本做到了“按需控制”的目的，节约电力资源和保护路灯。减少了“全夜灯”、“后夜灯”、电灯在后半夜的高电压状态下工作的情况，这样不仅节约了电能资源，而且还保护了电灯，延长了其使用寿命。正目前,学校路灯有些是全夜灯也有些是后夜灯,基本上是人工控制,劳动强度大,繁琐,由于工作人员开启或关闭路灯不及时,造成不方便路人与浪费用电的现象时有发生,于是,设计并研制性能价格比较高的校园智能路灯控制系统很有必要。由于校园路灯分布范围很宽、很广，校园各条道上路灯的监控和管理并不是那

3、么的容易，基于传感器能及时响应和软件的基础上，根据外界的条件感应器会有相应的动作，由每个路灯中的传感器将准确数据通过有线数传输模块发送给控制模块，控制模块再根据要求作出相应的响应动作，及时可靠的开关方便经过的人或者汽车也节约能源。管理人员在控制室就可以很轻松就做好管理校园路灯的工作，实现校园路灯自动化、智能化。关键词：路灯； 智能控制； 合理设计； 节能 ABSTRACTCampus intelligent street lamp is for the demand of circumstances to save energy and design, one of the most impo

4、rtant questions is designed to have a reasonable control system, want to have enough dexterity capability. Colleges and universities all over the country for the electric power aspect pay a higher costs, many reasons, is mainly due to design or management unreasonable waste a lot of power resources,

5、 theres the existing lighting equipment do not very good plan. In theory research and on-the-spot investigation based on experiment, the campus intelligent lamps and real-time on-line circuit monitoring and control system design and manufacture. This does not affect the normal work under the conditi

6、on of the lamps on the energy saving is of great significance to the study from various angles, and can be energy-saving equipment cost too much on the premise of design that meets the actual intelligent control system. Explore online measurement, thinking and calculating design control system of to

7、 apply the concept and data, basic did on-demand control purpose, saving electricity resources and protection of the street lamp. Reduce the whole night light, after night light, lights in the high voltage condition after midnight, such not only work to save electricity resources, but also protect t

8、he electric light, extend its service life. Is now the school is whole lamps some night light is some are after night light, basically be artificial control, labor intensive, trival, because the staff open or close street lamp is not seasonable, inconvenience passers-by and waste electricity phenome

9、non occurs frequently, and hence, design and development performance price higher campus intelligent street lamp control system is necessary. As the campus lamps distribution a wide range is very wide, campus road lamps of various monitoring and management isnt so easy, based on sensor timely respon

10、se and software, based on the outside conditions sensors will have corresponding action, by every street lamp of multisensor data accurately by cable several transmission module sent to control module, control module again according to requirement make corresponding response action, timely reliable

11、on-off convenient pass or car also save energy. Management personnel in the control room can easily do management of campus and to realize the campus lamps, automatic and intelligent. KEY WORDS：the street lamp; Intelligent control;Reasonable design;energy-saving目 录摘 要IABSTRACTII第一章 引言11.1校园路灯控制的发展现状

12、11.2课题的提出及研究的意义11.3本文的设计思路及预期结果21.3.1本文的设计思路21.3.2 预期结果2第二章 校园路灯智能控制系统设计基础知识32.1 灯光智能控制技术32.1.1智能化的相关概念32.1.2自动控制路灯的分类及特点32.1.3智能照明系统中元件设备的相关概念52.1.4光敏元件的分类及特点72.1.5声敏元件的分类及特点82.2中间器件及模块的选择82.2.1整流82.2.2滤波82.2.3稳压92.2.4延时电路918第三章 校园路灯智能控制系统的具体设计113.1设计思路113.1.1论文设计过程：113.2设计结构123.2.1电源电路123.2.2光控控制电

13、路123.2.3声控控制电路结构图133.2.4延时控制电路133.3设计中需解决的问题及分析143.4电路组装14第四章 系统的调试及结果分析154.1电路的调试154.1.1调试方法154.1.2调试步骤154.1.3故障查询164.2系统测试结果164.3系统完成16总 结17致 谢18参考文献19第一章 引言随着时代的进步和发展，智能控制自然而然的走进我们的日常生活，这也成为控制领域的普遍追求之一。自动控制系统涉及到我们的生活，工作，科研等各个领域，它已经成为一种比较成熟的技术。校园路灯控制自然地地于自动化的要求也越来越高。为了更好的适应社会发展的理念：绿色环保，低碳生活。我们从几个方

14、面思考了节能的设计方法。我们探讨的节能途径有两个：一个是采用节能光源;二是采用合理的控制线路。本文在使用节能光源的情况下采用合理的控制线路来实现路灯节能。在供电系统中，为避免送电过程中的线路损耗和用电高峰时造成末端电压过低，供电部门均采用较高电压进行传输。根据调查，有很多学校晚上23：00过后校园里就几乎没有行人来往了，然而较园路灯却是“通宵达旦”。为了避免出现这种不合理的用电现象，我们提出了这么一个设想作为论文的研究课题，这具有很积极的意义。设计电路能够通过照明灯开关对光线强弱的感应和通过照明灯开关对声强的感应设置两级开关，控制照明灯的亮灭。能够实现有光线时灭，无光线时有声亮，并且照明灯点亮

15、一段后自动关断。1.1校园路灯控制的发展现状如今我国经济高速发展，人民生活水平日益提高，能源和资源变得日益紧张，电力短缺已成为制约国民经济发展的突出矛盾。目前我国照明消耗的电能约占电力生产总量的10%20%，而公共照明则在照明耗电中占30%，并且近几年教育及社会发展迅速全国路灯的数量仍在迅猛地增长。照明灯节能的口号便由此而提出。1.2课题的提出及研究的意义随着现代化建设的发展，校园路灯及城市照明建设越来越注重于它的形象，道路照明和景观照明的要求和数量不断增加，今后照明管理部门除了管理校园道路照明外，还将参与校园景观灯的美化，很明显这将代表一个学校的形象。因此校方及师生对校园的建设、道路照明和景

16、观照明提出了更高的要求。希望实现校园照明现代化、美化校园、节约能源等目的，使校园路灯控制系统真正达到智能化走在科技前沿。正目前,学校路灯有些是全夜灯也有些是后夜灯，基本上是人工控制，劳动强度很大，繁琐，由于工作人员开启或关闭路灯不及时，造成不方便路人与浪费用电的现象时有发生，于是，设计并研制性能价格比较高的校园智能路灯控制系统很有必要。再有，路灯之类的设施实施节能改进，不仅可以降低能耗成本,而且有助于缓解政府能源供应和建设压力，对减少废气污染保护环境也有巨大的现实意义，我们要努力落实以人为本，全面、协调、可持续的科学发展观，减轻环境污染，实现人与自然和谐发展的重要举措。这在一定程度上提高了人们

17、的生活水平。校园路灯稳定可靠的工作是关系到校园全体师生的大事，事关人身安全与财产安全，科学合理的设计出这么一个控制系统具有很重要的社会意义。1.3本文的设计思路及预期结果1.3.1本文的设计思路下图为设计的电路原理框图：设计的这一控制系统有话筒MIC，它负责接收声音信号然后转换成电信号，又因为设计的后面加了电子开关，因而要加个放大器放大该信号。后面有个倍压整流电路，它是把声音信号变成直流控制电压。接下来加入的是本电路当中重要的元件光敏电阻，它通过对光线变化的大小自动改变阻值进而改变电路电压信号的强弱，光线强时，光敏电阻RL的阻值变小；光线弱时，光敏电阻RL的阻值变大。当电压信号达到预设值时电子

18、开关闭合，当电压信号小于该值时电子开关关断。延时电路的核心部分是555集成电路，延时中将它设置成40秒左右。后面再加一个交流开关对电路进行接下来的控制作用。1.3.2 预期结果预期通过感应外界环境的光照强弱变化和声音大小来控制路灯的开关与强弱的调节，这两种控制同时作用，路灯的光亮分为两个调档。首先由光敏元件感应外界的光亮，当亮度没能达到某一个值时开启电灯开关。然后是进一步控制，当光亮低于某一定值或者声敏元件感应到的声音达到某一强度时，工作进入二档模式；当光亮和声音两条件同时满足感应器的调档时也可以进入二档。所设计出的控制电路系统要做到电路能够实现有光线时灭，无光线时有声亮，并且照明灯点亮一段后

19、自动关断。并且在点亮期间又有新的声源出现时，路灯又重新开启。第二章 校园路灯智能控制系统设计基础知识2.1 灯光智能控制技术灯光智能控制技术：灯光智能控制系统，用于特定环境（或装配）光亮、声音信号的采集，并通过声音放大元件将信号放大，然后再经倍压整流光敏电路、延时电路等的综合处理，系统快速的根据原本设置好的数据自动做出相关动作。应用场景：校园路灯自动控制广场布景灯光智能控制车间或日常设备灯光控制2.1.1智能化的相关概念智能控制的概念：智能控制是研究对外界信号在允许范围内的变动从而使被控过程采用人工智能的方法有效地克服系统的不确定性使系统从无序到预计的有序状态转移的方法及其规律。它是在无人干涉

20、的情况下由一系统自主地实现其目标的过程。控制理论的发展历史：控制理论发展至今有一百多年的历史，它在经历了“经典控制理论”和“现代控制理论”的发展阶段，现在已经进入了更加高级的阶段“大系统理论”和“智能控制理论”。20世纪80年代以来，信息技术、计算技术的快速发展及其他相关学科的发展和相互渗透，也推动了控制科学与工程研究的不断深入，控制系统向智能控制系统的发展已成为了当今社会科学前沿的趋势。2.1.2自动控制路灯的分类及特点1、自动控制路灯的分类自动控制路灯分为声光控制式和定时控制式两种，两个系统的设计理念没有共同之处。声光控制是通过声敏电阻与光敏电阻的感应且相互作用而让电路通电达到开灯并控制灯

21、亮程度的效果；定时控制是根据时间系统早已设置好的通电与否的要求而做的电路设计。2、自动控制路灯的特性国内与国外的智能路灯控制系统设计水平不一，原器件的差异也较大，设计理念跟要求也不同。不光如此，就国内各大厂商间也还是存在较大的差异的，因而用户怎样选择好合适的且性能价格比最优的理想产品要考虑的因素很多，做出这么一个决定并非易事，需要对这方面的知识要有一个深入的认知。（1）系统反应灵敏性智能路灯系统中光敏、声敏器件的精度应达到3%5%，如果达不到这个水平灵敏性会很差难以满足日常工作所需，甚至会很容易地发生交通事故等意外事件。因而，出于安全方面因素必须对此严格要求！在实际使用中，由于灰尘、油污及汽车

22、尾气等的影响，每当使用一段时间后，会产生老化、精度下降，声敏、光敏器件的精度水平要结合长期稳定性去判断。通常情况下，长期稳定性和使用寿命是影响关键器件的重大问题，系数年漂移量控制在1%左右的产品并不多，一般的大约都在2%，甚至更高。（2）互换性现今，光电、声电普遍存在着互换性较差的现象，同一型号的器件不能互换，严重影响了使用效果，给维修、调试增加了困难，很多厂商跟专业人士都努力往这方面做了些深入的专研。通过改变元器件及技术等途径，最终信号与电力之间取得了较好的效果。（3）电路长期稳定性动态电路在运行中受到各种扰动而不引起工作状态质的变化，或扰动消失后能返回（或接近于）原来的工作状态的性质。稳定

23、是电路工作的必要条件。因此，判定电路的稳定性很重要。特别是电路长期的使用后，线路及设备面临老化的危机，所以要定期对这电路跟器件进行检测处理。（4）智能路灯传感器的供电声光控智能路灯设计线路中，话筒、声音放大、光控等大部分调节器件都是工作在小电流线路中。因而要有合理可靠的变压器，否则会致使性能变化，甚至变压器一出故障会烧坏线路中的元器件。还有，为电路供电不能用直流电压或有直流成分的交流电压，必须是用交流电供电。3、对智能路灯性能作初步判断的几种方法在校园路灯安装工作一段时间后，可以通过一些简便的方法进行设施的性能判断与检查。（1）一致性判定同一类型，同一厂家的电路元件产品最好一次购买两支以上，越

24、多越说明问题，放在一起通电比较检测输出值，在相对稳定的条件下，观察测试的一致性。若进一步检测，可在24h内间隔一段时间记录，一天内可能会有高、中、低3种略有偏差的结果，可以较全面地观察产品的一致性和灵敏性，还有稳定性。（2）用冷风吹风机对会裸露在外的设备进进吹风，或用太阳灯对其进行照射，同时观察其工作的特性、灵敏度、重复性、稳定性等性能，因为在环境中难免会有风吹日晒等。（3）对产品在高温状态和低温状态（根据说明书标准）进行测试，并恢复到正常状态下检测和实验前的记录作比较，考查产品的温度适应性，并观察产品的一致性情况。产品的性能最终要依据质检部门正规完备的检测手段。利用多次给定信号的强弱不同来断

25、定其识别能力，也可使用名牌产品作比对检测，产品还应进行长期使用过程中的长期标定才能较全面地判断声光控传感器的质量。总之，人们使用湿度传感器的时间越长，认识就会越深入和全面。同时，也对产品提出新的要求，这给产品带来了新的机遇，推动这项技术不断向新的高度发展。我们相信，智能照明这一类产品会在应用领域发挥越来越重要的作用。2.1.3智能照明系统中元件设备的相关概念1.声音放大电路：当MIC获取到声音信号后，其会转换成电信号，考虑到后面步骤需此信号控制电子开关，所以必须加放大器放大该信号。为了获得较高的灵敏度，VT1 的值选用大于100。话筒MIC也选用灵敏度高的。R3不宜过小，否则电路容易产生间歇振

26、荡。部分电路如下所示：2.整流电路：C2、VD1和VD2、C3构成倍压整流电路。把声音信号变成直流控制电压。此部分电路如图：3.光敏电路：它是智能路灯系统的核心元件。光敏电阻器以硫化隔制成，所以简称为CDS，通常使用热压结晶体之光电传导零件，其特性有：（1）光传导零件之特性: CDS之相对灵敏度与照射光线之灵敏度有关，波长从5500至6500A(1A=110-8cm)之间有最大的灵敏度。 （2）照度特性：在同样之电压下，照度愈强，光电流愈大，亦即是电阻愈小，适当的添加杂质，便能使照度在小11000 lux范围内保持与光电时间的直线关系。 （3）时间响应特性: 光照射到度件，光电流达到正常值之6

27、3%的时间，称为上升时间，反之一，将光遮断，而光电流减少为原来的63%之时间，则叫做 衰弱时间。一般其值为10毫秒至数秒，若置于黑暗的时间较短而有照度愈强，向应时间就有愈短之倾向，此外，负载电阻增大，则上升时间就变短而衰弱时间就变长。 （4）温度特性：CDS之禁带宽度高达2.4eV(eV为电子伏特)，故可以在-2070 之范围内工作，当温度上升，光灵敏度减少，在低照度时特别显著。光敏电阻是通过对光线变化程度自动改变阻值从而改变电压信号的大小。4.电子开关：当电压信号达到一定值时，电子开关打开。当电压信号小于此值时，电子开关关闭。其起到的主要作用是控制延时电路中的电容充放电。此部分电路如图：5.

28、延时电路与交流开关：由于需要的灯泡持续点亮时间并不是很长，大概3，40秒左右，所以考虑用一个电容控制开关的状态即可。当夜晚无光时，电子开关打开时，C4连通，即开始充电。当电子开关关闭后，C4开始放电。图中C5为抗干扰电容，用于消除灯泡发光抖动现象。R8、C5和单向可控制MCR、VD5VD8 组成延时与交流开关。C4通过R8 把直流触发电压加到MCR控制端，MCR导通，灯泡点亮。可控硅作为开关元件的优点，属无触点开关元件，因此使用寿命长。灯泡发光时间长短由C4、R8 的参数决定。6.电源电路：电路如下图，220V交流电通过灯丝，经过VD5-VD8整流后，和R9,R10，VD4降压。C6为滤波电容

29、，VW为稳压值1215V的稳压二极管，保证C6上电压不超过15V直流电压。此部分电路作用为提供稳定的工作电压。如图：2.1.4光敏元件的分类及特点光亮是一个基本的物理量，自然界中的大多过程都与光亮密切相关。基于半导体光电效应的光电转换传感器，又称光电敏感器。采用光、电技术能实现无接触、远距离、快速和精确测量，因此半导体光敏元件还常用来间接测量能转换成光量的其他物理或化学量。半导体光敏元件按光电效应的不同而分为光导型和光生伏打型（见光电式传感器）。光导型即光敏电阻，是一种半导体均质结构。光生伏打型包括光电二极管、光电三极管、光电池、光电场效应管和光控可控硅等，它们属于半导体结构型器件。半导体光敏

30、元件的主要参数和特性有灵敏度、探测率、光照率、光照特性、伏安特性、光谱特性、时间和频率响应特性以及温度特性等，它们主要由材料、结构和工艺决定。半导体光敏元件广泛应用于精密测量、光通信、计算技术、摄像、夜视、遥感、制导、机器人、质量检查、安全报警以及其他测量和控制装置中。例如：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管。光敏器件是指能将光信号或光能转变成电信号或电能的器件，它包括光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管，光敏组件和色敏器件、光敏可控硅器件、光耦合器等。主要用于可见光或红外线的形式控制报警器、测试仪、自动开关、继电器等多种装置或执行机构。在自动化技术中起着极其重要作用。2.1.5声敏元件的分类及特点

31、声控延时开关是一种内无接触点，在特定环境光线下采用声响效果激发拾音器进行声电转换来控制用电器的开启，并经过延时后能自动断开电源的节能电子开关。特点及功能：1、发声启控：在开关附近用手其他网站（或吹口哨、喊叫等）而发出一定声响，就能立即开启灯光及用电器，得心应手。2、自动测光：采用光敏控制，该开关在白天或光线强时不会因声响而开启用电器。3、延时自关：开关一旦受控开启便会延时数十秒后将自动关断，减少不必要的电能浪费，实用方便。4、节约能源并可以延长用电器的使用寿命。5、用途广泛：本产品可用于各类楼道、走廊、卫生间、阳台、地下室车库等场所的自动延时照明。2.2中间器件及模块的选择2.2.1整流对于4

32、个二极管而言，从做至右，从上至下，我们将其分为VD1，VD2，VD3，VD4。当交流信号的正半周的时候，二极管VD1，VD4导电，VD2，VD3截止；当信号变化为负半周的时候，VD2，VD3导电，VD1，VD4截止。正、负半周均有电流流过后面的负载电阻，而且无论在正半周还是负半周，流过后面的负载电阻的电流方向是一致的，因而使输出电压的直流成分得到提高，脉冲成分被降低。桥式整流电路无需采用具有中心抽头的变压器，仍能达到全波整流的目的。而且，整流二极管承受的反向电压也不高，但是电路中需要四个整流二极管。在桥式整流电路中，负载上得到的直流电压实际上为输入电压有效值的90%这个结果是在理想情况下得到的

33、，如果考虑到整流电路内部二极管正向内阻和变压器等效内阻上的压降，输出直流电压的实际数值还要低一些。2.2.2滤波无论哪种整流电路，它们的输出电压都含有较大的脉动成分。除了在一些特殊的场合可以直接用作放大器的电源外，通常都要采取一定的措施，一方面尽量降低输出电压中的脉动部分，另一部分又要尽量保留其中的直流成分，使输出电压接近于理想的直流电压。这样的措施就是滤波。并联电容以后，在信号的正半周，当二极管VD1，VD4导电时，二极管导电时，锄了有一个电流流向负载外，同时还有一个电流向电容充电，电容电压的极性为上正下负，如果忽略二极管的内阻，则在二极管导通时，输出电压等于输入电压。当信号达到最大值以后开

34、始下降，此时电容上的电压也将由于放电而逐渐下降。当信号小于电容电压时，二极管VD1，VD4被反向偏置，因而不导电，于是电容电压以一定的时间常数按指数规律下降，直到下一个半周，当信号的绝对值大于电容电压的时候，二极管VD2，VD3导通。 对于电容滤波可以得到下面几个结论： 1加了电容滤波以后，输出电压的直流成分提高了。 2加了电容滤波以后，输出电压中的脉动成分降低了。这是由于电容的储能作用造成的。当二极管导电时，电容被充电，将能量储存起来，然后在逐渐放电，把能量传送给负载，因而输出波形比较平滑。 3电容放电的时间常数=RC愈大，放电过程愈慢，则输出电压愈高，同时脉动成分也愈少，即滤波效果愈好。

35、4接入电容之后，整流二极管的导电时间缩短了。二极管导电角180，而且电容放电时间常数愈大，则导电角愈小。由于加了电容滤波以后，平均输出电流比原来提高了，而导电角却减小了。因此，整流管在短暂的导电时间内流过一个很大的冲击电流，对管子的寿命不利，所以必须选择较大容量的整流二极管。2.2.3稳压稳压二极管的稳压原理：稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变。这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。 故障特点：稳压二极管的故障主要表现在开路、短路和稳压值不稳定。在这3种故障中，前一种故障表现出电源电压升高；后2

36、种故障表现为电源电压变低到零伏或输出不稳定。2.2.4延时电路延时电路是作用于将电信号延迟一段时间，然后将被控对象自动与电源断开的电路，从而达到自动断电的目的，实现自动控制的目标。有晶闸管及RC振荡延时和555集成电路延时两种都可以实现，设计过程中我们选其中一种就行。（1）可控硅是可控硅整流器的简称。可控硅有单向、双向、可关断和光控几种类型，它具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、控制方便等优点，被广泛用于可控整流、调压、逆变以及无触点开关等各种自动控制和大功率的电能转换的场合。单向可控硅是一种可控整流电子元件，能在外部控制信号作用下由关断变为导通，但一旦导通，外部信号就无法使其关断，只能靠去除

37、负载或降低其两端电压使其关断。单向可控硅是由三个PN结组成的四层三端半导体器件，与具有一个PN结的二极管相比，单向可控硅正向导通受控制极电流控制；与具有两个PN结的三极管相比，差别在于可控硅对控制电流没有放大作用。（2）555集成电路也可以有延时的用作，555集成电路是一种非常有用且很具灵活性的集成电路。555集成电路的引脚有八个，分别为：接地端、电源端、触发电平端、输出端、清零端、控制电平端、阀值输入端和放电端。555集成电路是通过改变T和端的电压值来影响输出端和放电端的状态；同时它还具有储存信号的功能，因此，集成电路的应用十分广泛。延时控制电路包括两部分：第一部分是由三极管构成的触发信号产

38、生电路；第二部分是由定时器构成的可重复触发的单稳态电路。第三章 校园路灯智能控制系统的具体设计3.1设计思路根据系统需求及总体的思路，设计出如下总体框图：如上图所示的结构框图，分析精度要求、延时时间、灵敏性能等再进行后面步骤更为细致的设计。3.1.1论文设计过程：本文设计过程可以分为三个阶段，即：分析阶段，设计阶段和实现阶段。分析阶段它是论文的着手的第一步，作为系统设计的前提阶段，分析系统的设计总括，初步了解系统硬件部分的主要性能，并初步的确定系统设计方案。设计阶段在已经分析好的基础上开始进行系统的总体设计，包括系统的硬件部分设计和数据等相关问题的计算，这一步要求对系统要能给出一个基本的框架结

39、构。实现阶段到了这一步的话智能照明系统就已基本完成了设计，并确定了系统的全部安装连接工作，这时只要检查所设计出的系统的可行性及稳定性。具体的流程可概括如下：（1）了解系统的总体概况，初步确定系统的设计方案。（2）对系统进行全面的设计，根据标准计算出符合的数据从而做好硬件方面的设计。（3）系统的实现：对已设置连接好的系统进行调试制作，确定系统的可行性。具体的设计流程如下图：3.2设计结构设计当中，各模块的设计及它们之间的相互交接等问题，是本设计中的关键之所在。下面将逐一分析各大模块中的原理与细节：3.2.1电源电路电源电路是给电子设备提供必要的电源能力的电路，就输入和输出而言，在集成电路中的主要

40、采用的是交流220V，50Hz的市电转换为直流电。该部分电路由降压、整流、滤波、稳压四部分组成。直接接在民用的电线中来供电，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电转换成12V的直流电。电路中变压器的常规铁心变压器，整流电路采用二极管桥式整流电路，C7、C8、C9和C10完成滤波功能，稳压电路采用三端稳压集成电路来实现。3.2.2光控控制电路光线强时，光敏电阻RL的阻值变小，R9、RL导通，555定时器的复位端4至于低电平；光线弱时，光敏电阻RL的阻值变大，R10导通，555定时器的复位端4至于高电平。光控控制电路对电路起总控制作用。3.2.3声控控制电路结构图MI

41、C接收到足够的强度的声音信号时，电路产生谐振并输出一个微弱脉冲，从而将声音信号转换为电信号。MIC输出信号是一个非常微弱的信号，为了后续电路能够对声强信号进行处理，必须加入信号放大电路。图中所示信号放大电路是由电阻、三极管构成的，这样能够使电路的的放大倍数比单管当打电路的倍数增加好几倍，从而得到适合的信号。R2和R3为放大电路的集电极偏置电阻，C1和C2为放大电路的滤波电容。R1和R4为放大电路的反馈电阻，它们的功能是保证放大电路有一个稳定的静态工作点和稳定的输出电压，C3的作用是减小电路中加入反馈电阻对放大倍数的影响。电路中的延时控制电路一般采用电平信号触发，因此有必要对放大的交流信号进行整

42、流。上图中采用了由C4、D1和D2构成的倍压整流电路，倍压整流电路不但能够完成整流的任务，同时还可以将输出电压增大一倍，这样当MIC接受到了足够大的胜强后，声强信号处理电路通过放大和整流就输出了一个高电平信号V。3.2.4延时控制电路延时控制电路的核心部分是555集成电路，555集成电路是一种非常有用且很具灵活性的集成电路。555集成电路的引脚有八个，分别为：接地端、电源端、触发电平端、输出端、清零端、控制电平端、阀值输入端和放电端。555集成电路是通过改变T和端的电压值来影响输出端和放电端的状态；同时它还具有储存信号的功能，因此，集成电路的应用十分广泛。延时控制电路包括两部分：第一部分是由三

43、极管构成的触发信号产生电路；第二部分是由定时器构成的可重复触发的单稳态电路。首先，声强信号处理电路的输出信号接接三极管的基极。因为接收到了足够大的声强后，为高电平，则三极管饱和，使三极管的集电极和发射极之间的ce约为0.3V，Vce接入555集成电路的TRIG端作为触发电平。555集成电路构成的可重复触发的单稳态电路处于稳态时，Vthr(1/3)Vcc,Q=0,放电管导通。当Vtrig=Vcc=0.3v时，电路进入暂稳态，此时Q=1，放电管截止。同时直流电源通过可变电阻R2对电容C1充电，使得Vthr的值渐渐上升，当Vthr的值大于（2/3）Vcc 时，电路重新进入稳态，Q=0，放电管导通。电

44、路暂稳态的持续时间，即C1的充电时间取决于可变电阻R2和电容C1的数值，其计算公式为（设可变电阻R2=1M）：t=Tw=(1.1R2*C1=1.1*1000000*50)/1000000=55S当MIC持续接收到足够大的声强时，那么V1一直为高电平，T1始终饱和导通，Vce持续为0.3V，这样使T2始终导通，电容C1就可以T2进行放电，电路将无法对电容C1进行充电。这样电路就一直处于暂稳态，直到声强信号消失，电路才能重新进入稳态，从而可以满足设计要求。3.3设计中需解决的问题及分析声光控节电开关,在白天或光线较亮时,节电开关呈关闭状态,灯不亮；夜间或光线较暗时，节电开关呈预备工作状态，当有人经

45、过该开关附近时，脚步声、说话声、拍手声等都能开启节电开关。同时，根据环境发声的响亮程度可以在两个档位中进行切换。灯亮后，经过40秒左右延时节电开关会对其进行切断，灯灭。该开关适用于楼道、走廊、洗涮间、厕所等公共场合，能节电并延长灯泡使用寿命。给人们的生活带来了很多的方便，受到了广泛的应用。接在电路220V的路灯直接整流，在输入端串联25W灯泡，输出端接可控硅（负载）供电电路稳压电路，稳压电路是给话筒放大，音频放大等提供8.2V直流电，话筒放大，可以把声音信号转换为电信号并放大，然后，经过音频放大器使信号达到足够大；检波音频信号的正半周，即：把音频信号转换为直流信号。经过延时电路以后送到控制电路

46、，由控制电路去控制可控硅，若可控硅断开，则整流电路负载断开，若导通，则整流电路负载导通。光敏控制电路把光照变成电信号，从而去控制音频信号往后边输送情况。可见，本电路灯泡要受可控硅的控制，可控硅受话筒取得的音频信号和光敏电阻的控制，从而可以实现声控和光控；灯亮的时间由延时电路的时间长度决定。最后，光敏元件和话筒装置所在的高度也会使灯的时间受到影响，安装时这方面的因素要考虑进去。3.4电路组装摆放好选择了的元件，放大板子上对其进行焊接。焊接时注意先焊接无极性的阻容元件，电阻采用卧装，电容采用直立装，紧贴电路板，焊接有极性的元件如话筒、整流二极管、三极管、单向可控硅等元件时千万不要装反，注意极性的正

47、确，否则电路不能正常工作甚至烧毁元器件。安装电路的时候，可以把全部电路可安装在一个大小适当的机壳内，在光敏电阻的周边应设置透明窗口，要保证它能迅速的响应到外界环境的光亮变化程度。系统的整个线路要连接好，其绝缘性要达标，要确保用电工作时的安全，因为是在公共场合，用电安全是对人身安全的保障，这一点至关重要！第四章 系统的调试及结果分析本章主要对已经设计好的电路进行检验工作，分为调试、测试、完成三个部分。4.1电路的调试电路安装好以后，接下来要做的就是调试，目的是看它能否满足需求还有确保其工作的稳定性。4.1.1调试方法调试过程最好是在天黑以后进行，或在一个暗室进行调试工作也可以，进行调试时可以借助

48、一个具有调光功能的台灯。调节台灯微亮，然后通过拍打巴掌发出的声响不同来观察灯亮程度；完全熄灭台灯，重复上面步骤根据发声的响亮程度不同来查看灯亮。4.1.2调试步骤将电路进行安装，对其调试检测是这一设计必须要实践的步骤，不可马虎大意，要以认真负责的态度去对待，这是工科生做事最根本的素质。1按装配图正确安装元件。2检查元件安装正确无误后，接通电源。3将万用表拨至直流电压挡，表棒测在C两端（注意表棒的极性），调节RP的阻值，使电压在36V之间变动。4接上负载调试。输出3V的时候接上30负载电阻。负载电阻接入前和接入后，输出电压的变化小于0.5V就算合格了。对电路检测无误后，接下来对它进行调试。逐一完

49、成下面的步骤，细心观察并多次重复动作，对比各结果看是否符合课题的要求。在暗室内或是在无光的空间内，对其进行调试工作。接通所制作路灯的电源，通过给系统加上不同声响的激励信号源（如系统的啪手声、打击声）来判断灯是否发光、灯亮程度及灯的开启熄灭。首先将台灯调至很亮的状态，将该电路放在台灯下面，使光敏电阻受光照射，然后通过拍打手掌来发声，观察电灯是否能通电发光。然后格调光台灯的亮度调暗，再拍打手掌出声，测试光敏元件是否能够达到预期的结果。根据声响的不同及环境的光亮程度不同要能够控制电灯的调档，当中分有两个档位。有在实际使用时，可以根据使用环境灵活设置开、关动作的灵敏度，例如可将“开”动作的灵敏度设置高

50、一些，而将“关”的灵敏度设置低一些。这样，当天色稍微变暗时且有声音时，即可将照明灯打开开始照明工作，而当天色较亮即便发光很大的声响电灯也无法亮起来，这么一个设计工作稳定性很重要，测试成功了完全可以适应通常的照明需要。4.1.3故障查询如果所制作的产品在使用时出现了问题，可以通过下面给出的方法来寻、检故障之所在：直观检查法包括电阻法、电压法、电流法。 通过眼、耳、鼻、手、口五官来查找故障部位。即是看元器件之间是否存在断线、互碰、烧焦、脱焊等现象，查看是否有短路现象；用耳朵听声音有无异常；闻有无焦味；摸器件是否过热等。用普通万用表的欧姆档检查各点的阻值，粗查是否有短路、断路或元器件错焊等情况。用万

51、用表测量电路中各点对地的电阻以及元器件的阻值，以此来判断故障部位测量晶体管的管脚电压和集成块各脚的电压或波形，据此电压值判断故障。测量晶体管的管脚电压和集成块各脚的电压或波形，据此电压值判断故障。调试前，先将焊好的电路板对照印刷电路图认真核对一遍，不要有错焊、漏焊、短路、元件相碰等现象发生。通电后，人体不允许接触电路板的任一部分，防止触电，注意安全。如用万用表检测时，只用将万用表两表笔接触电路板相应处即可。4.2系统测试结果首先由光敏元件感应台灯给出的光亮，当亮度没能达到某一个值时开启电灯开关。然后是进一步控制，当光亮低于某一定值或者声敏元件感应到的声音达到某一强度时，工作进入二档模式；当光亮

52、和声音两条件同时满足感应器的调档时也可以进入二档。经测试后，所设计出的控制电路系统要做到电路能够实现有光线时灭，无光线时有声亮，并且照明灯点亮一段后自动关断。并且在点亮期间又有新的声源出现时，路灯又重新开启。因而可以得出结论，所设计出的智能路灯控制系统可以达到需求。4.3系统完成检查系统的硬软件，没有发现不可行的问题，系统的设计基本上可以确定，在确定了系统的基本设计的基础上再对系统进行完成调试。在指导老师的帮助和提醒下完善系统的设计。整个系统的实现，无论是硬件连接还是软件选择，都实现了高效，安全，可靠等特性，同时又有很高的可行性和可靠性。总 结综上所述，本次课题将模拟电子技术、数字电子技术、电

53、力电子技术、传感器技术等综合应用到实际设计中。这次的设计，具有很高的实用价值。既方便了用户及消费者，又缓解了国家电力资源短缺的问题，颇具发展潜力，是一个值得提倡的智能节能系统。虽然研究论文的过程艰难短暂，但从中学的东西很多，已经学过的东西在这样得到了实践，同时温故而知新，相信这样已经加深了对课本知识的印象，以至于可以在以后的学习和工作中得以利用。与此同时这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。另外在课程设计的过程中，当我们碰到不明白的问题时，指导老师总是耐心的讲解，给我们的设计以极大的帮助，使我们获益匪浅。因此非常感谢老师的教导。通过这次设计，我懂得了学习的重要性

54、，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。我觉得作为一名电气自动化专业的学生，自己动手去实践结合运用学过的课堂知识非常重要，能促进对理论知识的理解，无论从哪方面来讲这次课程设计都是很有意义的，更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。虽然自己对于要用到的有些课程懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这一个阶段的学习，在老师、同学的帮助和讲解下，渐渐对这些有了些兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。由于时间仓促和本人水平有限，在设计过程中，难免在设计上存

55、在一定的缺陷，请各位老师多多指正。致 谢在这即将结束的三年大学生活之际，我由衷的感谢教育过我的老师们。从他（她）们身上我学到了许许多多宝贵的知识和做人的道理。他（她）们在我学业上对我的悉心指导，认真负责地育人态度，让我佩服之至。三年大学生活下来，我收获很丰富，值得好好珍藏。感谢我的指导老师，他在我的课题研究和论文写作当中，教会了我很多理论上和实践上的东西，感谢他的热心指导。感谢我的授课老师，不管寒暑都准时到教室勤恳地给我们上课，给我们灌输新的知识，对他们在我的学习和生活中给予的帮助和教悔表示诚挚的谢意。同时还要感谢系部各位老师多年来对我的培养和支持，是他们为我提供了良好的学习环境和机会。感谢各

56、位专家和评委耐心审阅我的论文，他们提出了许多宝贵的意见和建议。感谢所有曾经给我理解、关心与帮助的朋友们。感谢与我共同学习、生活的同学，在我论文完成过程中没有他们的帮助我不可能那么顺利，是他们的订正才让我的论文更加完善，感谢他们帮我找到解决问题的方法。感谢曾经给我帮助的同学和老师。参考文献1 莫正康.电力电子应用技术. 上海：机械工业出版社，20092 赵良炳.现代电力电子技术基础.北京：清华大学出版社，19953 杜功焕，朱哲民，龚秀芬.声学基础.南京：南京大学出版社，19984 樊昌元，丁义元. 高精度测距雷达研究.电子测量与仪器学报，2000.105 锻九州.放大电路实用设计手册.沈阳：辽

57、宁科学技术出版社，2002.56 王丰，薛红宣.采用软件抗干扰设计提高微机系统的可靠性.电子产品世界2004.7 张岩，胡秀芳.传感器应用技术 M.福州科学技术出版社，20068 李道华，李玲，朱艳. 传感器电路分析与设计M.武汉:武汉大学出版社,1999:69-73.9 沙占友.集成化智能传感器原理与应用.北京：电子工业出版社，200410 沈伟慈.高频电路.西安：西安电子科技大学出版社，200011 苏文平.新型电子电路应用实例精选.北京：北京航空航天大学出版社，199912 史平君等.电源元器件实用资料汇编.陕西省电源学会西安市电源学会，199713 谢剑英，贾青.微型计算机控制技术.高等学校电子信息类规划教材 2001年2月14 苏家健，常慧玲，等.自动检测与转换技术 M. 北京：电子工业出版社，200615 谢克明.电工电子技术简明教程M.高等教育出版社， 2003