Micrologix1000 PLC在交通灯控制上的应用 PLC技术及其在公路交通系统中的应用 用PLC实现智能交通控制 1 引言 据不完全统计，目前我国城市里的十字路口交通系统大都采用定时来控制(不排除繁忙路段或高峰时段用交警来取代交通灯的情况)，这样必然产生如下弊端:当某条路段的车流量很大时却要等待红灯，而此时另一条是空道或车流量相对少得多的道却长时间亮的是绿灯，这种多等少的尴尬现象是未对实际情况进行实时监控所造成的，不仅让司机乘客怨声载道，而且对人力和物力资源也是一种浪费。 智能控制交通系统是目前研究的方向，也已经取得不少成果，在少数几个先进国家已采用智能方式来控制交通信号，其中主要运用GPS全球定位系统等。出于便捷和效果的综合考虑，我们可用如下方案来控制交通路况:制作传感器探测车辆数量来控制交通灯的时长。具体如下:在入路口的各个方向附近的地下按要求埋设感应线圈，当汽车经过时就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少，即可检测出汽车的通过，并将这一信号转换为标准脉冲信号作为可编程控制器的控制输入，并用PLC计数，按一定控制规律自动调节红绿灯的时长。 比较传统的定时交通灯控制与智能交通灯控制，可知后者的最大优点在于减缓滞流现象，也不会出现空道占时的情形，提高了公路交通通行率，较全球定位系统而言成本更低。
交通灯智能控制系统设计1.概述 当前，在世界范围内，一个以微电子技术，计算机和通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，也是当今计算机应用中空前活跃的领域。本文主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯智能化的管理，用以控制过往车辆的正常运作。2.过程分析 图1是一个十字路口示意图。分别用1、2、3、4表明四个流向的主车道，用A、B、C、P分别表示各主车道的左行车道、直行车道、右行车道以及人行道。用a、b、c、p分别表示左转、直行、右转和人行道的交通信号灯，如图2所示。交通灯闪亮的过程：路口1的车直行时的所有指示灯情况为：3a3b2p绿3c红+4a4b4c 3p全红+1c 绿1a1b4p红+2c绿2a2b1p红路口2的车直行时的所有指示灯情况为：4a4b3p绿4c红+ 1a1b1c 4p全红+ 2c绿2a2b1p红+3c绿3a3b2p红故路口3的车直行时的所有指示灯情况为：1a1b4p绿1c红+ 2a2b2c 1p全红+3c绿 3a3b2p红+4c 绿4a4b3p红故路口4的车直行时的所有指示灯情况为：2a2b1p绿2c红+3c3a3b2p全红+4c绿4a4b3p红+1c绿1a1b4p红 图1：十字路口交通示意图 图2：十字路口通行顺序示意图 图3：十字路口交通指示灯示意图 图4：交通灯控制系统硬件框图 3、硬件设计 本系统硬件上采用AT89C52单片机和可编程并行接口芯片8155，分别控制图2所示的四个组合。AT89C52单片机具有MCS-51内核，片内有8KB Flash、256字节RAM、6个中断源、1个串行口、最高工作频率可达24MHz，完全可以满足本系统的需要 ；与其他控制方法相比，所用器件可以说是比较简单经济的。硬件框图如下： 电路原理图 [PDF]4、软件流程图 图5：交通灯控制系统流程图 5、交通灯控制系统软件 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100HMAIN: MOV SP,#60H; LCALL DIR ;调用日期、时间显示子程序LOOP: MOV P1,#0FFH LJMP TEST LCALL ROAD1 ;路口1的车直行时各路口灯亮情况 LCALL DLY30s ;延时30秒 MOV P1,#0FFH ;恢复P1口高电平 LCALL RESET ;恢复8155各口为高电平 LCALL YELLOW1 ;路口1的车直行-->路口2的车直行黄灯亮情况 LCALL DLY5s ;延时5秒 LCALL RESET ;恢复8155各口为高电平 MOV P1,#0FFH ;恢复P1口 LCALL ROAD2 ;路口2的车直行时各路口灯亮情况 LCALL DLY30s ;延时30秒 LCALL RESET ;恢复8155A 、B口为高电? MOV P1,#0FFH ;恢复P1口高电平 LCALL YELLOW2 ;路口2的车直行-->路口3的车直行黄灯亮情况 LCALL DLY5s ;延时5秒 LCALL RESET ;恢复8155A 、B口为高电? MOV P1,#0FFH ;恢复P1口高电平 LCALL ROAD3 ;路口3的车直行时各路口灯亮情况 LCALL DLY30s ;延时30秒 LCALL RESET ;恢复8155A 、B口为高电? MOV P1,#0FFH ;恢复P1口高电平 LCALL YELLOW3 ;路口3的车直行-->路口4的车直行黄灯亮情况 LCALL DLY5s ;延时5秒 LCALL RESET ;恢复8155各口为高电平 MOV P1,#0FFH ;恢复P1口高电平 LJMP TEST LCALL ROAD4 ;路口4的车直行时各路口灯亮情况 LCALL DLY30s ;延时30秒 SETB P1.5 ;恢复P1.5高电平 SETB P1.4 ;恢复P1.4高电平 MOV DPTR,#0FFFFH ;恢复8155各口为高电平 LCALL YELLOW4 ;路口4的车直行-->路口1的车直行黄灯亮情况 LCALL DLY5s ;延时5秒 SETB P1.6 ;恢复P1.6高电平 SETB P1.3 ;恢复P1.3高电平 MOV DPTR,#0FFFFH ;恢复8155各口为高电平 LJMP LOOP;路口1的车直行时各路口灯亮情况3a3b2p绿3c红+4a4b4c3p全红+1c绿1a1b4p红+2c绿2a2b1p红ROAD1: MOV DPTR,#7F00H ;置8155命令口地址；无关位为1） MOV A,#03H ;A口、B口输出，A口、B口为基本输入输出方式 MOVX @DPTR,A ;写入工作方式控制字 INC DPTR ;指向A口 MOV A,#79H ;1a1b4p红1c绿2a2b1p红 MOVX @DPTR,A INC DPTR ;指向B口 MOV A,#0E6H ;3a3b2p绿3c红4a4b3p红 MOVX @DPTR,A MOV P1,#0DEH ;4c红2c绿 RET 6、结语 本系统结构简单，操作方便；可现自动控制，具有一定的智能性；对优化城市交通具有一定的意义。本设计将各任务进行细分包装，使各任务保持相对独立；能有效改善程序结构，便于模块化处理，使程序的可读性、可维护性和可移植性都得到进一步的提高。6、参考资料 [1]韩太林，李红，于林韬；单片机原理及应用（第3版）。电子工业出版社，2005 [2]刘乐善，欧阳星明，刘学清；微型计算机接口技术及应用。华中理工大学出版社，2003 [3]胡汉才；单片机原理及其接口技术。清华大学出版社，2000 返回首页关闭本窗口
摘 要在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道，长明灯现象十分普遍，这造成了能源的极大浪费。另外，由于频繁开关或者人为因素，墙壁开关的损坏率很高，增大了维修量、浪费了资金。同时，为了加强我们对模拟电子技术合数字电子技术的理解合巩固，我花了1个星期的时间进行电子技术课程设计，而我设计的课题是声光控制路灯的设计，我设计了一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便、使用寿命长的声光双控白炽灯节能路灯。在本设计中介绍了多种声光控路灯控制器的组成、性能，适用范围及工作原理，给出各电路原理图及元件参数选择，节电效果十分明显，同时也大大减少了维修量、节约了资金，使用效果良好。白天光照好，不管过路者发出多大声音，都不会是灯泡发亮。夜晚光暗，电路的拾音器只要检测到有碎发声响，就会自动亮为行人照明，过几分钟后又自动熄灭，节能节点。 关键字：自动控制 声控电路 光控电路 延时电路 目 录一．综述二．总体电路设计方案设计三．单元电路设计与分析3.1. 电源设计3.2. 信号放大整形电路设计3.3. 延时处理电路单稳态电路的设计四、所需元器件清单补充： 555定时器五、收获和体会六、参考文献参考资料：
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声控灯是一种声控电子照明装置，由音频放大器、选频电路、延时开启电路和可控硅电路组成。它提供了一种操作简便、灵活、抗干扰能力强，控制灵敏的声控灯，它采用人嘴发出约1秒的控制信号“嘶”声，即可方便及时地打开和关闭声控照明装置，并有防误触发而具有的自动延时关闭功能，并设有手动开关，使其应用更加方便。声控灯由话筒、音频放大器、选频电路、倍压整流电路、鉴幅电路、恒压源电路、延时开启电路、可控延时开关电路、可控硅电路组成。 声音控制就能让楼道里的灯亮一段时间，这样可以节能；对手机说出要拨打的姓名，手机会自动接通相应的电话号码。如今，人们对声控技术越来越熟悉。用声音代替肢体动作给人们带来了很多的好处和便利。因此，越来越多的声控设备广泛地应用到人们的生活当中。声控技术是模拟人的听觉系统和理解系统的原理实现的。一般的声控电脑设备在应用之前都要进行长时间“训练”。这个“训练”过程有点类似教婴儿听说，首先要把我们知道的告诉声控电脑设备，比如一句话怎么说才正确。电脑在“学习”这些话时，会把这些话拆成字或拼音中的声母和韵母去一点一点学习。这个“训练”或 “学习”过程很费时间。当然，“学习”时间越长，该声控设备也越灵。由于每个人的声音千差万别，因此声音可以用作安全认证的依据之一。别人可以模仿你的签字，猜测你的密码，甚至能留下你的指纹，但要模仿你的声音就有点太困难了。美国的一座智能化大厦就采用了声音识别的方式。到达公司门口，你必须通过安全检查。电子声控门卫将问候“早上好！”你也该回答“你好！”或“早上好！”之类的礼貌用语。此时电子门卫通过你的声音来辨别你是不是该公司的工作人员，如果确认你是，它将主动为您打开门，但如果不是，电子门卫将客气地将你 “拒之门外”。如果你视力不好或行走不便，声控设备也可助一臂之力。比如，你可以通过说话控制洗衣机、电视机、电脑等设备。让它们执行开启、关闭等简单的任务。装有声控设备的电脑还能为你朗读新收到的电子邮件，告诉你最新的消息。荷兰飞利浦公司最近还研制出了一种新型音响设备，如果你想听音乐，不用走到音响前找按钮，也用不着遥控器，即使你在厨房，只要喊一声“开始放音乐吧”,远在客厅的音响就能自动开启，再说出歌曲的名字，音响就能在几秒钟之内找到这首歌自动播放。更为神奇的是，如果你想不起来歌曲的名字，只要哼几句歌曲的旋律，音响就能辨别出是哪首歌，然后播放给你听。经过“学习”后的声控设备当然也可用来教大人和小孩们学习语言。举个例子吧，如果您不知道怎样发出‘WO’这个音，学过这个音的声控设备就可通过发这个音，配以嘴唇与舌头运动图像的同步播放来让您反复练习，直到发音准确为止。即使你听力有问题也不用担心，因为可以通过看嘴唇与舌头怎样运动来模仿和练习。未来的声控设备还可以成为人们的贴心朋友和助手。当你烦恼时，它能陪你聊天解闷；当你生病时，能告诉你得了什么病，应该吃什么药；当你上路出行时，能替你指路，为你保驾护航。不过，声控设备还有些问题有待解决。现在“训练”出的声控设备只能听懂我们所教的那些话，我们没有教的，它可就永远“听”不懂。另外，在嘈杂的马路边或者说话人口音很重的情况下，它也不一定能听懂。由于当前对人的听觉和理解系统还有很多地方没有完全研究清楚，所以声控技术还有很大的发展空间。
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引言 随着电子技术的发展，尤其是数字技术的发展，用数字电路技术实现灯的自动发亮、节能节电、延长灯的寿命变得越来越重要，而且贴近我们的实际生活。声光控电路已成为人们日常生活中必不可少的必需品，它不需要开关，声光控延时开关可在白天关闭电灯，晚上人来有声音时自动开灯，延时一分钟自动熄灭，真正做到了人来灯亮，人走灯灭，这种开关有许多优点，一是省电，由于灯泡大部分时间不工作，因此节电效率很高，达80%左右；二是方便，首先，不用接触，全自动智能控制，另外，接线简单、安装方便，不用更改原照明电路；三是省灯泡，正常情况下，一只灯泡可使用两年左右。另外，是在一定场所使用还可起防盗作用，因此我花了一个星期时间设计了以下几种方案 2．1方案一 分立元件声光控楼梯延迟开关电路 本方案介绍的声光控延时照明电路，在白天不工作，在夜间有人在楼梯上走动时，脚步声就会使电子开关动作，电灯点亮，人走后即无声响30s三后电灯会自动熄灭，节能实用，且具有较高的声控灵敏度。 VD3～VD6组成桥式整流电路，经R8降压限流，VS稳压，C3滤波输出约9V直流电压供三极管VT1～VT4用电。白天光敏电阻RL呈低电阻，VT3导通，VT4截止。此时C4上无电压，VT5截止，VT6导通，晶闸管VT7的门极于阴极被VT6短接，VT7关断，电灯E不亮。晚上，RL无光照射，呈高电阻，但由于R2的偏置作用使VT1导通，VT1发射极电流流入VT3基极，使VT3仍处于导通状态，所以在安静状态时，电灯仍不会被点亮。 当楼梯上有人走路，其脚步声或谈话声经话筒B拾取后，就输出相应电信号经C1送至VT1放大。放大后音频信号一方面由VT1发射极注入到VT3的基极，另一方面由VT1集电极输出，经C2耦合到VT2的基极，该信号经VT2放大由其集电极输出再次送入到VT1基极。由此可见，VT1与VT2组成正反馈式音频放大器，它具有极高的电路增益，因而使电路有很高的声控灵敏度，这就是本电路设计的巧妙所在。由于VT3基极有很强的音频输入，其信号的负半周使VT3退出导通态，进入放大态甚至截止态。VT3集电极电位上升，VT4导通，9V直流电压经VT4、VD2向C4迅速充电，并经R9使VT5导通、VT6截止，解除对晶闸管VT7门极的封锁。VT7门极由R11获得正向触发电流，VT7开通，电灯就点亮发光。电灯点亮后，自身光线虽然使RL变成低电阻，使VT3导通封锁，但由于C4已经充满了 电荷，C4通过R9向VT5发射结放电，使VT5仍能保持导通态，所以电灯能继续点亮。当C4放电完毕，VT5截止，VT6导通，VT7关断，电灯熄灭。如果再次有声响，电灯又能点亮。电路的延迟时间主要由R9、C4的放电时间常数决定，图示数据约为30S。白天，因VT3封锁，再大的声响都不会使电灯点亮。 VT1、VT3要求放大倍数β值大于200，其他三极管值以100左右为宜。VT5、VT6的βVceo要求尽可能高一些。驻极体电容话筒B最好选稳定性较好的带白点色标的那种。其他元器件参数见图，无特殊要求。 2.2方案二 数字电路声光控楼梯延迟开关电路 本方案是一个采用CD4011数字集成电路制作的声、光控楼梯走道延迟照明开关，它除了具备前面介绍的分立元件电路所有特点外，它的延迟精度高，工作可靠性高，各成品之间性能离散性小，因此非常适宜工厂大规模生产。 图中，晶闸管VT2构成延迟灯开关的主回路，控制回路由2——输入端四与非门CD4011数字集成电路构成。CD4011中与非门Ⅰ组成线性放大器，用来放大话筒B输入的音频信号。与非门Ⅱ组成光控开关，与非门Ⅲ、Ⅳ组成单稳态电路。与非门的逻辑功能是：“见0出1，全1为0”。白天光敏电阻RL受光照射呈低电阻，使与非门Ⅱ一个输入端⒀脚为低电平“0”，输出端⑾脚为高电平“1”，故⑼脚也为“1”。与非门Ⅳ两个输入端⑸、⑹脚因R10接地为低电平“0”，所以输出⑷脚为“1”，⑻脚也为“1”。与非门Ⅲ两个输入端都为“1”，输出端⑽脚为“0”，电容C5两端都为低电平无法充电，而三极管VT1接地而关断，电灯不亮。由于⒀脚为低电平“0”，所以不管其⑿脚电平如何变化，电子开关均被封死，电灯不可能被点亮。 晚上，光敏电阻RL无光照射呈高电阻，其阻值远大于R8，所以⒀脚为高电平“1”，这就为开灯提供了条件，但输出端⑾脚的电平高低还要看⑿脚电平的情况。当有人走动的时候，B收取声音信号经C2耦合到与非门Ⅰ进行放大，然后经R6向C4充电(充电时间常数极小)，使⑿脚也变为高电平“1”，根据与非门“全1为0”的逻辑关系，⑾脚输出低电平“0”，⑼脚也为“0”。由“见0出1”可知⑽脚为“1”即⑽脚输出高电平，经R10向C5充电。根据电容两端电压不能突变的原理，⑸、⑹两脚为“1”，故输出端⑷脚为低电平“0”，VT1截止，晶闸管VT2的门极通过VD1和R1获得正向触发电流而开通，电灯E通电发光。约经30S左右，C5充电完毕，⑸、⑹两脚恢复低电平“0”，⑷脚输出高电平“1”，VT1导通，VT2失去触发电流，当交流电过零时即关断，电灯熄灭。在稳态时，⑽脚为低电平“0”，C5可通过R10放电，为下次开灯作延迟准备。 本电路有两个特点：一是电灯点亮时为软启动，点亮后为半波交流电，可以大大延长灯泡的使用寿命；二是灯泡点亮时间由R10和C5的时间常数决定，自身灯光照射在RL上不会发生自我关灯现象。此延迟节能灯经实际使用，效果极佳，一般的脚步声就能使电灯点亮发光。照明灯泡E宜用60W或60W以下的白炽灯泡。基于上述特点，本次设计采用此方案。
你说的这个我们公司的太阳能路灯控制器都能达到，设计图可能给你吗？老兄，商业机密好不好？！
基于电力载波的路灯控制系统。。。。 来做的，哦啊
液压伺服系统设计 液压伺服系统设计 在液压伺服系统中采用液压伺服阀作为输入信号的转换与放大元件。液压伺服系统能以小功率的电信号输入，控制大功率的液压能（流量与压力）输出，并能获得很高的控制精度和很快的响应速度。位置控制、速度控制、力控制三类液压伺服系统一般的设计步骤如下： 1）明确设计要求：充分了解设计任务提出的工艺、结构及时系统各项性能的要求，并应详细分析负载条件。 2）拟定控制方案，画出系统原理图。 3）静态计算：确定动力元件参数，选择反馈元件及其它电气元件。 4）动态计算：确定系统的传递函数，绘制开环波德图，分析稳定性，计算动态性能指标。 5）校核精度和性能指标，选择校正方式和设计校正元件。 6）选择液压能源及相应的附属元件。 7）完成执行元件及液压能源施工设计。 本章的内容主要是依照上述设计步骤，进一步说明液压伺服系统的设计原则和介绍具体设计计算方法。由于位置控制系统是最基本和应用最广的系统，所以介绍将以阀控液压缸位置系统为主。 4.1 全面理解设计要求 4.1.1 全面了解被控对象 液压伺服控制系统是被控对象—主机的一个组成部分，它必须满足主机在工艺上和结构上对其提出的要求。例如轧钢机液压压下位置控制系统，除了应能够承受最大轧制负载，满足轧钢机轧辊辊缝调节最大行程，调节速度和控制精度等要求外，执行机构—压下液压缸在外形尺寸上还受轧钢机牌坊窗口尺寸的约束，结构上还必须保证满足更换轧辊方便等要求。要设计一个好的控制系统，必须充分重视这些问题的解决。所以设计师应全面了解被控对象的工况，并综合运用电气、机械、液压、工艺等方面的理论知识，使设计的控制系统满足被控对象的各项要求。 4.1.2 明角设计系统的性能要求 1）被控对象的物理量：位置、速度或是力。 2）静态极限：最大行程、最大速度、最大力或力矩、最大功率。 3）要求的控制精度：由给定信号、负载力、干扰信号、伺服阀及电控系统零飘、非线性环节（如摩擦力、死区等）以及传感器引起的系统误差，定位精度，分辨率以及允许的飘移量等。 4）动态特性：相对稳定性可用相位裕量和增益裕量、谐振峰值和超调量等来规定，响应的快速性可用载止频率或阶跃响应的上升时间和调整时间来规定； 5）工作环境：主机的工作温度、工作介质的冷却、振动与冲击、电气的噪声干扰以及相应的耐高温、防水防腐蚀、防振等要求； 6）特殊要求；设备重量、安全保护、工作的可靠性以及其它工艺要求。 4.1.3 负载特性分析 正确确定系统的外负载是设计控制系统的一个基本问题。它直接影响系统的组成和动力元件参数的选择，所以分析负载特性应尽量反映客观实际。液压伺服系统的负载类型有惯性负载、弹性负载、粘性负载、各种摩擦负载（如静摩擦、动摩擦等）以及重力和其它不随时间、位置等参数变化的恒值负载等。 4.2 拟定控制方案、绘制系统原理图 在全面了解设计要求之后，可根据不同的控制对象，按表6所列的基本类型选定控制方案并拟定控制系统的方块图。如对直线位置控制系统一般采用阀控液压缸的方案，方块图如图36所示。图36 阀控液压缸位置控制系统方块图表6 液压伺服系统控制方式的基本类型伺服系统 控制信号 控制参数 运动类型 元件组成机液电液气液电气液 模拟量数字量位移量 位置、速度、加速度、力、力矩、压力 直线运动摆动运动旋转运动 1.阀控制：阀-液压缸，阀-液压马达2.容积控制：变量泵-液压缸；变量泵-液压马达；阀-液压缸-变量泵-液压马达3.其它：步近式力矩马达 4.3 动力元件参数选择 动力元件是伺服系统的关键元件。它的一个主要作用是在整个工作循环中使负载按要求的速度运动。其次，它的主要性能参数能满足整个系统所要求的动态特性。此外，动力元件参数的选择还必须考虑与负载参数的最佳匹配，以保证系统的功耗最小，效率高。 动力元件的主要参数包括系统的供油压力、液压缸的有效面积（或液压马达排量）、伺服阀的流量。当选定液压马达作执行元件时，还应包括齿轮的传动比。 4.3.1 供油压力的选择 选用较高的供油压力，在相同输出功率条件下，可减小执行元件——液压缸的活塞面积（或液压马达的排量），因而泵和动力元件尺寸小重量轻，设备结构紧凑，同时油腔的容积减小，容积弹性模数增大，有利于提高系统的响应速度。但是随供油压力增加，由于受材料强度的限制，液压元件的尺寸和重量也有增加的趋势，元件的加工精度也要求提高，系统的造价也随之提高。同时，高压时，泄漏大，发热高，系统功率损失增加，噪声加大，元件寿命降低，维护也较困难。所以条件允许时，通常还是选用较低的供油压力。 常用的供油压力等级为7MPa到28MPa，可根据系统的要求和结构限制条件选择适当的供油压力。 4.3.2 伺服阀流量与执行元件尺寸的确定 如上所述，动力元件参数选择除应满足拖动负载和系统性能两方面的要求外，还应考虑与负载的最佳匹配。下面着重介绍与负载最佳匹配问题。 （1）动力元件的输出特性 将伺服阀的流量——压力曲线经坐标变换绘于υ－FL平面上，所得的抛物线即为动力元件稳态时的输出特性，见图37。 图37 参数变化对动力机构输出特性的影响a）供油压力变化；b）伺服阀容量变化；c）液压缸面积变化 图中 FL——负载力，FL=pLA； pL——伺服阀工作压力； A——液压缸有效面积； υ——液压缸活塞速度， ； qL——伺服阀的流量； q0——伺服阀的空载流量； ps——供油压力。 由图37可见，当伺服阀规格和液压缸面积不变，提高供油压力，曲线向外扩展，最大功率提高，最大功率点右移，如图37a。 当供油压力和液压缸面积不变，加大伺服阀规格，曲线变高，曲线的顶点A ps不变，最大功率提高，最大功率点不变，如图37b。 当供油压力和伺服阀规格不变，加大液压缸面积A，曲线变低，顶点右移，最大功率不变，最大功率点右移，如图37c。 （2）负载最佳匹配图解法 在负载轨迹曲线υ－FL平面上，画出动力元件输出特性曲线，调整参数，使动力元件输出特性曲线从外侧完全包围负载轨迹曲线，即可保证动力元件能够拖动负载。在图38中，曲线1、2、3代表三条动力元件的输出特性曲线。曲线2与负载轨迹最大功率点c相切，符合负载最佳匹配条件，而曲线1、3上的工作点α和b，虽能拖动负载，但效率都较低。 （3）负载最佳匹配的解析法 参见液压动力元件的负载匹配。 （4）近似计算法在工程设计中，设计动力元件时常采用近似计算法，即按最大负载力FLmax选择动力元件。在动力元件输出特性曲线上，限定 FLmax≤pLA= ，并认为负载力、最大速度和最大加速度是同时出现的，这样液压缸的有效面积可按下式计算： （37） 图38 动力元件与负载匹配图形 按式37求得A值后，可计算负载流量qL，即可根据阀的压降从伺服阀样本上选择合适的伺服阀。近似计算法应用简便，然而是偏于保守的计算方法。采用这种方法可以保证系统的性能，但传递效率稍低。 （5）按液压固有频率选择动力元件 对功率和负载很小的液压伺服系统来说，功率损耗不是主要问题，可以根据系统要求的液压固有频率来确定动力元件。 四边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为 （38） 二边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为 （39） 液压固有频率ωh可以按系统要求频宽的（5～10）倍来确定。对一些干扰力大，负载轨迹形状比较复杂的系统，不能按上述的几种方法计算动力元件，只能通过作图法来确定动力元件。 计算阀控液压马达组合的动力元件时，只要将上述计算方法中液压缸的有效面积A换成液压马达的排量D，负载力FL换成负载力矩TL，负载速度换成液压马达的角速度 ，就可以得到相应的计算公式。当系统采用了减速机构时，应注意把负载惯量、负载力、负载的位移、速度、加速度等参数都转换到液压马达的轴上才能作为计算的参数。减速机构传动比选择的原则是：在满足液压固有频率的要求下，传动比最小，这就是最佳传动比。 4.3.3 伺服阀的选择 根据所确定的供油压力ps和由负载流量qL（即要求伺服阀输出的流量）计算得到的伺服阀空载流量q0，即可由伺服阀样本确定伺服阀的规格。因为伺服阀输出流量是限制系统频宽的一个重要因素，所以伺服阀流量应留有余量。通常可取15%左右的负载流量作为伺服阀的流量储备。 除了流量参数外，在选择伺服阀时，还应考虑以下因素： 1）伺服阀的流量增益线性好。在位置控制系统中，一般选用零开口的流量阀，因为这类阀具有较高的压力增益，可使动力元件有较大的刚度，并可提高系统的快速性与控制精度。 2）伺服阀的频宽应满足系统频宽的要求。一般伺服阀的频宽应大于系统频宽的5倍，以减小伺服阀对系统响应特性的影响。 3）伺服阀的零点漂移、温度漂移和不灵敏区应尽量小，保证由此引起的系统误差不超出设计要求。 4）其它要求，如对零位泄漏、抗污染能力、电功率、寿命和价格等，都有一定要求。 4.3.4 执行元件的选择 液压伺服系统的执行元件是整个控制系统的关键部件，直接影响系统性能的好坏。执行元件的选择与设计，除了按本节所述的方法确定液压缸有效面积A（或液压马达排量D）的最佳值外，还涉及密封、强度、摩擦阻力、安装结构等问题。 4.4 反馈传感器的选择 根据所检测的物理量，反馈传感器可分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器和力（或压力）传感器。它们分别用于不同类型的液压伺服系统，作为系统的反馈元件。闭环控制系统的控制精度主要决定于系统的给定元件和反馈元件的精度，因此合理选择反馈传感器十分重要。 传感器的频宽一般应选择为控制系统频宽的5～10倍，这是为了给系统提供被测量的瞬时真值，减少相位滞后。传感器的频宽对一般系统都能满足要求，因此传感器的传递函数可近似按比例环节来考虑。 4.5 确定系统方块图 根据系统原理图及系统各环节的传递函数，即可构成系统的方块图。根据系统的方块图可直接写出系统开环传递函数。阀控液压缸和阀控液压马达控制系统二者的传递函数具有相同的结构形式，只要把相应的符号变换一下即可。 4.6 绘制系统开环波德图并确定开环增益 系统的动态计算与分析在这里是采用频率法。首先根据系统的传递函数，求出波德图。在绘制波德图时，需要确定系统的开环增益K。 改变系统的开环增益K时，开环波德图上幅频曲线只升高或降低一个常数，曲线的形状不变，其相频曲线也不变。波德图上幅频曲线的低频段、穿越频率以及幅值增益裕量分别反映了闭环系统的稳态精度、截止频率及系统的稳定性。所以可根据闭环系统所要求的稳态精度、频宽以及相对稳定性，在开环波德图上调整幅频曲线位置的高低，来获得与闭环系统要求相适应的K值。 4.6.1 由系统的稳态精度要求确定K 由控制原理可知，不同类型控制系统的稳态精度决定于系统的开环增益。因此，可以由系统对稳态精度的要求和系统的类型计算得到系统应具有的开环增益K。 4.6.2由系统的频宽要求确定K 分析二阶或三阶系统特性与波德图的关系知道，当ζh和K/ωh都很小时，可近似认为系统的频宽等于开环对数幅值曲线的穿越频率，即ω-3dB≈ωc，所以可绘制对数幅频曲线，使ωc在数值上等于系统要求的ω-3dB值，如图39所示。由此图可得K值。 图39 由ω-3dB绘制开环对数幅频特性a）0型系统；b）I型系统 4.6.3 由系统相对稳定性确定K 系统相对稳定性可用幅值裕量和相位裕量来表示。根据系统要求的幅值裕量和相位裕量来绘制开环波德图，同样也可以得到K。见图40。 实际上通过作图来确定系统的开环增益K，往往要综合考虑，尽可能同时满足系统的几项主要性能指标。 4.7 系统静动态品质分析及确定校正特性 在确定了系统传递函数的各项参数后，可通过闭环波德图或时域响应过渡过程曲线或参数计算对系统的各项静动态指标和误差进行校核。如设计的系统性能不满足要求，则应调整参数，重复上述计算或采用校正环节对系统进行补偿，改变系统的开环频率特性，直到满足系统的要求。 4.8 仿真分析 在系统的传递函数初步确定后，可以通过计算机对该系统进行数字仿真，以求得最佳设计。目前有关于数字仿真的商用软件，如Matlab软件，很适合仿真分析。
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课程设计说明书课程设计名称： 模拟电路课程设计 课程设计题目：声光控路灯控制系统设计－控制驱动模块 学 院 名 称： 信息工程学院 专业： 通信工程 班级： 080423 学号： 20 姓名： 龙光平 评分： 教师： 陈琼、刘敏 20 10 年 4 月 2 日模拟电路 课程设计任务书2009－2010学年 第 2 学期 第 1 周－ 2 周 题目 声光控路灯控制系统设计内容及要求1. 设计要求：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有声音时路灯点亮，否则不点亮。2. 电路组成框图 3. 组织安排：6人一大组，每2人一小组完成框图中的一个独立部分。进度安排1. 布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备： 2天； 2. 领元器件、制作、焊接：3天3．调试＋验收： 2.5天4. 提交报告：2009-2010学年第二学期3～7周学生姓名：刘帅、李星、龙光平、徐帮帮、陈健刚、冯希龙指导时间：第1～2周 指导地点：E楼610室任务下达 2010年 1 月16 日 任务完成 2010 年 3 月 13 日考核方式 1.评阅 √□ 2.答辩 √□ 3.实际操作√□ 4.其它√□指导教师 陈琼、刘敏 系（部）主任 陈琼摘要随着科学技术的发展，公共场所照明控制手段也将逐步更新，除现在已有的声光控开关外，还有微波感应开关和热释远红外感应开关。目前，微波感应开关的抗干扰性能尚不理想，红外感应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善的场所如宾馆、大饭店楼道及家庭走廊应用，在普通住宅楼、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，根据我国国情，可以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设计，此控路灯系统的设计采用模块化结构，主要由以下三个模块组成，即声音检测放大模块、光照度检测放大模块和控制驱动模块。在设计此控制系统时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、容易、条理清晰。同时调试起来也更容易。此电路是通过对外界信号的选择而使灯泡亮的功能。本电路利用LM324对信号进行放大，LM393构成比较电路，筛选信号主要用到与门7408，和继电器控制驱动，实验中灯泡用发光二极管串联一个10k的电阻代替。该声光控路灯初步评测使用还比较方便，应用也相对比较广泛。该系统在白天或者是亮度比较大的情况下不会亮，在光照度比较小的条件下遇到声响就会亮，并且持续一段时间然后自动熄灭。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，具有广泛的应用价值。通过本次实验，加强了我对模拟电子技术的理解以及对模拟电路的应用经过初步分析、准备和老师指导，本次课题设计除在美观方面处理得不够得当之外,本次电路设计基本完成了全部的设计要求。关键字： LM324 LM393 7408 延时 目 录第一章设计要求……………………………………………………………………21.1 基本要求…………………………… ……………………………………21.2 设计任务及目标 …………………………………………………………21.3 主要参考器件 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 2第二章 电路设计原理及单元模块•••••••••••••••••••••••••••••••••••• 32.1 设计原理••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 32.2 设计方案••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 32.3 单元模块••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 42.3.1与门7408信号筛选模块 …………………………………………42.3.2 multisim仿真图…………………………………………………6 2.3.3 三极管放大模块 ……………………………………………… 82.3.4 继电器驱动模块………………………………………………… 8第三章 安装与调试•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••103.1 电路的安装•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••103.2 控制驱动电路的调试••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••103.3 系统调试…………………………………………………………………11第四章 实验小结••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••124.1 心得与体会 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••124.2 结论………………………………………………………………………13参考文献•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••14附 录一••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 15附 录二••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 16第一章 设计要求1.1 基本要求：（1）白天由于光敏电阻或其它器件控制，不受声音的影响，不工作。（2）晚，正常受声音控制，拍手之类的声音灯亮，亮后30秒熄灭； 1.2设计任务及目标： （1）根据所学知识画出设计原理图。（2） 分析各模块电路的功能。（3）按原理图焊接好电路，然后调试，直到达到设计要求。（4）完成课程设计报告。1.3 主要参考器件： LM324 LM393 与门7408第二章 电路设计原理与单元模块2．1 设计原理声光控路灯的控制驱动系统总体参考方案图如图2-1所示。它包括声音信号和光照度信号的筛选模块、三极管放大模块、继电器控制驱动三个模块组成。从外界进行信号混合筛选和驱动控制系统，从而达到灯泡发亮的功能。 图2.1 声光控路灯控制驱动系统设计框图声音信号和光照信号筛选模块主要依靠与门7408对信号进行筛选只有都是高频信号才能通过。三极管放大模块是对进来的信号进行放大。继电器控制驱动模块是使信号达到灯亮的目的，从而达到实验设计要求。2．2 设计方案该课程设计的是声光控路灯控制系统。将该装置安装在楼道、走廊或卫生间等场所，在夜间或光线不足时，有人走动或发声时，灯会自动点亮，延时30S秒后自动熄灭。在白天，控制开关不通，有光时，即使有声音也不能亮。该课程设计的目的是声光控路灯控制系统的设计与制作，其主要工作方法是由声控和光控传感器来感应四周环境的变化，而做出相关的动作，从而控制照明灯的开关。白天当光线照射到光敏电阻上时，其通过感应使电路封锁声音通道，使声音脉冲不能通过，则灯泡不受声音控制，即声控传感器暂时失去作用，灯泡不亮。夜间或光线较暗时，光敏电阻因无光照呈低阻，经感应使声音通道开通，当有人走动或有人谈话时，通过声控传感器的感应，使得灯泡自动点亮，经过内部设定的时间后，灯泡自动熄灭。2．3 单元模块2.3.1 与门7408模块与门又称“与电路”。执行“与”运算的基本门电路。有几个输入端，只有一个输出端。当所有的输入同时为“1”电平时，输出才为“1”电高，否则输出为“0”电平。 与的含义是∶只有当决定一件事的所有条件都具备时，这个事件才会发生。逻辑与也称逻辑乘。图2.2 与门工作图一个与门芯片一般有14个管脚，其中分四个分块工作每个分块工作图如图2-1，其中7管脚接地，14管脚接5V的电压。信号从两个输入端输进，经信号筛选看是否出来信号。图2.3 与门14管脚图与门表达式：F = A * B表2.1 与门电路状态表A B F0 1 01 0 01 1 10 0 02.3.2 与门信号Mutisim2001的仿真图注：输入为一个高电平信号和一个低电平信号时，经过与门没有信号出来。如图2.4所示图2.4：低电平信号注：当输入的都是低电平信号的时，经过与门后没有信号出来。如图2.5所示图2.5：低电平信号图注：当输入的都是高电平信号时，经过与门后出来一个高电平信号。如图2.6所示图2.6：高电平信号图2.3.3 三极管放大模块为了使进来的信号达到固定要求，必须对信号进行放大，所以本模块采用的是三极管9013来放大。晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，本次试验使用的事NPN硅管。 对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。 三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。图2.7 三极管工作原理图2.3.4 继电器控制驱动模块该实验设计的最后一个驱动控制模块是继电器。 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 该实验设计采用的是电磁继电器。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。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）吸合。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”。 图2.8 继电器原理图第三章 安装与测试3.1 电路的安装一．电路安装要注意几个原则：1.先装矮后装高、先装小后装大、先装耐焊等等；2. 布线尽量使电源线和地线靠近实验电路板的周边，以起一定的屏蔽作用；3. 最好分模块安装。此外焊接时不能出现虚焊、假焊、漏焊，更不能出现过焊，因为有些器件，不能耐高温，比如焊接三极管时，电烙铁绝对不能停留太久。3.2 控制驱动电路的调试 本实验调试分三部分，首先给电路一个高频信号和一个低频信号，和两个低频信号，用示波器检测与门过后是否有信号。若没有信号则说明与门工作正常。再输入两个高频信号，看输出是否有信号，若有信号则说明与门工作正常，否则就是芯片有问题需更换芯片。若有信号进来，但灯泡未亮，则可能是信号太小没有达到继电器闭合的电流限度。这是应调整三极管，增加放大倍数。3.3 系统调试 将三个模块连接好，附上电源。看实验是否达到预定效果。若没有，则用示波器逐个检测信号，再检查是否存在虚焊的问题。直到达到实验效果。调试过程中如果发现电路不是怎么灵敏，可以调节声音检测放大系统的电位器，增加它的灵敏度。此外，还需要多次上电调试，观察电路是否有其他状况，是否有不稳定的情况发生。在调试过程中尤其要注意电路中的虚焊，如果电路不稳定，很有可能是虚焊引起的。在调试电路过程中，电路就出现了不稳定的问题，主要是灯时亮时不亮，最后发现时由于电源线虚焊了，经过重新检查和焊接，问题的得到解决。图3.1 驱动模块实物图第四章 实验小结4.1 心得与体会在这两周的电子技术设计中，完成了“声光控路灯控制系统设计”的课题。这是一种声音和光照双控照明灯，它可以用于楼梯、过道、库房的场合。白天光照好，不管过路者发出多大声音，都不会是灯泡发亮。夜晚光暗，电路的咪头只要检测到有碎发声响，就会自动亮为行人照明，过几分钟后又自动熄灭，节能节点。由于此电路在光线较暗时是否接通取决于声音的强弱，因此为加强其工作效应，设计了信号放大整形电路，微弱的信号经过此电路加工也能使开关工作。本次的声光控路灯的设计实践将平时学到的知识应用到了实践，深化了对模拟电子设计的认识，在设计的实践中获得新知。学习了的理论知识和实践操作，不仅仅得到的是课本上的东西，更重要的是通过自己的独立动手，老师和同学的耐心指导，学会了分析电路、设计电路的步骤以及仿真焊接等。在此设计中利用到了三极管的放大 、光敏效应，温习了LM324的知识与应用， 进一步空固和掌握前面所学的基础知识，加深对了对模拟电路的理解，对元器件的使用更加深刻。设计一开始不知如何下手，经过查阅资料和老师指导，终于成功的完成了设计。懂得了无论是生活还是学习都离不开外界的力量，当然也要有自己的努力，老师说：“做得好不好是另外一回事，但是要自己动手去做，认真思考。”这次的设计有很多的不足，做得比较辛苦效果却不是很好，很多东西平时学得也不透彻，觉得做一次课程设计从每一个细节都是在锻炼。从中收获良多，能把知识真正变成自己的东西。.4.2结 论本设计主要通过模块化思想，逐步实现设计所需达到的功能要求：声音检测放大模块是对外界信号的感应系统。光照度检测模块主要是感应外界光照度。继电器控制驱动模块主要是为了实现对外界光信号和声音信号的感应，从而筛选出高频信号，达到灯亮的功能。此次课程设计采用的电路原理基于模拟电子电路的基本知识，模块化的设计理念是此次设计的亮点。对于信号的放大可以用LM324做，再经过延时比较出来一个感应信号。对于光照信号，采用桥式电路可以更好的采取光信号，再经过放大比较出来一个感应信号。然后由与门检测感应信号，从而达到驱动的目的而使灯发亮。该设计虽然比较粗糙，但随着能源的供应紧张化，节能的目的显得越来越重要。该设计的目的就是节能。因此该设计还是很有发展潜力的，而且控路灯相对长明灯来说方便、廉价，所以在未来的一段时间内，该设计的前景非常美好。参考文献〔1〕童诗白.模拟电子技术基础（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2006 〔2〕高吉祥.电子技术基础实验与课程设计[M].北京：电子工业出版社，2002[3] 邱关源.电路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006[4] 邓谦.低频线路指导书[M].南昌：南昌航空大学信息工程学院，2009[5] 胡斌.图表细说电子元器件[M].北京：电子工业出版社2008[6] 郑步生.Multisim2001电路设计及防真入门与应用[M].北京：电子工业出版社2008附录一 元器件清单序号 类型 型号 数量1 芯片 LM324 22 LM393 23 CD7408 14 MIC 15 继电器 9V 16 电容 104 47 47uF 18 二极管 发光二极管 19 4148 210 三极管 9013 111 电阻 200k 112 47k 113 10k 1214 2k 215 1k 116 电位器 20 117 10k 318 2k 1附录二 方案总原理实物图
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