声光控传感器应用电路设计单片机课程设计报告书

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1、 . . . 摘 要声音检测技术在人们的日常生活和工作中扮演着重要的角色。本课程设计主要介绍了简单的基于单片机的声音检测技术，它可以实现对一定频率围的声音的检测，但仍有许多不足之处，如检测的精度不够高，易受噪声干扰等。 随着科学技术与社会经济的迅速发展，人们对生活的质量与人身与物质的安全要求越来越高。因而声音检测技术受到了人们的高度关注。它在人们的日常生活和工作中发挥了极为重要的作用，许多设备都用到了声音检测技术。如室报警器，汽车报警装置，声控灯等。又如，通过检测火山爆发，海啸，台风等发生之前辐射出的次声波，可以预测这些灾害性事件。目前，声音检测技术已经有了一定的发展，其产品已广泛应用与人们的

2、工作与国家的国防等方面。一些公司研制的声音传感器已相当先进。如光纤声音传感器，它可以应用于在潮湿和水下环境中的远程监控，几乎没有传感器能与它在灵活性，多样性和性能方面更胜一筹。尤其在复杂的环境中,例如强电磁和放射性的领域, 外界的强电磁和静电能使许多感应器的功能失效甚至会毁坏它们，但不能对光纤声音传感器产生任何的干扰作用。关键词：声音检测；应用环境；声控设备；远程监控10 / 12目 录一、设计要求1二、设计方案与其特点2三、传感器工作原理3四、声光联控延时照明电路图5五、声光联控延时照明电路的参数选择7六、总结8声光控传感器应用电路设计一、设计要求1、功能与用途我想我要设计的是类似于楼道中的

3、节能灯的系统即：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。当有人经过该开关附近时，脚步声等把节电开关启动，灯亮，延时40-50秒，不同的是我们这里用515V直流稳压电源供电，由分离元器件或数字集成电路组成。2、组成部分1.控照明电路：作为声控电路对声音信号的要求既不能太强也不能太弱，太强声控难以实现；而太弱电路结构复杂也难以实现，最好是能接收到如人的讲话声，脚踏地板声。当这类信号转化为电信号时，电信号一般较弱，必须对其进行放大对此可选择功放电路，运放电路，差分电路等，根据电路对信号的要求一般选择运放电路较好，提高信号输出电压。经过这一步实现了声音

4、信号到电信号的转换。有了电信号实现声控就容易了，我们可以让产生的电信号去触发触发器使电路导通。半导体器件必须保证灵敏度高，各电参数精确稳定。实验还提示了驻极体话筒，可以直接将声音信号转换为电信号，下面就运用声音传感器设计的声控照明电路加以分析：声控照明电路的主要原理:是利用了声学和电子学的原理即用声音传感器将声音信号转换成电信号从而推动触发器触发使电路。作为一个智能化声控照明电路应具有以下功能：能在声音的控制下实现电路的导通与截止。声音的发出应是多方面的如脚步声，物体打击声等。响应时间应越短越好。2.控照明电路：如555定时器，作为一个延时电路，在整个电路中其应在延时结束后能发出一个结束信号，

5、控制电路是否继续工作下去。总之，在白天由光控部件控制电路，无论外界有无声音发出电路都不会工作，而到了夜晚光控部件就不在起作用由声控部件控制电路，只要在一定围有声音发出且达到一定响度电路就会导通工作，又由延时部件控制其工作时间。声、光、延时三部分是相互联系。光敏元器件的应用在光照的情况下使其电参数发生变化从而使其对电流的阻碍作用减小或增大，进而使电路导通或截止，电信号强弱的改变光控转化为电控电路功能的实现便容易了。在这样的电路设计中，对电路元器件的要求也极为高尤其是光敏元件是光控电路功能实现的核心，必须保证其各项参数的精确，稳定。故在选择这类元器件时一定要选择高灵敏度工作稳定可靠的元件，当然电路

6、工作的稳定是否？功能能否实现？并不仅仅只和电路元器件有关，外加电源也是不可忽视的，与声控电路一样最好也是给光控电路加上一个稳压电路确保电路能正常工作。3.时电路：即我是要利用电子计数器的原理实现定时功能。 由硬件构成的定时器，一般是用改变R、C元件值控制定时的，其效率较高二、设计方案与其特点如图所示，我的设计组成是这样的，它主要由一个话筒，电压比较器，有光敏电阻控制的总开关和声控电子开关，一个延时电路等部分组成。我设计的这个声光联控延时照明电路的主要原理就是利用光控部件控制电路白天不工作，而夜晚则由声控部件控制其工作，再由延时部件控制其工作时间。在白天由光控部件控制电路，无论外界有无声音发出电

7、路都不会工作，而到了夜晚光控部件就不在起作用由声控部件控制电路，只要在一定围有声音发出且达到一定响度电路就会导通工作，又由延时部件控制其工作时间；由该事例可知声、光、延时三部分是相互联系的没有光控电路不完善，没有声控电路也谈不上延时，而没有延时电路也谈不上控制，总的来说电路的设计较完备。驻极体话筒声-电比较电压光敏开关延时电路图1总设计框图往常的开关路灯，在无人的时候也亮着，无疑的是一种浪费。而在一些学校、办公楼、街道设施等公共设施大多的灯都是通过开关电路控制，这种浪费不仅加大了财政支出，且对于用电高峰时无疑是一种负担；为了节约用电大多数设施都采用节能灯，可是这还是有浪费现象。同时，也越来越多

8、的学校、企业重视这个问题，采用声光控来做为节能的一个重要环节，例如：为了节能减排，北交大对学校的基建设施进行了全方位技改，学校投入60多万元更换新型的节能灯管，在楼道安装声光控开关，年节电约30万度；沃尔玛位于王家湾摩尔城的新门店开业，配备声光控书架式冷柜，有人靠近冷柜时，冷柜灯才会自动打开，比普通冷柜节能3成以上声光控电路不仅应用于灯开关，还可以应用很多的自动开关电路，甚至还可以做成简易的报警电路；做为学电子信息的一名学生，我们还可在这一领域探讨研究，将声光控电路加以改进。三、传感器工作原理1.音传感器：用话筒把声音信号转化为电信号，电信号一般较弱，可对其进行放大对此可选择功放电路，经过这一

9、步实现了声音信号到电信号的转换。有了电信号实现声控就容易了，我们可以让产生的电信号去触发触发器使电路导通。我用的是实验要求推荐的驻极体话筒，起到让声音信号变为电信号即声控开关的作用。我想我要设计的是类似于楼道中的节能灯的系统即：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。当有人经过该开关附近时，脚步声等把节电开关启动，灯亮，延时40-50秒，不同的是我们这里用515V直流稳压电源供电，由分离元器件或数字集成电路组成。2.控部分：光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。根据

10、资料：光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）就激发出电子空穴对，参与导电，使电路中电流增强。可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。我选用的光敏电阻与电阻串联，起到一个总开关的作用。3.时部分：采用我们这学期学过的555电路为核心，设计一个定时集成电路，以达到收到电信号后能达

11、到延时40-50s的实验目的。主要会由三部分组成：1.控照明电路：作为声控电路对声音信号的要求既不能太强也不能太弱，太强声控难以实现；而太弱电路结构复杂也难以实现，最好是能接收到如人的讲话声，脚踏地板声。当这类信号转化为电信号时，电信号一般较弱，必须对其进行放大对此可选择功放电路，运放电路，差分电路等，根据电路对信号的要求一般选择运放电路较好，提高信号输出电压。经过这一步实现了声音信号到电信号的转换。有了电信号实现声控就容易了，我们可以让产生的电信号去触发触发器使电路导通。半导体器件必须保证灵敏度高，各电参数精确稳定。实验还提示了驻极体话筒，可以直接将声音信号转换为电信号，下面就运用声音传感器

12、设计的声控照明电路加以分析：声控照明电路的主要原理:是利用了声学和电子学的原理即用声音传感器将声音信号转换成电信号从而推动触发器触发使电路导通工作。 作为一个智能化声控照明电路应具有以下功能：能在声音的控制下实现电路的导通与截止。声音的发出应是多方面的如脚步声，物体打击声等。响应时间应越短越好。2.光控照明电路：光敏元器件的应用在光照的情况下使其电参数发生变化从而使其对电流的阻碍作用减小或增大，进而使电路导通或截止，电信号强弱的改变光控转化为电控电路功能的实现便容易了。在这样的电路设计中，对电路元器件的要求也极为高尤其是光敏元件是光控电路功能实现的核心，必须保证其各项参数的精确，稳定。故在选择

13、这类元器件时一定要选择高灵敏度工作稳定可靠的元件，当然电路工作的稳定是否？功能能否实现？并不仅仅只和电路元器件有关，外加电源也是不可忽视的，与声控电路一样最好也是给光控电路加上一个稳压电路确保电路能正常工作。3.时电路：即我是要利用电子计数器的原理实现定时功能。 由硬件构成的定时器，一般是用改变R、C元件值控制定时的，其效率较高如555定时器，作为一个延时电路，在整个电路中其应在延时结束后能发出一个结束信号，控制电路是否继续工作下去。总之，在白天由光控部件控制电路，无论外界有无声音发出电路都不会工作，而到了夜晚光控部件就不在起作用由声控部件控制电路，只要在一定围有声音发出且达到一定响度电路就会

14、导通工作，又由延时部件控制其工作时间。声、光、延时三部分是相互联系。四、声光联控延时照明电路图 图1联控延时照明电路电路工作原理利用声光传感来控制电。VD1VD4构成桥式电路，R4、VD8、DW1、C3组成稳压二极管稳压电路产生5V直流电压给控制电路供电。在白天，光线强，光敏电阻R8阻值小，V3饱和，U1D的13脚为低电平，U1D输出高电平，VD10截止，U1B的5、6脚为高电平，故4脚输出低电平，U1A的3脚输出高电平，V2饱和，可控硅V1的G极为低电平， V1截止，灯不亮。在晚上无声音状态，光敏R8阻值增大，V3退出饱和，U1D的13脚为高电平，该门的输出由12脚的电平控制。无声音，MIC

15、阻大，U1C的8、9脚高电平，10脚输出低电平，VD9截止，C3无充电电压，故U1D的12脚为低电平，维持11脚输出高电平，与上一样，灯不亮。在晚上有声音状态，MIC阻减小，U1C的8、9脚低电平，10脚输出高电平，VD9导通，U1D的12、13脚为高电平，11脚输出低电平，VD10导通，U1B5、6脚低电平，4脚输出高电平，U1A的1、2脚高电平，3脚输出低电平，V2截止，可控硅V1的G极为高电平，V1导通，灯亮。延时控制：声音过后，MIC阻增大，U1C的8、9脚高电平，10脚输出低电平，VD9截止， C3通过R9放电，放电时间长短决定灯亮的时间，放电至U1D的12脚为低电平时，灯灭。876

16、51234VccDisTHVmGNDTRQRd图2 555定时器示意图7 4 86 Q 555 32 1 5Vcc 5v0.01ufUo300欧10k欧U1图3 单稳态触发器五、声光联控延时照明电路的参数选择1、总体描述首先输入一次脉冲信号，调节555定时器做的单稳态触发器中的可调变阻器RW，使延迟时间变为实验所需的40-50秒，即可正常工作。实验结果：当白天时，光敏电阻RL成低阻状态，与非门输出高电平，555定时器3脚则保持低电平，继电器开关K保持断开状态，照明电路断开，有声音时灯也不会亮。当夜晚时，光敏电阻RL成高阻状态。阻值远远大于R6，输出高电平。这是如果话筒未接收到声音时，LM390

17、0的4脚输出为高电平，电容C2右端为高电平，信号通过逻辑门电路后变为高电平，输入到555定时器2脚，555定时器3脚则保持低电平，继电器开关K保持断开状态，照明电路断开，灯不亮。如果话筒接收到声音时，LM3900的4脚输出为低电平。由于电容两端电压不能突变，电容C2右端为低电平，信号通过逻辑门电路后变为低电平。输入到555定时器2脚，当555定时器2脚接收到一个低电平时，555定时器3脚则输出一定时间的高电平，使三极管T导通，继电器开始工作，继电器开关K闭和，照明电路接通。照明持续一段时间后，555定时器3脚变为低电平，继电器开关K关断，照明电路断开。2、元器件选择IC选用CMOS字集成电路C

18、D4011, C D4011有四个独立的与非门电路，部功能见图3。VSS是电源的负极，VDD是电源的正极。可控硅T选用1 A/400V的进口单向可控硅1006型，如负载电流大可选用3A,6A,10A等规格的单向可控硅，它的测量方法是:用RX1档，将红表笔接可控硅的负极，黑表笔接正极，这时表针无读数，然后用黑表笔触一下控制极K，这时表有读数，黑表笔马上离开这时表仍有读数(注意触控制极时正负表笔是始终连接的)说明该可控是完好的。驻极体选用的是一般收录机用的小话筒，它的测量方法是:用RX100档将红表笔接外壳的S、黑表笔接D，这时用口对着驻极体吹气，若表针有摆动说明该驻极体完好，摆动越大灵敏度越高;

19、光敏电阻选用的是625A型，有光照射时电阻为20K以下，无光时电阻值大于1M，说明该元件是完好的。二极管采用普通的整流二极管1N40011N4007。总之，元件的选择可灵活掌握Rl-R13。3、元器件清单表1元器件清单元件清单C1 , c2 , c40.1ufC3100ufR1,R4,R52.2k欧R21M欧R3470k欧R691K欧R710K欧R8270K欧R956K欧滑动变阻器100k欧RL亮组=1M非门与非门电压比较放大器LM3900555定时器蓄电器开关三极管LED5w直流稳压电源5v六、总结随着社会的发展，电子信息、传感器产品在日常生活中屡见不新，更新的速度也飞之极快。在学习自动转换

20、与测量技术中我们也了解了一些常用传感器。 传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官，也就是我们所说的将非电量转化为电量的一种仪器。基于传感器的设计与制作，我选择以光敏传感器为核心，并利用在PCB课程中所学的声光控开关来设计我的课题。其声光控在生活应用中随处可见，实用性也较为广泛，因此把由光敏传感器组成的声光控开关电路作为本次课题。这次课程设计让我很难忘，通过此次电子设计我明白了想要把所学的知识应用于实践一定要有扎实的基本功，完整的知识体系，所以说这次课程不仅锻炼了我的创作能力用所学知识设计了自己

21、的电子产品，而且加深了我对模拟电路和数字电路的了解和利用，大幅度提高了自己的知识水平和运用知识的能力，也认识到了由于自己知识水平有限，没有使用更合理技术，设计出更好的作品。设计的作品缺陷是电路复杂，但能比较精确的控制时间，能基本达到任务书中所要求的容，当然我知道这还远远不够。我还认识到了不光是理论课，与之配套的实验课容有着同等重要的作用，我的这次设计主要要解决的就是延迟电路的设计，而给我思路与灵感的正是这学期所学的，与数字与模拟电路实验课所学的，咱们石油学院自编的实验教材“脉冲与数字电路实验讲义”中对555定时器的推广应用“单稳态触发器”，有了这个理论基础做后盾后，剩下的问题显得迎刃而解，一个光敏总开关，一个麦克当信号源跟稳态触发器一接，再加个电源，我很快就完成了设计任务，心里很高兴，有一种说不出的成就感，毕竟这是我从理论走向实际，从让老师手把手教的学生变成一个自主运用知识解决实际问题的设计者，这是我在大学学习生活的又一大收获。参考文献1 郭勇.PROTEL DXP 2004 SP2印制电路板设计教程.机械工业M.20092 梁森、黄杭美.自动检测与转换技术.机械工业M20103 周绍敏.电工基础.高等教育M.20094 百度百科传感器baike.baidu./view/16431.htm5 方金兰.高校节能减排的一个成功样本. 经济参考报J 2009-12-31