声控灯课程设计论文

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1、第一章 绪论用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适合于各种楼房走廊的照明设备。本课题研究的内容是楼道照明灯控制电路设计。通过对声光延时控制电路的电路组成、电路原理、单元电路设计、电路调试与选择以及数据与分析等几方面的研究，实现了声光延时楼道照明灯在白天不工作，

2、而夜晚收到突发声响信号时自动开灯，并延时5s后自动熄灭的控制要求。减小了无效电能的损耗，达到了节能的效果。第二章 声控灯系统总体方案设计2.1 设计要求：要求电路在无光照情况下有声音信号时。使灯（用LED发光管模拟）点亮：无声时延迟5秒后熄灭，声音间隔小于5秒则LED持续点亮，在有光照情况下有声无声均不点亮；电路如果在照明灯点亮期间又有新的声源出现，照明灯应重新开启。2.2 电路原理及参数计算（1）电路原理图图2-1 声控部分原理图图2-2 总原理图（2）电路原理声音进入话筒转变为电信号与R1分压，经过C2（10uf）电容进行信号筛选，由电源提供5V直流电压，经过R3（4.7K）电阻与接地的R

3、4（4.7K）电阻产生静态工作点Q（2.5V）直流信号从3引脚进入集成块LM358中。在LM358内部，由3引脚进入运算放大器的信号产生的输出信号进入负反馈网络，C1（10uf）的作用是当信号为直流信号时反馈为1，即静态工作点不变。对于LM358内的比较器，当有光照的时候，光敏电阻的阻值降低，光敏电阻两端的电压也随之降低，进入LM358的5引脚的电压小于2.5V，比较器无输出进入NE555，此时不工作；黑天无光时，电阻增大，两端电压增大，大于2.5V，使比较器的输出为1，NE555正常工作。当反馈电路输出的电压U小于1/3VCC，即U小于1.67V时，NE555输出的上升沿信号到74HC123

4、的A1（1引脚）和A2（2引脚）后变为下降沿，灯亮；当反馈电路输出的电压U大于2/3VCC，即U大于3.33V时，NE555输出的下降沿信号到74HC123的A1（1引脚）和A2（2引脚）后变为上升沿，灯灭。（3）电路参数计算当光线充足时，光敏电阻阻值很小，LM358的3脚分压小，电压比较器输出1脚为低电平。NE555电路4引脚为低电平有效，此时不管2脚和6脚输入为高或低，OUT输出端直接复位为0。74HC123的1脚和2脚也为低，其Q端输出也为低，Q端为高电平，发光二极管负端为高，灯不会亮；当光线不充足时，光敏电阻阻值很大，LM358的3脚分压大，故电压比较器反相输入，输出为高电平，NE55

5、5的直接复位端4脚无效。这时若有声音信号通过驻极体话筒输入，通过电容滤波后输入LM358声控放大电路，经放大后输入NE555的2脚和6脚，正弦波形被施密特变换为反相矩形波。NE555的2脚和6脚输入大于的电压，3脚输出OUT由低变为高，74HC123的1脚和2脚接收到一个上升沿脉冲，输入到74HC123单稳态触发器后再次经波形变换，Q端产生一个上升沿脉冲。由于LED接入74HC123的Q引脚，故其在Q引脚是一个下降沿脉冲，此时发光二极管负端为低，灯会亮，亮时延迟时间为脉冲宽度。声音信号消失，Q端上升沿维持5s后灯会自动熄灭。要使LM358的声控放大电路的放大倍数为3050，即,可选用=4.7K

6、、=150，此时算得。，要使LM358的2脚和5脚的电压为，必须选用两对阻值一样的电阻，这里在5引脚选用4.7K，在2引脚选用1K。要使延时时间为5s，即使=5s，选用150的电阻和47uF的电容，即在14脚和15脚间接入47uF的电容，在15脚和间接入150电阻。2.3 元器件的介绍及其功能此次课程设计主要有LM358、NE555和74HC123 三个集成器件，发光二极管，光敏电阻，驻极体话筒以及电阻和电容等基本电路元器件。（1）LM358LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器， 适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，它的使用范围包括传感放大

7、器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源的运算放大器的场合。 LM358其内部电路及管脚排布如图2-3所示： 图2-3 LM358内部电路及管脚排布（2）NE555555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555 定时器的电源电压范围宽，可在4.5V到16V 工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电平兼容。 555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。NE555是一种应用特别广泛作用很大的集成电路，在很多电子产品中都有应用。NE5

8、5的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。NE555内部结构及引脚排如下列图2-4所示：图2-4 NE555的内部结构及引脚排列（3）74HC12374HC123是一款高速CMOS器件，74HC123引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC123遵循JEDEC标准no.7A。74HC123是双路可再触发单稳多谐振荡器，可通过多达3种方式实现输出脉宽控制。74HC123的nA和nB输入带施密特触发功能，使得电路对缓慢的输入上升和下降具备更高的容差性。 74HC123 参数 74HC123 基本参数 电压 2.06.0V 驱动电流 +/-5.2 mA 传输延迟

9、 26 ns5V 74HC123 其他特性 逻辑电平 CMOS 功耗考量 低功耗或电池供电应用 74HC123 封装与引脚 SO16, SSOP16, DIP16, TSSOP16 74HC123 特性： DC通过高有效或低有效输入触发 可再触发，以适应超长脉冲，最高可达100%占空比 可直接复位，终止输出脉冲 除了复位输入，所有输入带有施密特触发功能 ESD保护HBM EIA/JESD22-A114-C超过2000 V MM EIA/JESD22-A115-A超过200 V 。温度范围 ：-40+85 、 -40+125 。器件中单稳触发器作用是不管触发信号持续多长时间，只固定维持外围阻容给

10、定的一段时间就恢复触发前状态，外围电阻电容决定单稳时间，因为触发是由边缘触发，上升或下降沿。可再触发单稳不同之处是前次触发后的单稳没有恢复触发前状态而又有触发信号时，可再触发单稳将在触发边缘开始继续维持阻容给定的单稳时间，而单稳是不理会在翻转后的触发信号的。此芯片也可做多谐振荡器用。74HC123的引脚排列、内部结构及功能表如图2-5，2-6及表2-1所示：图2-5 74HC123引脚图图2-6 74HC123内部结构表2-1 74HC123功能表74HC123单稳态触发器。它有两种输入，A为低电平有效，B为高电平有效。有两种输出，正好相反。用外接的电阻电容作定时元件，时间自己定，比74LS电

11、路易用。 单稳态触发器74HC123及外围电路来实现该功能。74HC123为双可重复触发的单稳态，其输出脉冲的宽度主要取决于定时电阻R与定时电容C，脉宽的计算为电容值与电阻值的乘积即：WP=RC，在实际设计中R=5kW，C=80pF，输出脉宽为400ns、幅度约5V。脉冲快沿放大与射极跟随输出电路，主要作用是对整形与展宽后的触发脉冲进行加速和放大，以便得到有较高幅度和较快上升沿的脉冲信号去触发场效应管2SC3306。 （4）、驻极体话筒驻极体话筒：驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。属于最常用的电容话筒。由于输入和输出阻抗很高，

12、所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。驻极体话筒如图2-5所示： 图2-7 驻极体话筒 （5）、光敏电阻光敏电阻：又叫光感电阻，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。通常，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，半导体片内就激发出电子空穴对，参与导电，使电路中电流增强。如图2-6所示：图2-8 光敏电阻（6）发光二级管发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以

13、用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能，发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由电子，在PN结的附近分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。电子和空穴复合时释放出的能量多少是不同的，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。如图2-9所示：图2-9 发光二级管2.4 方案论证利用声控，

14、光控电路将声音信号，光信号转化为电信号，其中的运放LM358将信号放大，用555构成的施密特触发器对波形整形，使输出为方波，用74HC123单稳态触发器控制延时时间，接LED发光二极管，从而实现整个电路的设计。声源产生的声音信号，经声电转换器后转换成微弱的电信号，该信号经放大后送处理器处理，处理器将幅度、频率不尽相同的一群声波信号转换成一次状态改变的控制信号，该信号经延时处理电路达到设计要求时间与设计要求功能，经执行机构直接控制负载动作。 第三章 电路的焊接与调试3.1 电路的焊接(1) 焊接顺序：先测量，作好记录、清洁、挂锡、焊接、最后在检查测量。(2) 焊接方法：将元器件合理的安排好后，直

15、立电烙铁，接触焊锡，为了是器件整体美观，尽量要求焊接上的器件里版面越0.2毫米。焊点尽量圆滑美观。3.2 电路的调试在电路板焊接完成后，先用万用表检查各接线是否焊接良好，是否有松动和漏焊。把焊接好的电路板接到5V电源上，在接入电源的时候正负极及地线一定要接对，如果担心线路有错误而把电路板烧坏，可以先用万用表测LM358的2脚、3脚以及5脚、6脚电压是否为2.5V进行观测。出现的问题及解决方法：接好5V电源后灯一直亮，延时电路没有起到作用。检查电路，发现发光二极管接了74HC123的8脚没有焊牢固。仔细焊接后，再次接电源，灯亮了但不符合条件，即使通电后有延时，但声控部分不好使，重新检查下发现犯了

16、一个很低级的错误，原来358的电源和地没有接号，重新焊接又接到电源上，电路板终于能够正常工作。第四章 总结与展望在这两周的电子技术课程设计中，我做的课题是“声控灯”。这是一种声音控照明灯，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，电路的拾音器只要检测到有碎发声响，就会自动亮为行人照明，过一段时间后又自动熄灭，起到了节能的作用。本次的声光控制开关的设计实践将我们学到的知识应用到了实践，深化了对数字电路设计、和模拟电子设计的认识，使我们在设计的实践中获得新知。学习的理论知识和实践操作，我不仅仅得到的是课本上的东西，更重要的是我通过自己的独立动

17、手，老师和同学的耐心指导下，让我学会了分析电路、设计电路的步骤。在此设计中利用到了放大 、光敏、延时的知识,让我们进一步巩固和掌握所学的基础知识，加深对了对模拟电路.数字电路的理解。从课设开始到结束过程中，我学到了许多，不仅巩固了以前所学的知识，而且学到了很多书本上学不到的东西。通过此次课程设计使我懂得了理论与实践相互结合非常重要，光有理论知识是远远不够的，从理论和实践中得出结论，才能真正学会贯通，提高自己的实际动手和独立思考的能力。此外，这次课程设计与我们的日常生活是息息相关的，以前只知道学习书本知识，都不知道我们将来毕业可能会从事什么工作。这次课设使我知道我们将来或许可以做出比声光控制灯更

18、加智能更加灵敏的现代科技产品，我觉得学好专业课学好一技之长非常重要。 致 谢在此感谢我的组长，在他的带领下，与同组成员齐心协力完成电路板，并调试成功。虽然我们组的进度并是很快，但我们认真对待，有质量的完成此次课设。同时感谢另两位组员，和我一起帮助组长完成课设。最后感谢院系领导和老师对我们的耐心指导和帮助，使我们学到更多课本上学不到的知识，我们会以更好积极的精神状态去学习新知识，回报学校，回报社会。附 录参考文献1.电子技术实验教程-高等教育出版 2005年2.电子技术基础模拟部分 - 康光华 高等教育出版20053.电子实验与电子实践南寿松 - 中国标准出版20044. 数字电子技术基础- 阎石 高等教育出版2005