声光双控开关课程设计

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1、论文（设计）题目： 声光双控电子开关 目 录摘要关键词一、设计任务与要求二、方案设计与论证2.1设计要求的总体分析2.2方案一2.3方案二2.4方案比较三、单元电路设计与参数计算3.1电源部分的设计3.2光控部分的设计3.3 声控部分的设计 3.4 延时部分的设计四、总原电路及元器件清单4.1声光双控电子开关原理4.2PCB制板图4.3整体电路仿真图以及仿真结果分析4.4元件清单五、安装与调试六、性能测试与分析七、结论与心得八、参考文献 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

2、率很高，增大了维修量、浪费了资金。而这里将介绍一种声光双控延时节能开关及工作原理，它可以直接取代普通照明开关而不必更改原有照明线路，节电效果十分明显。天黑有人走过楼梯通道时，当有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。这种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。 关键词：自动控制；信号放大；光电开关；声光控电路；延时电路。一、设计任务与要求1、白天正常光照下，无论有无声音该开关不动作，

3、灯不亮；2、夜晚无声音的时候，灯不亮。有声音出发时，开关动作，灯亮；3、灯亮一定时间后，自动熄灭且延时时间可调。（30s60s）；4、可靠性、安全性、寿命性能要良好、价格低。AC220VDC12V电源部分声控部分延时部分受控部分光控部分二、方案设计与论证2.1设计要求的总体分析声光双控电子开关就是用声音和光来控制开关的“开启”，白天光线强，电路封锁了声音通道，即灯泡亮灭不受声音控制。夜晚无光线，就由声音控制开关的“开启”，若干分钟后延时开“自动关闭”。因此，整个电路的功能就是对声音信号进行处理放大等处理，使之变为电子开关的开关动作。2.2方案一如图2.2.1所示，电路原理框图如图2.2.2所示

4、，电路由二极管V1V4构成桥式整流管讲市电变为脉冲电流，再经R7限流，V5稳压，C3滤波输出8V直流电，为集成块CD4011及三极管V7提供电源。白天光线射到光敏电阻RG上时，其阻值变得很小，使与非门D1输入端的1脚为低电平，输出被锁定为高电平，与2脚的输入电平高低无关。所以电路封锁了声音通道，使声音脉冲不能通过，即灯泡亮灭不受声音控制。这时，与非门D1输出的高电平经D2、D3、D4三次反向后输出低电平，晶闸管VS无触发信号不导通，灯不亮。夜间，GR因无光线照射呈高阻，使与非门D1的输入端1脚为高电平，与非门D1的输出状态收2脚的输入电平控制，这为声音通道开通创造了条件。2脚低电平时与非门D1

5、输出低电平。没有声音信号时，三极管7处于饱和状态，2脚为低电平。当楼梯有人走动或有人说话时，话筒B拾取声音信号经V7放大，三极管V7由饱和状态变为放大状态，V7的集电极由低电平变为高电平并送至D1的2脚，由D1输出低电平，经D2反向输出高电平对电容C2充电，因冲电常熟非常小，很快变为高电平经D3、D4二级反向输出高电平，通过R6触发VS导通，灯泡亮。声音消失后，D2输出低电平，因V6的阻断作用，电容C2只能通过R5缓慢放电，D3的输入仍保持高电平，D4的输出也保持高电平，灯泡维持发亮。经过一段时间后，当电容C2两端电压下降到低电平时，D4输出为低电平，VS无触发信号而关断，灯泡自动熄灭。该电路

6、的延时时间即为灯每次点亮的时间，主要有电阻R5与C2的放电时间常数决定，通过增减R5或C2的数值就可以调节延迟的时间。 图2.2.1 电路原理图声音拾取声音放大稳压，滤波整流、降压延时电路受控部分控制部分 图2.2.2 电路原理框图2.3方案二电路的原理图如图2.3.1所示，电路原理框图如图2.3.2所示。结合原理图和电路框图分析，声音信号 ( 脚步声、掌声等 ) 由驻极体话筒BM接收并转换成电信号，经C1耦合到D3进行电压放大，与非门D3此时是一个放大电路，放大的信号送到R3的一端。R3、R4构成分压电路，并接到控制门D4的13脚，作为声控信号。当有声音信号时，IC的10脚为高电平“ 1 ”

7、，则 R3、R4的中间分压为低电平“ 0 ”，即控制门D4的13脚为低电平。 为了使声光控开关在白天开关断开，即由光敏电阻RG等元件组成光控电路。R6和RG组成串联分压电路，夜晚无环境光时，光敏电阻的阻值很大，RG两端的电压高，则与非门D1的1脚为高电平“ 1 ”。通过与非门D1则为低电平“ 0 ”。通过二极管D1输入到控制门D4的13脚，也为低电平“ 0 ”。使声光控电路工作具备了光控条件。白天较强的环境使RG的阻值很小。RG两端的电压几乎为0，即为低电平“ 0 ”，则与非门D1的1脚为低电平“ 0 ”，使声光控电路不具备光控条件，电子开关处于断开状态。 当夜晚，同时又有外界声音信号时，控制

8、门(与非门)D4的输入端，有一端为低电平“ 0 ”，输出为高电平“ 1 ”。使单向可控硅导通，电子开关闭合；同时给C3充电，C3和R5构成延时电路。延时时间 T=2 R 5C3，改变R5或C3的值，可改变延时时间，满足不同的延时要求，C3充满电后只向R5放电，当放电到一定电平时，与非门D2的输入端5、6脚为低电平，输出为高电平。与非门的12脚为高电平“ 1 ”，同时没有声音信号时与非门的13脚也为高电平“ 1 ”，与非门D4，的两个输入端为高电平，则它的输出为低电平“ 0 ”，使单向可控硅截止。电子开关断开。完成一次完整的电子开关由开到关的过程。 图2.3.1 电路原理图感光RG减音B放大D3

9、延时R5、C2整形D2反向D1照明灯HL电子开关VS反向控制门D4 图2.3.2 电路原理框图2. 4方案比较方案一和方案二的原理基本相同，都是由电源电路、声控电路、光控电路、延时电路、开关电路等几部分组成，但考虑到电源的稳压性能，和器材的价格，我们觉得方案一比较适合。三、单元电路设计与参数计算3.1电源部分的设计电源电路的一般设计结构如下： 降压整流滤波稳压该电路的电源部分设计采用四个IN4007二极管构成整流电路，对电路进行整流，经过R7降压后，再经过稳压管V5进行稳压，进过电容C3进行滤波，输出12V的直流电为集成块CD4011供电。四个二极管构成的全波整流电路，整出的电压为U=0.9x

10、220=198V。3.2光控部分的设计 使用光敏电阻RG的亮阻和暗阻来实现电平高低的控制，白天光线射到光敏电阻RG上时，其阻值变得很小，使与非门D1输入端的1脚为低电平，输出被锁定为高电平，与2脚的输入电平高低无关。所以电路封锁了声音通道，使声音脉冲不能通过，即灯泡亮灭不受声音控制。这时，与非门D1输出的高电平经D2、D3、D4三次反向后输出低电平，晶闸管VS无触发信号不导通，灯不亮。夜间，GR因无光线照射呈高阻，使与非门D1的输入端1脚为高电平，与非门D1的输出状态收2脚的输入电平控制，这为声音通道开通创造了条件。3.3声控部分的设计通过灵敏度较高的柱极性话筒来接收外界的触发，夜间，当有声音

11、信号进入话筒时，话筒B拾取声音信号经V7放大，三极管V7由饱和状态变为放大状态，V7的集电极由低电平变为高电平并送至D1的2脚，由D1输出低电平，经D2反向输出高电平对电容C2充电，因冲电常熟非常小，很快变为高电平经D3、D4二级反向输出高电平，通过R6触发VS导通，灯泡亮。声音消失后，D2输出低电平，因V6的阻断作用，电容C2只能通过R5缓慢放电，D3的输入仍保持高电平，D4的输出也保持高电平，灯泡维持发亮。3.4延时部分的设计由C2、R5对电路进行延时，当声音消失后，D2输出低电平，因V6的阻断作用，电容C2只能通过R5缓慢放电，D3的输入仍保持高电平，D4的输出也保持高电平，灯泡维持发亮

12、。经过一段时间后，当电容C2两端电压下降到低电平时，D4输出为低电平，VS无触发信号而关断，灯泡自动熄灭。该电路的延时时间即为灯每次点亮的时间，主要有电阻R5与C2的放电时间常数决定，即延时时间t=2RC。通过增减R5或C2的数值就可以调节延迟的时间。四、总原电路及元器件清单1、总原理图4.1所示：2PCB制板图4.2所示：3整体电路仿真图以及仿真结果分析：电路仿真图如图4.3.1所示： 图4.3.1 电路仿真图仿真结果分析：在白天时，光敏电阻GR阻值变得很小，门D1输入为低电平，经过D2,D3反相后，D4输出低电平，可控硅VS无触发信号不导通，灯不亮。灯的波形仿真图如图4.3.2所示：图4.

13、3.2 白天波形仿真图夜晚有外界声源时候，门D4输出高电平，触发可控硅导通，灯泡点亮，仿真波形图如图4.3.3所示：图4.3.3 夜晚波形仿真图4元件清单序号元器件名称型号主要参数数量位号1 电阻1.5M1/4W1R52 电阻2.2M1/4W1R23 电阻4.7K1/4W1R44 电阻5.1k1/4W1R65 电阻22k1/4W1R16 电阻33K1/4W1R37 电阻51K1/4W1R518电阻240K1/4W1R79瓷片电容0.1uF1C110电解电容22uF/16V16V1C211 电解电容100uF/16V16V1C312 集成块CD401111D113稳压二极管2CW5612V1V5

14、14 二极管IN40074V1 V4 V3 V415 二极管IN41481V616 单向可控硅MCR-1001A/400V1 VS17 三极管901411 V718 光敏电阻 3K-5K11RG19驻极体话筒CRZ2-113F1B五、安装与调试1、安装对照元件清单买到电子元器件后，首先对照材料清单讲个材料认真清点一遍，并用万用表粗略地测量一下各元见，做到心中有数。焊接事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电解电容、话筒，二极管、三极管、单向可控硅等元件时千万不要装反，注意极性的正确，否则电路不能正常工作甚至烧毁元器件。2、调试调试前，先将焊好

15、的电路板对照电路图认真的核对一遍，不要有错焊，漏焊、短路等现象发生。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，将万用表两表笔接触电路板相应处即可。六、性能测试与分析调试中可能会出现以下故障。应根据具体情况进行检修。（1）晚上声音小时白炽灯不亮。声音很大的时候才亮。这是声音信号输入电路灵敏度降低所致。其原因可能是话筒雷蒙德降低、电容C1容量减小、三极管、电阻R2、R3等元件参数改变等等。检修时，可以适当减小R1的阻值以提高MIC的灵敏度。增大电阻R2和减小电阻R3的阻值，以降低三极管的静态工作点。也可以用一个等值电容与C1并联，观察效果是否改变等方法提高声音输入

16、电路的灵敏度。（2）晚上灯经常误触发而发光。这一般是声音信号输入电路灵敏度太高所致。检修时对该部分电路的元件与上述（1）进行相反调整。（3）白天有声音的时候灯就亮了。这是光信号输入电路的故障。检修时，检查光敏电阻Rg是否接收光线不足，可以采用清除光敏电阻Rg处灰尘，检查光敏电阻的位置是否正确，光敏电阻是否开路，适当增大电阻R4的阻值，降低与非门的1端输入电平等办法加以解决。七、结论与心得在这几周的电子课程设计中，我们做的设计课题是“声光双控电子开关”。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，电路的拾音器只要

17、检测到有碎发声响，就会自动亮为行人照明，过一段时间后会自动熄灭，节能省电。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。学习了的理论知识和实践操作，我们不仅仅得到的是课本上的东西，更重要的是我们通过自己的独立动手，老师和同学的耐心指导下，让我们学会了分析电路、设计电路的步骤以及计算机辅助作图等。进一步巩固和掌握前面所学的基础知识，加深对了对模拟电路.数字电路.理解，对元气件的使用更加深刻。我们自知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，我觉得做一次课程设计从每一个细节都

18、在锻炼着我们。我们都能从中收获良多，希望能把知识真正变成自己的东西。八、参考文献1康华光，电子技术基础数字部分（第五版）.北京： 高等教育出版社出版2彭介华，电子技术课程设计指导北京.高等教育出版社3童诗白、华成英. 模拟电子技术基础（第四版）高等教育出版社4杨旭东,刘行景,杨兴瑶. 实用电子电路精选.化学工业出版社,19995、华成英；电子技术北京；中央广播电视大学出版社，20066、童诗白；模拟电子技术基础清华大学电子学教研组编，第三版，北京；高等教育出版社，2004物理与电子工程系硬件课程设计成绩评定表专业：电子信息工程 年级：2007级 班级：07电本2班成员：秦文 王钰宁课题名称声光

19、双控电子开关设计任务与要求 1、白天无论有无声音灯不亮，晚上有声则亮，无声不亮。2、能在声音的控制下实现电路的导通与截止。3、声音的发出应是多方面的如脚步声，物体打击声等。4、灯亮之后能延时30S到60S。指导教师评语该组同学在课程设计期间不怕困难，团结合作，勤奋好学，踏实肯干，在设计中遇到不懂的地方，能够虚心向富有经验的同学请教，善于思考。对于别人提出的工作建议，可以虚心听取。能够将所学的知识灵活应用到具体的实践中去，在时间紧迫的情况下，以团结的力量圆满完成课程设计。同时，该组同学严格遵守实验中的各项规章制度，设计期间，未曾出现过无故缺勤，迟到早退现象，并能与其他同学和睦相处，其课程设计期间的表现得到了其他组同学的肯定。 建议成绩： 指导教师：彭建盛课程设计指导小组评定评定成绩： 课程设计指导负责人：时间： 年 月 日