聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)控制器資料

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目 ：聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)電路的設(shè)計(jì) 系 別 ： 電子信息與電氣工程系 專 業(yè) ：電子信息工程 _ 班 級(jí) ： 姓 名 ： 導(dǎo) 師 ： 成 績(jī)： 年月日 聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)控制器設(shè)計(jì) 摘要 介紹一種聲光控節(jié)能燈的組成性能，適用范圍及工作原理，并介紹出了電路原理 及元件參數(shù)選擇。整個(gè)電路由聲控電路、延時(shí)電路、光控電路、電子開(kāi)關(guān)、電源電路 組成。 220V 供電電壓供電，光敏控電路對(duì)外界光亮程度進(jìn)行檢測(cè)，輸出與亮度程度相 對(duì)的電壓信號(hào)。從而實(shí)現(xiàn)白天燈泡不亮，晚上遇到聲響時(shí)，通過(guò)聲控電路使燈泡自動(dòng) 點(diǎn)亮，聲控電路主要將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，從而要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，延時(shí)電路聲音 消失后延長(zhǎng)一段光照

2、時(shí)間。 關(guān)鍵詞：聲光控制開(kāi)關(guān)；聲光技術(shù)；光電效應(yīng)；聲控電路 Optical delay switch controller design ABSTRACT This paper introduces a kind of acoustic electric energy-saving lamps performance, scope of application and working principle, and introduces the circuit principle and component parameter selection. The whole circuit by ac

3、oustic control circuit, time delay circuit, electric circuit, electronic switches, power supply circuit. 220 v power supply voltage of power supply, light control circuit to test the degree of external light, the output voltage signal with brightness relatively. So as to realize the day light bulb n

4、ot bright, evening when you meet the noise automatically by the voice control circuit to make the light bulb light, thus to achieve period of light. Keywords: acoustic control circuit is mainly the voice signal into electrical signal, automatic control, time delay circuit noise disappear after prolo

5、nged a sound and light control switch; Acousto-optic technology; The photoelectric effect. Voice control circuit 目錄 目 錄 4 第一章 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù) 1 第二章 分析與設(shè)計(jì) 1 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與分析 1 2.2 實(shí)驗(yàn)原理 2 2.2.1 局部模塊工作原理 2 2.2.2 整體電路工作原理 2 第三章 元件原理 3 3.1 光敏電阻 3 3.1.1 光敏電阻原理圖 . 4 3.2 駐極體話筒 4 3.3 集成模塊 CD4011 4 3.3.1 集成模塊 CD4011 工作原理

6、4 3.3.2 集成電路 CD4011 各引腳功能圖 5 3.4 可控硅 5 第四章 實(shí)驗(yàn)步驟 6 4.1 電路原理設(shè)計(jì)步驟 6 4.2 硬件焊接步驟 6 第五章 電路原理圖及元器件庫(kù)設(shè)計(jì) 7 5.1 原理圖設(shè)計(jì) 7 5.2CD4011 原件庫(kù)設(shè)計(jì) 7 5.3 元件清單 8 5.4 電氣規(guī)則檢查（ ERC） 9 5.5CD4011 封裝庫(kù)設(shè)計(jì) 9 5.6 網(wǎng)表生成 /載入 10 5.7PCB 板圖 10 第六章 心得體會(huì) 11 參考文獻(xiàn) 11 致 謝 12 附 件 12 第一章 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù) 1要求電路能夠通過(guò)照明燈開(kāi)關(guān)對(duì)光線強(qiáng)弱的感應(yīng)和通過(guò)照明燈開(kāi)關(guān)對(duì)聲強(qiáng)的感 應(yīng)設(shè)置兩級(jí)開(kāi)關(guān)，控制照明燈的

7、亮滅。 2要求電路能夠?qū)崿F(xiàn)有光線時(shí)滅，無(wú)光線時(shí)有聲亮，并且照明燈點(diǎn)亮一段后自動(dòng) 關(guān)斷。 3要求電路如果在照明燈點(diǎn)亮期間又有新的聲源出現(xiàn)，照明燈應(yīng)重新開(kāi)啟。 4根據(jù)上述要求選定設(shè)計(jì)方案，畫(huà)出系統(tǒng)框圖，寫(xiě)出詳細(xì)的設(shè)計(jì)過(guò)程。 5學(xué)習(xí)掌握焊接技術(shù)以及電路元件的裝配。熟悉手工焊錫的常用工具的使用及其 維護(hù)與修理。 6. 針對(duì)原理電路，通過(guò)計(jì)算參數(shù)，選擇合適的元器件，搭建電路，并調(diào)試通過(guò)。 第二章 分析與設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與分析 顧名思義，聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)就是用聲音和光來(lái)控制開(kāi)關(guān)的“開(kāi)啟 ，若干分鐘后延 時(shí)開(kāi)關(guān)“自動(dòng)關(guān)閉 。因此，整個(gè)電路的功能就是將聲音信號(hào)處理后，變?yōu)殡娮娱_(kāi)關(guān)的 開(kāi)動(dòng)作。明確了電路的信

8、號(hào)流程方向后，即可依據(jù)主要元器件將電路劃分為若干個(gè)單 元，由此可畫(huà)出圖所示的方框圖。 圖 1 聲光控開(kāi)光延時(shí)控制器方框圖 2.2 實(shí)驗(yàn)原理 2.2.1 局部模塊工作原理 聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)電路共有四個(gè)模塊：整流濾波模塊、光控模塊、聲控模塊、延時(shí) 模塊和集成模塊 CD4011。 整流濾波模塊： 220V 交流電經(jīng)過(guò)整流橋整流、 200K 電阻降壓和電解電容 100uF 濾波輸出直流電壓 3.55V 給集成塊 CD4011 供電。 光控模塊：由光敏電阻 3K-5M構(gòu)成，在光控模塊電路中，光敏電阻和270K 電阻串 聯(lián)形成分壓電路，當(dāng)有光照時(shí)，光敏電阻阻值變小，分壓??；當(dāng)無(wú)光時(shí)，光敏電阻阻 值大，分壓大

9、。 聲控模塊：由駐極體話筒 MK1構(gòu)成，聲音信號(hào)經(jīng)過(guò)駐極體話筒轉(zhuǎn)化為微弱的電信 號(hào)，由于駐極體話筒內(nèi)部有放大電路，可以將微弱的電信號(hào)放大，使其能夠 采集。 延時(shí)模塊：由 47uF 電解電容和 1M的電阻構(gòu)成 RC 充放電電路，實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能。 集成模塊 CD4011：CD4011是由 4 個(gè)與非門模塊構(gòu)成， 在本實(shí)驗(yàn)中使用了 3 個(gè)與非 門模塊。 2.2.2 整體電路工作原理 為了使聲光控開(kāi)關(guān)在白天開(kāi)關(guān)斷開(kāi)， 即燈不亮， 由光敏電阻 R5 等元件組成光控電 路， R5和 R6組成串聯(lián)分壓電路，夜晚環(huán)境無(wú)光時(shí)，光敏電阻的阻值很大，R5 兩端的 電壓高，即為高電平間 t=2 R4C2，改變 R4 或

10、 C2 的值，可改變延時(shí)時(shí)間，滿足不同 目的。 D3 和 D4 構(gòu)成兩級(jí)整形電路，將方波信號(hào)進(jìn)行整形。當(dāng)C2 充電到一定電平時(shí)， 信號(hào)經(jīng)與非門 11 腳后輸出為高電平，使單向可控硅導(dǎo)通，電子開(kāi)關(guān)閉合； C2 充滿電 后只向 R4放電，當(dāng)放電到一定電平時(shí)，經(jīng)與非門11腳 D3、D4輸出為低電平，使單向 可控硅截止，電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，完成一次完整的電子開(kāi)關(guān)由開(kāi)到關(guān)的過(guò)程。 二極管 VD11 VD44將交流 220v 進(jìn)行橋式整流，變成脈動(dòng)直流電，又經(jīng) R1 降壓， C2濾波后即為電路的直流電源，為Mk、 CD4011等供電。 220V 電壓經(jīng)過(guò)整流降壓、濾波模塊輸出電壓 3.55V 左右使集成模塊正常

11、工作。 當(dāng)有聲音時(shí) MK1駐極體話筒將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)瓷片電容 C3 使集成模 塊 CD4011的 8、9引腳由低電平變成高電平， 從而使 10 號(hào)引腳由高電平瞬間變?yōu)榈碗?平，由于聲音信號(hào)非常短暫，8、 9 引腳由剛才的高電平變?yōu)榈碗娖剑?10 號(hào)引腳 也會(huì)瞬間從低電平變成高電平， 在這瞬間變化的過(guò)程中， 由電流信號(hào)經(jīng)過(guò)瓷片電容 C5， 經(jīng)過(guò)上拉電阻 R7使集成模塊 5 號(hào)引腳變?yōu)楦唠娖剑?當(dāng)無(wú)光時(shí)， 光敏電阻 R5阻值變大， 在與電阻 R6 串聯(lián)電路中分壓大，集成模塊 6 號(hào)引腳得到高電平，從而使集成模塊 4 號(hào)引腳輸出低電平。由于集成模塊12、13 號(hào)引腳和 4 號(hào)引腳是由

12、二極管 D6 連接，當(dāng) 集成模塊 4 號(hào)引腳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，集成模塊 12、13 號(hào)引腳由高電平變?yōu)榈碗娖?，從?使集成模塊 11 號(hào)引腳輸出高電平，控制可控硅 D5 為高電平，使可控硅導(dǎo)通，燈發(fā)光。 由于 RC充放電電路在集成模塊 4 號(hào)引腳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)， 實(shí)現(xiàn)充電； 當(dāng)集成模塊 4 號(hào)引 腳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，由于電容兩端電壓不能躍變，RC電路放電使集成模塊 12、 13 號(hào)引 腳持續(xù)為低電平導(dǎo)致集成模塊 11 號(hào)引腳持續(xù)為高電平，可控硅D5 持續(xù)導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)延 時(shí)功能。 當(dāng)有聲有光、無(wú)聲有關(guān)、無(wú)聲無(wú)光時(shí)都無(wú)法使可控硅導(dǎo)通，從而使燈無(wú)法發(fā)光。 第三章 元件原理 3.1 光敏電阻 光敏電阻的工作原理是

13、基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線， 將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳 狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常 采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體。 3.1.1 光敏電阻原理圖 3.2 駐極體話筒 駐極體話筒體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電聲性能好，價(jià)格低廉，應(yīng)用非常廣泛。 高分子極化膜上生產(chǎn)時(shí)就注入了一定的永久電荷 (Q) ，由于沒(méi)有放電回路， 這個(gè)電 荷量是不變的，在聲波的作用下，極化膜隨著聲音震動(dòng)，因此和背極的距離也跟著變 化，也就是鎖極化膜和背極間的電容是隨聲波變化。 我們知道電容上

14、電荷的公式是Q=CU，反之 U=Q/C也是成立的。駐極體總的電荷 量是不變，當(dāng)極板在聲波壓力下后退時(shí)，電容量減小，電容兩極間的電壓就會(huì)成反比 的升高，反之電容量增加時(shí)電容兩極間的電壓就會(huì)成反比的降低。最后再通過(guò)阻抗非 常高的場(chǎng)效應(yīng)將電容兩端的電壓取出來(lái)，同時(shí)進(jìn)行放大，我們就可以得到和聲音對(duì)應(yīng) 的電壓了。 由于場(chǎng)效應(yīng)管是有源器件， 需要一定的偏置和電流才可以工作在放大狀態(tài)， 因此，駐極體話筒都要加一個(gè)直流偏置才能工作。 3.3 集成模塊 CD4011 3.3.1 集成模塊 CD4011工作原理 管腳功能： 1A 數(shù)據(jù)輸入端 2A 數(shù)據(jù)輸入端 3A 數(shù)據(jù)輸入端 4A 數(shù)據(jù)輸入端 1B 數(shù)據(jù)輸入端

15、2B 數(shù)據(jù)輸入端 3B 數(shù)據(jù)輸入端 4B 數(shù)據(jù)輸入端 VDD 電源正 VSS 地 1Y 數(shù)據(jù)輸出端 2Y 數(shù)據(jù)輸出端 3Y 數(shù)據(jù)輸出端 4Y 數(shù)據(jù)輸出端 VDD電壓范圍： .5V to 18 功耗：雙列普通封裝 700mW 小型封裝 500mW 工作溫度范圍： CD4011BM -55 - +125 CD4011BC -40 - +85 3.3.2 集成電路 CD4011各引腳功能圖 圖 3 CD4011 各引腳功能圖 3.4 可控硅 可控硅是 P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個(gè)PN 結(jié)，分析原理時(shí)，可以把它 看作由一個(gè) PNP管和一個(gè) NPN管所組成，其等效圖解如右圖所示 圖 4 可

16、控硅等效圖解圖 “一觸即發(fā)”。但是，如果陽(yáng)極或控制極外加的是反向電壓，晶閘管就不能導(dǎo)通。 控制極的作用是通過(guò)外加正向觸發(fā)脈沖使晶閘管導(dǎo)通，卻不能使它關(guān)斷。那么，用什 么方法才能使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷呢?使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，可以斷開(kāi)陽(yáng)極電源（圖 中的開(kāi)關(guān) S）或使陽(yáng)極電流小于維持導(dǎo)通的最小值（稱為維持電流）。如果晶閘管陽(yáng) 極陰極之間外加的是交流電壓或脈動(dòng)直流電壓，那么，在電壓過(guò)零時(shí)，晶閘管會(huì)自行 關(guān)斷。 第四章 實(shí)驗(yàn)步驟 4.1 電路原理設(shè)計(jì)步驟 1、查閱相關(guān)資料對(duì)設(shè)計(jì)說(shuō)明 2、先給出總體方案并對(duì)工作原理進(jìn)行說(shuō)明 3、依次對(duì)各部分給出模塊設(shè)計(jì)功能參數(shù)計(jì)算、分析計(jì)算說(shuō)明 4、列出標(biāo)準(zhǔn)的元件清單 5、利

17、用 Protel 99 SE 繪制原理圖以及 PCB板圖 6、總體電路的繪制及電路原理說(shuō)明 7、繪制實(shí)物圖 4.2 硬件焊接步驟 1 分析原理圖，掌握其局部原理以及基本功能 2 購(gòu)買元器件 3 掌握焊接基本功能與方法，正確使用電烙鐵，在焊接過(guò)程中不能出現(xiàn)虛焊等問(wèn) 4 利用工具檢測(cè)器件是否完好無(wú)損，進(jìn)行篩選 5 完成焊接，調(diào)試控制器。 第五章 電路原理圖及元器件庫(kù)設(shè)計(jì) 5.1 原理圖設(shè)計(jì) 圖 5 聲光控延時(shí)開(kāi)光控制器原理圖 5.2CD4011 原件庫(kù)設(shè)計(jì) 圖 6 CD4011 5.3 元件清單 圖 7 元件清單 8 5.4 電氣規(guī)則檢查（ ERC ） 圖 8 電氣規(guī)則檢查 5.5CD4011 封

18、裝庫(kù)設(shè)計(jì) 9 圖 9 CD4011 封裝庫(kù)設(shè)計(jì) 5.6 網(wǎng)表生成 /載入 圖 10 網(wǎng)表生成 / 載入 5.7PCB 板圖 圖 11 聲光控延時(shí)開(kāi)光 PCB 板圖 10 第六章 心得體會(huì) 這次課程設(shè)計(jì)將我們學(xué)到知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐，深化了對(duì)傳感器設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，是我們 從實(shí)踐中獲得新知。本次設(shè)計(jì)還有很多的不足，做得比較辛苦效果也許不好，很多東 西平時(shí)學(xué)得也不透徹，我覺(jué)得這次課程設(shè)計(jì)從每一個(gè)細(xì)節(jié)都在鍛煉著我們。我希望我 們都能從中收獲很多，能把知識(shí)變成自己的東西。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)查閱資料，閱讀文獻(xiàn)，我們學(xué)到了很多切實(shí)有用的分析方法 和技巧，這對(duì)于我們以后的學(xué)習(xí)有很大的幫助。這更使我們認(rèn)識(shí)到，學(xué)習(xí)學(xué)的是

19、方法， 設(shè)計(jì)學(xué)的是思想。因此，要多總結(jié)別人的方法，來(lái)形成自己的思想，這樣學(xué)到的東西 才實(shí)實(shí)在在。 在這次課程設(shè)計(jì)中我們不僅學(xué)會(huì)了對(duì)于電子專業(yè)不可缺少的一種軟件 PROTEL 99 SE, 而且由于本次實(shí)訓(xùn)還使我們更加了解到想要成功設(shè)計(jì)出一種可以實(shí)現(xiàn)并且實(shí)用 價(jià)值的電路是一件困難的事，在實(shí)訓(xùn)中了解到更多知識(shí)和設(shè)計(jì)電路時(shí)所必要的技巧。 從課程設(shè)計(jì)的選題，分析、設(shè)計(jì)到電路的焊接，再到電路的調(diào)試，最終完成課程 設(shè)計(jì)，我們小組每一個(gè)人都付出了辛勤的勞動(dòng)，我們每一個(gè)人都積極思考，認(rèn)真對(duì)待， 將自己的智慧貢獻(xiàn)出來(lái)，最終完成設(shè)計(jì)。在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們出現(xiàn)了很多問(wèn)題， 比如：在設(shè)計(jì)過(guò)程中，面對(duì)電路的設(shè)計(jì)，我們通過(guò)信息檢索，選擇了很多設(shè)計(jì)方案， 最終確定了以集成模塊 CD4011 構(gòu)成的聲光控演延時(shí)開(kāi)光控制器。 在原理圖的設(shè)計(jì)過(guò)程 中，我們通過(guò)學(xué)習(xí) Protel 99 se 軟件，將原理圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，繪制，到最終生成 PCB 板