電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：1、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求（1）具有光控功能，白天光線(xiàn)較亮，即使有聲音時(shí)照明燈也不亮，光線(xiàn)較暗、有聲音時(shí)照明燈點(diǎn)亮。（2）具有聲控功能，晚上光線(xiàn)較暗，有聲音時(shí)照明燈點(diǎn)亮，聲音消失后延時(shí)照明一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅。（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)重新點(diǎn)亮一段時(shí)間。2、基本原理聲光控延時(shí)照明燈的控制電路應(yīng)該包括二級(jí)開(kāi)關(guān)。一級(jí)開(kāi)關(guān)能夠感應(yīng)光線(xiàn)的強(qiáng)弱，可以使用光敏電阻、光敏二極管等光敏元件來(lái)實(shí)現(xiàn)；二級(jí)開(kāi)關(guān)能夠檢測(cè)聲音的強(qiáng)弱，在一級(jí)開(kāi)關(guān)開(kāi)通的前提下，對(duì)照明燈進(jìn)行二級(jí)控制。定時(shí)或延時(shí)電路可以由電容控制開(kāi)關(guān)或

2、555定時(shí)電路等來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外由于電源為220v/50hz的市電，故應(yīng)該為控制電路設(shè)計(jì)一個(gè)直流穩(wěn)壓電源。下圖為聲光控延時(shí)照明燈的原理框圖。圖一、聲光控延時(shí)照明燈原理框圖3、參考資料(1) 鄒其洪、黃智偉等. 電工電子實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)仿真（第二版）下冊(cè). 北京：電子工業(yè)出版社，2009(2) 高吉祥. 電子基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì). 北京：電子工業(yè)出版社，2002(3) 康華光、鄒壽彬等. 電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）.北京：高等教育出版社，2006(4)黃智偉、李傳琦等. 電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與分析. 北京：電子工業(yè)出版社，2010 2對(duì)課程設(shè)計(jì)成果的要求包括圖表（或?qū)嵨铮┑扔布螅涸O(shè)計(jì)電路，安

3、裝調(diào)試或仿真，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并寫(xiě)出設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū),語(yǔ)言流暢簡(jiǎn)潔，文字不得少于3500字。要求圖紙布局合理，符合工程要求，使用protel軟件繪出原理圖（sch）和印制電路板(pcb),器件的選擇要有計(jì)算依據(jù)。3主要參考文獻(xiàn)：l 要求按國(guó)標(biāo)gb 771487文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則書(shū)寫(xiě)。4課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃：序號(hào)起 迄 日 期工 作 內(nèi) 容12012-1-2布置任務(wù)，教師講解設(shè)計(jì)方法及要求22012-1-3學(xué)生查找閱讀資料，并確定方案32012-1-4學(xué)生設(shè)計(jì)小組會(huì)議，討論方案42012-1-511設(shè)計(jì)、仿真實(shí)驗(yàn)52012-1-1112寫(xiě)說(shuō)明書(shū)62012-1-13答辯主指導(dǎo)教師日期： 年 月 日摘 要

4、 聲光控制指通過(guò)利用聲音以及光線(xiàn)的變化來(lái)控制電路實(shí)現(xiàn)特定功能的一種控制方法。聲光控延時(shí)照明開(kāi)關(guān)具有體積小，工作可靠高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。開(kāi)關(guān)白天控制燈不亮，晚上有聲音自動(dòng)點(diǎn)亮，延時(shí)一段時(shí)間自動(dòng)關(guān)斷。它是一種內(nèi)無(wú)接觸點(diǎn)，在特定環(huán)境光線(xiàn)下采用聲響效果激發(fā)拾音器進(jìn)行聲電轉(zhuǎn)換來(lái)控制用電器的開(kāi)啟，并經(jīng)過(guò)延時(shí)后能自動(dòng)斷開(kāi)電源的節(jié)能電子開(kāi)關(guān)。廣泛用于樓道、建筑走廊、洗漱室、廁所、廠(chǎng)房、庭院等場(chǎng)所，是現(xiàn)代極理想的新穎綠色照明開(kāi)關(guān)，在實(shí)際生活中能有效節(jié)能，并延長(zhǎng)燈泡使用壽命。關(guān)鍵字：聲光控制 延時(shí) 節(jié)能目 錄引言11 電路設(shè)計(jì)2 1.1設(shè)計(jì)任務(wù)2 1.2設(shè)計(jì)思路2 1.3設(shè)計(jì)方案22 單元電路及其工作原理2 2.1

5、電源電路圖3 2.2 光控控制電路4 2.3 聲控控制電路6 2.4 延時(shí)控制電路7 2.5 開(kāi)關(guān)控制電路73 protel原理圖設(shè)計(jì)84 印刷pcb板圖設(shè)計(jì)105 仿真結(jié)果與分析10結(jié)論17附錄1主要元器件清單2附錄2 仿真波形18參考文獻(xiàn)21引言 隨著社會(huì)的發(fā)展，節(jié)能和環(huán)保越來(lái)越引起重視，而且國(guó)家節(jié)能中長(zhǎng)期專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃明確提出照明用電占全國(guó)用電量的13%，可見(jiàn)照明節(jié)能顯得非常重要.這就要求人們?cè)谏钪懈鼜V泛的使用聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)照明燈。 本設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容是聲光控延時(shí)照明電路。通過(guò)對(duì)聲光控延時(shí)照明電路的電路組成、電路原理、單元電路的設(shè)計(jì)等幾方面的研究，實(shí)現(xiàn)了聲光控延時(shí)照明電路在白天不工作，而夜晚收

6、到突發(fā)聲信號(hào)是自動(dòng)點(diǎn)亮，并延時(shí)27.5s左右后自動(dòng)熄滅。在本次設(shè)計(jì)中以555芯片為主，組合電路進(jìn)行控制。主要運(yùn)用protel 99 se繪制原理圖（sch）和印制電路板（pcb）。1 電路設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 本課程設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)聲控光控延時(shí)開(kāi)關(guān)的功能，在白天無(wú)論是否有聲音，燈都不能被點(diǎn)亮。在夜晚當(dāng)有聲音產(chǎn)生時(shí)，燈被點(diǎn)亮，且在聲音消失后，燈泡亮度能維持一段時(shí)間，即夜晚有人經(jīng)過(guò)的時(shí)候，燈被點(diǎn)亮，并有足夠的時(shí)間讓人通過(guò)。 1.2 設(shè)計(jì)思路 設(shè)計(jì)電路包括：直流穩(wěn)壓電源電路、聲控電路、光控電路、延時(shí)電路組成。圖1.1 設(shè)計(jì)框圖1.3 設(shè)計(jì)方案 聲光控延時(shí)照明燈的控制電路包括二級(jí)開(kāi)關(guān)。一級(jí)開(kāi)關(guān)能夠感應(yīng)光

7、線(xiàn)的強(qiáng)弱，使用光敏電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)；二級(jí)開(kāi)關(guān)能夠檢測(cè)聲音的強(qiáng)弱，在一級(jí)開(kāi)關(guān)開(kāi)通的前提下，對(duì)照明燈進(jìn)行二級(jí)控制。對(duì)于聲強(qiáng)的監(jiān)測(cè)是利用mic的特性，即當(dāng)其接收到足夠的聲音時(shí)，在其中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)為脈沖波，從而把聲信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，通過(guò)對(duì)聲強(qiáng)信號(hào)的處理可得一個(gè)電平信號(hào)，為控制電路準(zhǔn)備。光信號(hào)的感應(yīng)通過(guò)光敏電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得光控電路在光強(qiáng)時(shí)輸出低電位，光弱時(shí)輸出高電位。將光控電路的輸出作為555定時(shí)器的復(fù)位端輸入。將聲控輸出端作為延時(shí)電路的輸入，從而可以實(shí)現(xiàn)在光線(xiàn)強(qiáng)的情況下，即使有足夠強(qiáng)的聲信號(hào)，照明燈電路也不工作。而在光線(xiàn)弱的情況下，可以通過(guò)聲信號(hào)來(lái)控制照明。延時(shí)控制功能通過(guò)555定時(shí)器構(gòu)成的可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路

8、來(lái)實(shí)現(xiàn)。開(kāi)關(guān)電路使用繼電器，對(duì)燈泡所在回路的通斷進(jìn)行控制。2 單元電路及其工作原理2.1 電源電路圖 2.1 電路圖如2.1所示，為得到12v直流電源，將220v頻率為50hz的交流電輸入變壓器，變壓器型號(hào)為nlt_pq_4_10，經(jīng)過(guò)整流橋整流得到直流電，通過(guò)電阻r10限流及穩(wěn)壓二極管將輸出電壓維持在12v，為其他電路提供穩(wěn)定的工作電壓。變壓器二次側(cè)輸出電壓脈沖系數(shù)大故應(yīng)將直流電通過(guò)電容濾波。理想情況下交流分量可通過(guò)電容c6全部濾除，使輸出電壓僅為直流電壓，一般取rc(3-5)t/2 其中t為電源交流電壓的周期。要得到穩(wěn)定的直流電濾波后通過(guò)電阻r10限流再經(jīng)穩(wěn)壓二極管1n964，使輸出電壓穩(wěn)

9、定為12v。穩(wěn)壓二極管參數(shù)如表2.1所示：表2.1 1n936穩(wěn)壓二極管參數(shù)型號(hào)最大工作電流（ma）額定電壓（v）1n9634012-12.5 參數(shù)計(jì)算：由multisim仿真得變壓器二次側(cè)輸出電壓、電流：u2=19.1v i2=15.7a交流電通入整流電路經(jīng)過(guò)全波整流得到直流電壓平均值：uo=0.9u2=17.73v因穩(wěn)壓二極管最大工作電流為40ma,計(jì)算電阻r10：i=u0/r1443，取r10=4702.2 聲控電路 聲控電路的核心是把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。要解決這個(gè)問(wèn)題可以設(shè)計(jì)一個(gè)類(lèi)似于竊聽(tīng)器的接收設(shè)備專(zhuān)門(mén)用來(lái)接聽(tīng)聲音信號(hào)并將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)轉(zhuǎn)送到下一級(jí)電路。

10、但是作為聲控電路對(duì)聲音信號(hào)的要求既不能太強(qiáng)也不能太弱，太強(qiáng)聲控難以實(shí)現(xiàn)；而太弱電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜也難以實(shí)現(xiàn)，所以最好是能接收到如人的講話(huà)聲，腳踏地板聲。當(dāng)這類(lèi)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)時(shí)，電信號(hào)一般較弱，必須對(duì)其進(jìn)行放大對(duì)，提高信號(hào)輸出電壓。 聲控照明電路的主要原理是利用了聲學(xué)和電子學(xué)的原理即用聲音傳感器將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)從而推動(dòng)后續(xù)電路的工作。 聲控電路如圖2.2所示 圖 2.2 mic接收到足夠的聲強(qiáng)時(shí)，電路產(chǎn)生諧振并輸出一個(gè)微弱脈沖，從而將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信信號(hào)。mic輸出信號(hào)是一個(gè)非常微弱的信號(hào)，為了后續(xù)電路能夠?qū)β晱?qiáng)信號(hào)進(jìn)行處理，必須加入信號(hào)放大電路。圖中所示信號(hào)放大電路采用了三極管構(gòu)成的放大電

11、路， 從而得到適合的信號(hào)。r2和r3為放大電路的集電極偏置電阻，c1為放大電路的隔直電容使放大電路僅輸入由mic產(chǎn)生的交流信號(hào)，r1為放大電路的反饋電阻，它們的功能是保證放大電路有一個(gè)穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)定的輸出電壓。電路中的控制電路一般采用電平信號(hào)觸發(fā)，因此有必要對(duì)放大的交流信號(hào)進(jìn)行整流。上圖中采用了由c4、d1和d2構(gòu)成的倍壓整流電路，倍壓整流電路不但能夠完成整流的任務(wù)，同時(shí)還可以將輸出電壓增大，這樣當(dāng)mic接受到了足夠大的勝?gòu)?qiáng)后，聲強(qiáng)信號(hào)處理電路通過(guò)放大和整流就輸出了一個(gè)高電平信號(hào)v。 2.3 光控電路 光控電路原理是利用光敏元件隨光照強(qiáng)度的變化而阻抗發(fā)生變化的特點(diǎn)，光敏電阻接收到光照時(shí)

12、，阻值降低，（如mg45-13型光敏電阻亮阻5k；相反，光敏電阻在黑暗中時(shí)，阻值升高，如mg45-13型光敏電阻暗阻5m）去控制電信號(hào)的強(qiáng)弱，再由傳感器將變化的電信號(hào)傳遞給觸發(fā)器，只要電信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到一定程度將觸發(fā)觸發(fā)器使其導(dǎo)通工作。光控照明電路其主要功能是實(shí)現(xiàn)當(dāng)外界光照強(qiáng)度降低到一定程度時(shí)，使照明電路導(dǎo)通工作。觸發(fā)器可由555定時(shí)器構(gòu)成，555定時(shí)器引腳圖和功能表如圖2.3、表2.2所示。圖 2.3 555定時(shí)器的引腳圖表 2.2 555 定時(shí)器功能表閥值輸入thr觸發(fā)輸入trig復(fù)位端輸出端q放電管dis任意值任意值00導(dǎo)通(2/3)vcc(2/3)vcc(1/3)vcc10導(dǎo)通(1/3)v

13、cc1不變不變 光控電路如圖2.4所示。圖 2.4 r4為光敏電阻，參數(shù)如表2.3所示。表 2.3型號(hào)最大電壓（vdc）最大功耗（mw）亮電阻（k）暗電阻（m）gl3547-210050100-20010當(dāng)光線(xiàn)有一定強(qiáng)度時(shí)，光敏電阻的阻值小，r7、r4導(dǎo)通使q3通，555定時(shí)器的復(fù)位端為低電平，由555定時(shí)器功能表可知輸出端輸出為低電平。當(dāng)光線(xiàn)弱時(shí)，光敏電阻的阻值增大，r8導(dǎo)通，555定時(shí)器的復(fù)位端接高電平，再由閾值輸入和觸發(fā)輸入控制控制輸出端?？梢?jiàn)光敏電阻為整個(gè)控制電路的一級(jí)開(kāi)關(guān)。當(dāng)光線(xiàn)強(qiáng)時(shí)，無(wú)論有沒(méi)有聲音信號(hào)，555定時(shí)器輸出為低電平。當(dāng)光線(xiàn)弱時(shí)，輸出才有可能為低電平。2.4 延時(shí)電路 延

14、時(shí)電路的核心是由555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，簡(jiǎn)化電路和工作波形如圖2.5所示。圖 2.5 輸出電壓v0的的脈寬tw=rcln31.1rc這種電路產(chǎn)生的脈沖寬度可從幾個(gè)微秒到數(shù)分鐘，精度可達(dá)0.1。 延時(shí)控制電路如圖2.6所示。圖 2.6在光線(xiàn)強(qiáng)度弱的條件下當(dāng)有聲音信號(hào)時(shí)，由聲控電路分析可得q2基極輸入為高電平，q2導(dǎo)通。555定時(shí)器觸發(fā)輸入為低電平，復(fù)位端為高電平，使得輸出為高電平。當(dāng)沒(méi)有聲音信號(hào)時(shí)，q2截止。555定時(shí)器輸入為高電平，復(fù)位端為高電平，使得輸出為低電平。r6、c5、c3和555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，電路穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間，即c5的充電時(shí)間僅取決于電阻r6和電容c5的數(shù)值，由計(jì)

15、算公式可得： t=(1.1r6*c5=1.1*500000*50)/1000000=27.5s2.5 開(kāi)關(guān)照明電路由于照明燈通過(guò)的是大電流，直流電源一般無(wú)法提供大電流和大功率，因此照明燈需要交流供電，因此電路中開(kāi)關(guān)需要采用繼電器電路。如圖2-7所示圖 2.7 當(dāng)光線(xiàn)弱、有聲音信號(hào)時(shí)，555定時(shí)器輸出為高電平，繼電器有電流通過(guò)使繼電器吸和使照明燈和交流電源形成通路，照明燈被點(diǎn)亮。3 protel原理圖設(shè)計(jì)聲光聯(lián)控延時(shí)照明電路的主要原理就是利用光控部件控制電路白天不工作，而夜晚則由聲控部件控制其工作，再由延時(shí)部件控制其工作時(shí)間，開(kāi)關(guān)電路控制照明電路的開(kāi)通和關(guān)斷。總體電路如圖3.1所示。圖3.1 總

16、體電路 當(dāng)在光線(xiàn)強(qiáng)度弱，有聲音的情況下，mic收到聲音信號(hào)，將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，由聲控電路輸出高電平觸發(fā)延時(shí)電路工作使555定時(shí)器輸出為高電平，繼電器有電流通過(guò)則吸和使照明回路導(dǎo)通，燈泡被點(diǎn)亮。4 印刷pcb板圖設(shè)計(jì) 用單面板制作pcb版圖，布線(xiàn)如下圖4.1。圖4.1 pcb圖 pcb板3d視圖如4.2所示圖4.2 pcb板3d視圖5 仿真結(jié)果與分析5.1 電路仿真仿真是基于multisim10.0系統(tǒng)完成的。multisim10.0是用軟件的方法虛擬電子與電元器件，虛擬電子與電工儀器和儀表，實(shí)現(xiàn)了“軟件即元件”和“軟件即儀器”。它是一個(gè)集原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件。mult

17、isim10.0的元件庫(kù)提供數(shù)千種電路元器件供試驗(yàn)選用，同時(shí)也可以擴(kuò)充或新建已有的元件庫(kù)。multisim10.0還提供齊全的虛擬測(cè)試儀器儀表，還有一些實(shí)驗(yàn)室少有或沒(méi)有的儀器，如波特圖儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀等。multisim11.0有較為詳細(xì)的電路分析功能，可完成眾多分析?；趍ultisim10的仿真圖如下，各波形圖見(jiàn)附錄所示。 基于multisim10的仿真圖如5.1所示。圖5.1（a）穩(wěn)壓電源部分圖5.1各波形圖見(jiàn)附錄所示。6設(shè)計(jì)總結(jié)6.1 結(jié)論經(jīng)過(guò)理論分析和multisim軟件仿真的驗(yàn)證，本課程設(shè)計(jì)的結(jié)果基本實(shí)現(xiàn)了任務(wù)書(shū)的要求。本設(shè)計(jì)采用聲光控電路控制，ne555芯片延時(shí)電路對(duì)照明電路的開(kāi)通和關(guān)斷進(jìn)行控制。實(shí)現(xiàn)了聲控光控延時(shí)開(kāi)關(guān)的功能，在白天無(wú)論是否有聲音，燈都不能被點(diǎn)亮。在夜晚當(dāng)有聲音產(chǎn)生時(shí)，燈被點(diǎn)亮，且在聲音消失后，燈泡亮度能維持一段時(shí)間，即夜晚有人經(jīng)過(guò)的時(shí)候，燈被點(diǎn)亮，并有足夠的時(shí)間讓人通過(guò)。附錄1主要元器件清單代號(hào)型號(hào)及參數(shù)個(gè)數(shù)r11m1r2、r3、r51k3r4-光敏電阻gl3547-21r6500k1r720k1r822k1r910k1r104701c1