聲光自動(dòng)控制延遲開關(guān)電路

1、成績 齊魯理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書(論文)題 目 聲光自動(dòng)控制延遲開關(guān)電路 課 程 名 稱 電路 二 級(jí) 學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)13級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名 徐賢江 學(xué) 號(hào) 201310530089 設(shè) 計(jì) 地 點(diǎn) 電氣工程訓(xùn)練中心 指 導(dǎo) 教 師 王艷玲 設(shè)計(jì)起止時(shí)間：2014年 6月 23 日至 2014年6月29 日 目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1二、總體方案設(shè)計(jì)1三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算2四、總原理圖及元器件清單4五、安裝與調(diào)試6六、性能測(cè)試與分析7七、結(jié)論與心得9八、參考文獻(xiàn)1010聲光自動(dòng)控制延遲開關(guān)電路一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 一個(gè)聲光控制延時(shí)開

2、關(guān)電路包含光傳感器和聲傳感器，當(dāng)樓道內(nèi)外界光線亮度低于一 定值時(shí)，光傳感器工作。當(dāng)樓道內(nèi)聲音大于某一定值時(shí)，聲傳感器工作。只有當(dāng)光和聲傳感 器同時(shí)工作時(shí)樓道電燈才會(huì)持續(xù)點(diǎn)亮。1. 聲光控延時(shí)開關(guān)電路方框組成如圖1所示，包括聲音檢測(cè)、亮度檢測(cè)、放大電路、延時(shí)電路、放大電路、整形電路和開關(guān)電路等幾個(gè)主要部分。2. 電路元器件的選擇。3. 完成電路圖。4. 寫設(shè)計(jì)說明書一份（畫總原理框圖以及說明主要工作原理，單元電路的設(shè)計(jì)和元器件的選擇，畫出完整的電路圖和元器件明細(xì)表，收獲、體會(huì)及建議）。二、總體方案設(shè)計(jì)1.電路結(jié)構(gòu)及其工作原理本設(shè)計(jì)是使用了數(shù)字集成電路CD4011，一款聲光控延時(shí)開關(guān)。CD4011

3、其內(nèi)部含有4個(gè)獨(dú)立的與非門vd 1vd4，使電路結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠性高。顧名思義，聲光控延時(shí)開關(guān)就是用聲音來控制開關(guān)的“開啟，若幾十秒后延時(shí)開關(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_關(guān)的開動(dòng)作。明確了電路的信號(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，如電路的框圖1-1所示1-1電路框圖我根據(jù)圖1-1的電路框圖中的整流電路采用橋式整流電路，二極管穩(wěn)壓電路加上濾波電容?？煽毓栝_關(guān)起控制門作用，非常重要，由這個(gè)開關(guān)去控制整流電路的工作與否，從而控制燈的亮和熄。我采用話筒放大 為實(shí)現(xiàn)聲控功能，要設(shè)制話筒放大電路，主要是由話筒拾音電路（就是把聲音信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)電路

4、，由于聲音微小，所以加放大電路）和放大電路組成。光敏控制電路實(shí)現(xiàn)光控的功能，可以有光敏電阻來實(shí)現(xiàn)。音頻放大電路 因話筒輸出的音頻信號(hào)小，不能滿足檢波的需要，設(shè)制二極管音頻放大電路，倍數(shù)幾千上萬倍。檢波電路 音頻信號(hào)是交流信號(hào)，不用交流信號(hào)控制可控硅，需轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，才能控制可控硅，因是小信號(hào)，要反映信號(hào)的蜂值電路線變化。延遲電路在燈點(diǎn)亮?xí)r需要有延遲，檢波輸出直流電壓通過延遲電路是電壓消失，保持一段時(shí)間，所保持時(shí)間的長短由延遲電路的參數(shù)決定，實(shí)際上延遲電路由RC電路組成，時(shí)間常數(shù)=RC，這是可控制電壓。控制電路 是控制可控硅柵極的開關(guān)電路，它的輸入由延時(shí)端的延時(shí)電路送來的電壓控制，輸出控制可控

5、硅的導(dǎo)通情況。2.方案的比較與評(píng)價(jià)本課題研究的是聲光控路燈延時(shí)開關(guān)的設(shè)計(jì)與制作，其主要工作方法是由聲控和光控傳感器來感應(yīng)周圍環(huán)境的變化，而做出相關(guān)的動(dòng)作，從而控制照明燈的開關(guān)。白天當(dāng)光線照射到光敏電阻上時(shí)，其通過感應(yīng)使電路封鎖聲音通道，使聲音脈沖不能通過，則燈泡不受聲音控制，即聲控傳感器暫時(shí)失去作用，燈泡不亮。夜間或光線較暗時(shí)，光敏電阻因無光照呈低阻，經(jīng)感應(yīng)使聲音通道開通，當(dāng)有人走動(dòng)或有人談話時(shí)，通過聲控傳感器的感應(yīng)，使得燈泡自動(dòng)點(diǎn)亮，經(jīng)過內(nèi)部設(shè)定的時(shí)間后，燈泡自動(dòng)熄滅。三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1. 聲音放大電路當(dāng)BC獲取到聲音信號(hào)后，其會(huì)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，考慮到后面步驟需次信號(hào)控制電子開關(guān)，所

6、以必須加大放大器放大該信號(hào)。為了獲得較高的靈敏度，VT1的值選用大于100。BC也選用靈敏度高的。 2. 整流電路：該部分電路把聲音信號(hào)變成直流控制電壓。 3. 電子開關(guān)：當(dāng)電壓信號(hào)達(dá)到一定值時(shí)，電子開關(guān)打開。當(dāng)電壓信號(hào)小于次值時(shí)，電子開關(guān)關(guān)閉。其起到的主要作用是延時(shí)電路中的電容充放電。 4. 延時(shí)開關(guān)與交流開關(guān)：由于需要的燈泡持續(xù)點(diǎn)亮?xí)r間并不是很長，大概40秒左右，所以考慮您用一個(gè)電容控制開關(guān)的狀態(tài)即可。 5.信號(hào)放大電路整形設(shè)計(jì)放大電路實(shí)現(xiàn)方法很多，除分立器件實(shí)現(xiàn)外，還可采用運(yùn)放，也可采用門電路等來實(shí)現(xiàn)。拾音器采用電壓蜂鳴器 HTD3514 他的壓電效應(yīng)，既當(dāng)有音響作用到壓點(diǎn)陶瓷片上時(shí),聲

7、震導(dǎo)致的繞曲變形就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng)。由于聲/電效應(yīng)較小，設(shè)計(jì)了 VT1， VT2，直耦式音頻放大器，將信號(hào)放大，并由 D2，D3，C7 倍壓整流再經(jīng)T3 倒相放大， 觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路。 6.延時(shí)處理電路單穩(wěn)態(tài)電路設(shè)計(jì) 本電路裝配無須調(diào)試，但元器件的選擇很重要，拾音器的選用直徑較大的壓電陶瓷片，HTD35A-1, 目的是拾取教多的聲壓，他的諧振頻率較低 2.8Kh，對(duì)淬發(fā)的聲音聲壓較好。V1管選用C485，的值不少于150 倍。光敏三極管 VT5 選用暗電流 Id 較小, 光電流 IC 較大3UD，降壓電容選用耐壓400V以上的金屬化紙介電容器，全橋整流的QD 的反向擊穿電壓選用1A300V以上

8、的器件，以確保安全。 四、總原理圖及元器件清單1總原理圖圖1-2的電路原理圖結(jié)合圖1-1和圖1-2聲音信號(hào)(腳步聲、掌聲等)由駐極體話筒bm接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)c1耦合到vt的基極進(jìn)行電壓放大，放大的信號(hào)送到與非門(vd1)的2腳，r4、r7是vt偏置電阻,c2是電源濾波電容。為了使聲光控開關(guān)在白天開關(guān)斷開，即燈不亮，由光敏電阻rg等元件組成光控電路，r5和rg組成串聯(lián)分壓電路，夜晚環(huán)境無光時(shí)，光敏電阻的阻值很大，rg兩端的電壓高，即為高電平間t=2r8c3，改變r(jià)8或c3的值，可改變延時(shí)時(shí)間，滿足不同目的。vd3和vd4構(gòu)成兩級(jí)整形電路，將方波信號(hào)進(jìn)行整形。當(dāng)c3充電到一定電平時(shí)，信號(hào)經(jīng)與

9、非門vd3、vd4后輸出為高電平，使單向可控硅導(dǎo)通，電子開關(guān)閉合；c3充滿電后只向r8放電，當(dāng)放電到一定電平時(shí)，經(jīng)與非門vd3、vd4輸出為低電平，使單向可控硅截止，電子開關(guān)斷開，完成一次完整的電子開關(guān)由開到關(guān)的過程。二極管vd1vd4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bm、vt、ic等供電。2 元件清單制作所需要的電子元器件如表格4-1所示。表4-1 元器件的清單序號(hào)名稱型號(hào)位號(hào)數(shù)量1集成電路CD4011IC12單向可控硅100-6T13三極管9014VT14整流二極管IN4001VD1-VD555駐極體54dbBM16光敏電阻625A

10、RG17電阻器10k 120kR6 R128電阻器47KR2 R329電阻器470K 1MR7 R5210電阻器2.2M 5.1MR4 R6211瓷片電容104C1112電解電容10UF/10VC2 C32五、安裝與調(diào)試按照元件清單買到電子元器件后，首先對(duì)照材料清單將各材料認(rèn)真清點(diǎn)一遍，并用萬用表粗略地(因出廠前已測(cè)量過)測(cè)量一下各元件，做到心中有數(shù)。焊接時(shí)注意先焊接無極性的阻容元件，電阻采用臥裝，電容采用直立裝，緊貼電路板，焊接有極性的元件如電解電容、話筒、整流二極管、單向可控硅等元件時(shí)千萬不要裝反。注意極性的正確。否則電路不能正常工作甚至燒毀元器件。故障尋、檢常用方法： 直觀檢查法、電阻法

11、、電壓法、電流法、通過眼、耳、鼻、手來查找故障部位。即是看元器件有無斷線、互碰、燒焦、脫焊等現(xiàn)象；聽聲音有無異常；聞?dòng)袩o焦味；摸器件是否過熱等。用普通萬用表的歐姆檔檢查各點(diǎn)的阻值，粗查是否有短路、斷路或元器件錯(cuò)焊等情況。用萬用表測(cè)量電路中各點(diǎn)對(duì)地的電阻以及元器件的阻值，以此來判斷故障部位測(cè)量晶體管的管腳電壓和集成塊各腳的電壓或波形，據(jù)此電壓值判斷故障。測(cè)量晶體管的管腳電壓和集成塊各腳的電壓或波形，據(jù)此電壓值判斷故障。調(diào)試前，先將焊好的電路板對(duì)照電路圖認(rèn)真核對(duì)一遍，不要有錯(cuò)焊、漏焊、短路等現(xiàn)象發(fā)生。通電后，人體不允許接觸電路板的任一部分，防止觸電，注意安全。如用萬用表檢測(cè)時(shí)，將萬需表兩表筆接觸電

12、路板相應(yīng)處即可。本電路調(diào)試時(shí)請(qǐng)先將光敏電阻的光擋住，將AB分別接在電燈的開關(guān)位上，用手輕拍駐極體，這時(shí)燈應(yīng)亮，若用光照射光敏電阻，再用手重拍駐極體，這時(shí)燈不亮。說明光敏電阻完好，這時(shí)表示制作成功。若不成功請(qǐng)仔細(xì)檢查有無虛假錯(cuò)焊和拖錫短路現(xiàn)象。調(diào)試時(shí)用萬用表直流電壓檔測(cè)試集成電路CD4011的14腳應(yīng)有12V左右的直流電壓，在有光照射條件下，無論外界有沒有聲音信號(hào)，測(cè)量三極管Q1的集電極C應(yīng)為低電平，集成電路U1A的1腳為低電平，3腳輸出高電平，4腳輸出低電平，則二極管D1把電流隔離，可控硅沒有得到高電平觸發(fā)信號(hào)，開關(guān)不導(dǎo)通，燈不亮；外界無光照條件下，有聲音時(shí)，集成電路U1的1腳和2腳都為高電平

13、，3腳輸出低電平，11腳為高電平，可控硅獲得高電平觸發(fā)信號(hào)，開關(guān)導(dǎo)通，燈亮，延時(shí)一段時(shí)間后能自動(dòng)熄滅，達(dá)到以上要求，說明電路已調(diào)試成功。經(jīng)測(cè)試駐極話筒對(duì)聲音信號(hào)的采集比較靈敏，光敏電阻對(duì)光信號(hào)的接收也很靈敏，可控硅也起到了很好的開關(guān)控制作用。本設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了燈泡在白天或光線較亮的情況下，無論外界有沒有聲音信號(hào)燈都不亮，而在晚上或光線較暗情況下外界有講話聲、口哨聲、拍手聲等聲音信號(hào)時(shí)才亮的功能，并且可以自動(dòng)延時(shí)一段時(shí)間，總體達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。六、性能測(cè)試與分析1. 光敏電阻的檢測(cè)（1）用一黑紙片將光敏電阻的透光窗口遮住，此時(shí)萬用表的指針基本保持不動(dòng)，阻值接近無窮大。此值越大說明光敏電阻性能越好

14、。若此值很小或接近為零，說明光敏電阻已燒穿損壞，不能再繼續(xù)使用。（2）將一光源對(duì)準(zhǔn)光敏電阻的透光窗口，此時(shí)萬用表的指針應(yīng)有較大幅度的擺動(dòng)，阻值明顯減些此值越小說明光敏電阻性能越好。若此值很大甚至無窮大，表明光敏電阻內(nèi)部開路損壞，也不能再繼續(xù)使用。（3）將光敏電阻透光窗口對(duì)準(zhǔn)入射光線，用小黑紙片在光敏電阻的遮光窗上部晃動(dòng)，使其間斷受光，此時(shí)萬用表指針應(yīng)隨黑紙片的晃動(dòng)而左右擺動(dòng)。如果萬用表指針始終停在某一位置不隨紙片晃動(dòng)而擺動(dòng)，說明光敏電阻的光敏材料已經(jīng)損壞。2.可控硅的檢測(cè)和判別三個(gè)極性（1）單向可控硅的檢測(cè)萬用表選電阻R*1擋，用紅、黑兩表筆分別測(cè)任意兩引腳間正反向電阻直至找出讀數(shù)為數(shù)十歐姆的

15、一對(duì)引腳，此時(shí)黑表筆的引腳為控制極G，紅表筆的引腳為陰極K，另一空腳為陽極A。此時(shí)將黑表筆接已判斷了的陽極A，紅表筆仍接陰極K。此時(shí)萬用表指針應(yīng)不動(dòng)。用短線瞬間短接陽極A和控制極G，此時(shí)萬用表電阻擋指針應(yīng)向右偏轉(zhuǎn)，阻值讀數(shù)為10歐姆左右。如陽極A接黑表筆，陰極K接紅表筆時(shí)，萬用表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明該單向可控硅已擊穿損壞。 （2）雙向可控硅的檢測(cè)用萬用表電阻R*1擋，用紅、黑兩表筆分別測(cè)任意兩引腳間正反向電阻，結(jié)果其中兩組讀數(shù)為無窮大。若一組為數(shù)十歐姆時(shí)，該組紅、黑表所接的兩引腳為第一陽極A1和控制極G，另一空腳即為第二陽極A2。確定A1、G極后，再仔細(xì)測(cè)量A1、G極間正、反向電阻，讀數(shù)相對(duì)較小

16、的那次測(cè)量的黑表筆所接的引腳為第一陽極A1，紅表筆所接引腳為控制極G。將黑表筆接已確定的第二陽極 A2，紅表筆接第一陽極A1，此時(shí)萬用表指針不應(yīng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，阻值為無窮大。再用短接線將A2、G極瞬間短接，給G極加上正向觸發(fā)電壓，A2、A1間阻值約 10歐姆左右。隨后斷開A2、G間短接線，萬用表讀數(shù)應(yīng)保持10歐姆左右?；Q紅、黑表筆接線，紅表筆接第二陽極A2，黑表筆接第一陽極A1。同樣萬用表指針應(yīng)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，阻值為無窮大。用短接線將A2、G極間再次瞬間短接，給G極加上負(fù)的觸發(fā)電壓，A1、A2間的阻值也是10歐姆左右。隨后斷開A2、G 極間短接線，萬用表讀數(shù)應(yīng)不變，保持在10歐姆左右。符合以上規(guī)律，說

17、明被測(cè)雙向可控硅未損壞且三個(gè)引腳極性判斷正確。（3）判別三個(gè)極性根據(jù)P-N結(jié)的原理，只要用萬用表測(cè)量一下三個(gè)極之間的電阻值就可以。 陽極與陰極之間的正向和反向電阻在幾百千歐以上，陽極和控制極之間的正向和反向電阻在幾百千歐以上（它們之間有兩個(gè)P-N結(jié)，而且方向相反，因此陽極和控制極正反向都不通）?？刂茦O與陰極之間是一個(gè)P-N結(jié)，因此它的正向電阻大約在幾歐-幾百歐的范圍，反向電阻比正向電阻要大。可是控制極二極管特性是不太理想的，反向不是完全呈阻斷狀態(tài)的，可以有比較大的電流通過，因此，有時(shí)測(cè)得控制極反向電阻比較小，并不能說明控制極特性不好。另外，在測(cè)量控制極正反向電阻時(shí)，萬用表應(yīng)放在R*10或R*1

18、擋，防止電壓過高控制極反向擊穿。若測(cè)得元件陰陽極正反向已短路，或陽極與控制極短路，或控制極與陰極反向短路，或控制極與陰極斷路，說明元件已損壞。3.仿真結(jié)果: 白天， 即光敏電阻 RG 阻值較小為 20K 時(shí)， 無論外界有沒有聲音信號(hào)（圖中的開關(guān)無論閉合與斷開），燈泡都不亮;晚上,即光敏電阻 RG 阻值較大為 10M時(shí)，當(dāng)有聲音信號(hào)時(shí)（開關(guān)閉合）,燈泡亮；聲音消失后（開關(guān)斷開），燈泡繼續(xù)亮60s 左右后自動(dòng)熄滅。仿真結(jié)果表明該設(shè)計(jì)電路已基本達(dá)到了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)要求。七、結(jié)論與心得通過此次課程設(shè)計(jì)作業(yè)，我學(xué)會(huì)了很多東西，比如設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及其解決方法。在此次的聲光控制延時(shí)開關(guān)電路設(shè)計(jì)過程中,更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能,那么在電路出錯(cuò)時(shí)便能準(zhǔn)確地找出錯(cuò)誤所在并及時(shí)糾正。在設(shè)計(jì)電路中,往往是