聲控光控?zé)舻脑O(shè)計(jì)資料

1、贛南師院物理與電子信息學(xué)院 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告書 姓名： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 時(shí)間： 201 年 4 月 20 日 聲控光控?zé)舻脑O(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)要求及原理 1、設(shè)計(jì)要求 ： 實(shí)現(xiàn)一個(gè)由聲音和環(huán)境亮度共同控制的開關(guān)， 其功能是在白天， 電路總是關(guān) 斷。在黑暗條件下，電路處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有聲音出現(xiàn)時(shí)（或有人經(jīng)過） ， 可控硅導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)燈泡發(fā)光，并開始進(jìn)入延時(shí)狀態(tài)， 一段時(shí)間后可控硅自動(dòng)關(guān)斷， 燈泡熄滅，節(jié)電環(huán)保。 2、設(shè)計(jì)思想： 上光線較亮?xí)r，光控部分將開關(guān)斷開，聲控部分起不了作用。當(dāng)光線較暗時(shí) 光控部分將開關(guān)自動(dòng)打開，負(fù)載電路的通斷受控于聲控部分。電路能否接通就 看聲音信號(hào)強(qiáng)度。當(dāng)聲音強(qiáng)度達(dá)到一

2、定程度是，電路自動(dòng)接通，白熾燈點(diǎn)亮， 并開始延時(shí)，延時(shí)時(shí)間到開關(guān) 9動(dòng)關(guān)閉，等下一次聲音信號(hào)觸發(fā)。 3：實(shí)驗(yàn)所需器件：表 1 普通日光燈 1 MIC用駐極體話筒 1 一般光敏電阻 1 普通二極管（ IN4007） 5 穩(wěn)壓二極管（ 7.5V ） 1 極管（ IN4148） 1 三極管 NPN（9014） 2 普通電阻 22K/33K/2.7M/20K/270K/56K/4.7M 1 瓷片電容 104 1 電解電容 10UF/100UF 1 集成芯片 74LS00 1 4：設(shè)計(jì)原理： 220V 市電通過燈絲、 D3-D7 、降壓整流后，經(jīng)過 R7限流、 D2、C3穩(wěn)壓濾波為電路提供 穩(wěn)定的工作電

3、壓。 R4、RG 組成分壓電路， 白天由于光照 RG 阻值變小， YFA1 腳電位被拉低， 由與非門的邏輯關(guān)系可知此時(shí)YFA3腳輸出為高電平，經(jīng)過 YFA2 反相變?yōu)榈碗娖剑?D1截止 后級(jí)電路不動(dòng)作。晚上光線暗 RG 阻值變大， YFA1 腳電位升高，如果此時(shí)有聲音被MIC 接 收，經(jīng) C1耦合 T1放大，在 R3上形成音頻電壓，此電壓如高于 1/2電源電壓，則 YF13 腳輸出 低電平，經(jīng) YFB 反相，4腳輸出的高電平經(jīng) D1向C2瞬間充電，使 YFC 輸入端接近電源電壓， 10腳輸出低電平，由 YFD 反相緩沖后經(jīng) R6觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，電燈正常點(diǎn)亮。 （此時(shí)則由 C2 向電路供電）如此

4、后無聲被 MIC 接收，則 YFA 輸出恢復(fù)為高電平， C2通過 R5緩慢放電， 當(dāng) C2電壓下降到低于 1/2 電源電壓時(shí)（按圖中參數(shù)約一分鐘） YFC 反轉(zhuǎn)、 YFD 反轉(zhuǎn)，可控硅 （SCR）截止電燈關(guān)閉，等待下次觸發(fā)。 5：設(shè)計(jì)方案： 感應(yīng)電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集后將信號(hào)傳至控制與延時(shí)電路， 進(jìn)而控制可控硅通 斷，實(shí)現(xiàn)課題所要求的功能與指標(biāo)。 檢音 放大 控制 門 光敏 控制電路 延時(shí) 電子 電路 開關(guān) 延時(shí)電路 20V 信號(hào)采集 圖 1 原理框圖 、電路圖如圖 2 所示 圖 2 電路圖 三、設(shè)計(jì)方案與比較 方案一： 原理方框 圖如圖 3 所示： 圖 3 原理框圖 方案一電路原理圖如下圖 4所

5、示, 電路用駐極體采集聲音信號(hào)并用運(yùn)放 LM324 對(duì)采集到得信號(hào)進(jìn)行放大處理再輸入到與非門，采用光敏電阻（ R5 代替）采集 LM324進(jìn)行發(fā)大輸入到與非門進(jìn)行邏輯處理。 光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)并經(jīng)過運(yùn)放 延時(shí)功能通過 555 單諧震蕩實(shí)現(xiàn)。 原理圖 4 方案二：原理圖如下圖 5 所示，感應(yīng)電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集后將信號(hào)傳至控制 與延時(shí)電路，進(jìn)而控制可控硅通斷，實(shí)現(xiàn)課題所要求的功能與指標(biāo) 檢音 放大 控制 延時(shí) 電子 220V 光敏 門 電路 開關(guān) 延時(shí)電路 信號(hào)采集 電路 控制電路 圖5 原理框圖 方案二仿真電路圖如下圖 6 所示 圖6 使用了數(shù)字集成電路 TC4011(74LS00)，其內(nèi)部含

6、有 4 個(gè)獨(dú)立的與非門 VD 1 VD4，使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠性高 , 價(jià)格便宜。 方案比較： 兩個(gè)方案一和方案二原理基本相同但是考慮到電路的復(fù)雜性和器件的價(jià)格以及兩個(gè)電 路延時(shí)的效果所以此次采用的是方案二進(jìn)行設(shè)計(jì)。 四、單元電路的設(shè)計(jì) 1、聲音放大電路： 當(dāng) MIC 獲取到聲音信號(hào)后， 其會(huì)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)， 由聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)控 制電子開關(guān)， 所以必須加三極管放大器放大該信號(hào)。 為了獲得較高的靈敏度， Q1 的值選用大于 100。聲信號(hào)選用靈敏度高的。 R3不宜過小， 否則電路容易產(chǎn)生 間歇振蕩。 聲音放大單元電路圖 7 所示： 圖 7 聲音放大單元電路圖 2、光敏電路： 當(dāng)環(huán)境有一定

7、亮度時(shí)， LR 阻值很小，所以 1 處于低電位，不論 2 是什么電 位， YFA的輸出總是高電位，二極管 IN4148 因?yàn)殡妷悍雌刂梗?C2 和 R4下 端始終處于高電位，也就是使 3、4 的四個(gè)并聯(lián)輸入端都處于高電位，它們的輸 出端處于低電位，所以電路在有光亮環(huán)境下不論出現(xiàn)多大強(qiáng)度音響燈都不會(huì)發(fā) 光。 光敏電路單元電路圖 8 所示： 圖 8 光敏電路單元電路圖 3、開關(guān)電路 ： 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)小于此值時(shí)， 電子開 關(guān)關(guān)閉。其起到的主要作用是控制延時(shí)電路中的電容充放電。 聲音信號(hào)變成直流 控制電壓 , 光控電路在有光照射時(shí)，光控電路阻值變小，對(duì)直流控

8、制電壓衰減很 大。 4、延時(shí)電路 ： 由于需要的燈泡持續(xù)時(shí)間并不是很長(zhǎng)， 大概幾十秒左右， 所以用一個(gè)電容控 制開關(guān)的狀態(tài)即可。當(dāng)夜晚無光時(shí)，電子開關(guān)打開時(shí)， C2 連通，即開始充電。 當(dāng)電子開關(guān)關(guān)閉后， C2開始放電。當(dāng) C2電壓下降到低于 1/2 電源電壓時(shí)（大約 一分鐘） YFC，YFD反轉(zhuǎn)，可控硅截止電燈關(guān)閉，等待下次觸發(fā)。 圖 9 延時(shí)電路單元電路圖 5、整流濾波電路： 1 1 R5* C2 R5*C2* D2和 C3起穩(wěn)壓濾波作用， D2 是 7.5V 的穩(wěn)壓管， C3用 100UF的電解電容， D2，C3鈞接地。 整流電路單元電路圖如圖 10 所示： 圖 10 整流電路單元電圖

9、五：參數(shù)計(jì)算： C2* R5* dUc =Uc dt 理論情況下電路延遲時(shí)間約為 70秒，可改變 R5和 C2來改變延時(shí) 此次設(shè)計(jì)所得到的實(shí)際延時(shí)時(shí)間為 80秒。 六、安裝調(diào)試 1、焊接與安裝： 設(shè)計(jì)好電路圖后， 根據(jù)電路圖先在面包板上連接電路， 調(diào)試成功后再在電路 板上焊接， 安裝過程中要細(xì)心， 不能出現(xiàn)短路和斷路問題。 出現(xiàn)問題后仔細(xì)檢查 電路的連接問題。 連接過程中不能出現(xiàn)三極管管腳連接錯(cuò)誤， 可控硅的連接也要 正確，否則會(huì)出現(xiàn)燒毀元器件的情況，出現(xiàn)危險(xiǎn)。 D3 D6、R7、D2、C3組成穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路產(chǎn)生 7.5V 直流電壓給控制電 路供電。 準(zhǔn)備好全套元件后，用萬用表粗略地測(cè)量一

10、下各元件的質(zhì)量， 做到心中有數(shù)。 RC振蕩實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能， TC4011 為 CMOS管的供電電壓為 延時(shí)時(shí)間計(jì)算如下所示： 延時(shí)電路采用 翻轉(zhuǎn)電壓為 2.5V Uc U 0* exp( * t) T R5*C2* ln2 70m 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、三極管、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。 電路板與 220V高壓連接在一起， 在接 220交流電時(shí)，必須接上燈泡（220V， 60W），特別注意防止觸電。 2、調(diào)試問題處理： 燈泡

11、一直亮著： 燈泡一直亮著的問題，多是三極管被擊穿，造成繼電器中一直有電流通過， 從而燈泡回路一直處于導(dǎo)通狀態(tài)； 或者是繼電器和燈泡回路的接法不正確， 使得 繼電器中一直有電流通過或者燈泡直接接在電源回路上， 從而使燈泡一直處于導(dǎo) 通狀態(tài)。若沒有上述錯(cuò)誤，則極有可能是集成電路 TC4011損壞。 燈泡始終不亮 出現(xiàn)這一問題， 先檢查燈泡是否正常。 如果燈泡正常， 就說明開關(guān)電路中有 元件損壞。 可先焊開光敏電阻器的一個(gè)腳， 在想話筒送入聲音信號(hào)的同時(shí)， 用萬 用表側(cè)集成電路 2 腳的電壓，看指針是否擺動(dòng)。 若擺動(dòng)很小或不擺動(dòng)， 就應(yīng)檢查 聲音觸發(fā)控制電路中的各元件，包括話筒、電阻器 R1到 R4

12、、電容器 C1、三極管 T1。 發(fā)光時(shí)間短： 這是延時(shí)電路的電容器 C2或電阻器 R5 有問題，可用容量大點(diǎn)的電容替換 C2，或?qū)﹄娮杵?R6 進(jìn)行替換。若更換后，延時(shí)時(shí)間還是較短，則有可能是二極 管 D1 不良。 注：在實(shí)際電路中， 由于電容器本身有電阻， 再加上其放電并不是放到零為 止，所以其放電時(shí)間比理論計(jì)算少。 燈泡響應(yīng)靈敏度低。 如果需要很大響聲， 燈泡才能觸發(fā)點(diǎn)亮， 則說明觸發(fā)電路元件性能下降， 此時(shí)應(yīng)著重檢 查三極管的放大倍數(shù) 值，以及檢查電阻 R1-R4、電容器 C1 等。 七：注意事項(xiàng) 1、接好聲光控延時(shí)開關(guān)與燈泡，再通過整流電路接入 220V 交流電源，分別 在白天及模擬晚

13、上天黑的環(huán)境下測(cè)試電路關(guān)鍵點(diǎn)電壓及波形， 并測(cè)量燈泡點(diǎn)亮維 持時(shí)間 t （延時(shí)時(shí)間）。記錄測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)注意標(biāo)明燈泡是在點(diǎn)亮還是熄滅狀態(tài)。 2、測(cè)量時(shí)要注意人身安全，當(dāng)沒有使用隔離變壓器時(shí)，特別要注意身體任 何部位均不能接觸電路板任何裸露的銅箔部分，包括測(cè)量公共點(diǎn)即“地線” 3、操作要膽大心細(xì)，固定好開關(guān)電路板，選擇好合適的萬用表直流電壓檔 測(cè)量，黑筆接好測(cè)量參考點(diǎn)，防止表筆接觸引起電路短路 。 八、小結(jié) 經(jīng)過一個(gè)多月的硬件課程設(shè)計(jì)使我學(xué)會(huì)了許多， 課本上的知識(shí)經(jīng)過實(shí)踐后很 有一種成就感， 又學(xué)會(huì)了許多課本上學(xué)不到的東西。 這次硬件設(shè)計(jì)是對(duì)過去兩年 知識(shí)的總結(jié)和運(yùn)用， 也是對(duì)我們的一次考查。 理論

14、知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合才能發(fā)現(xiàn)知 識(shí)的魅力，也更能激發(fā)出興趣。 硬件設(shè)計(jì)的過程是個(gè)知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的過程， 光有知識(shí)沒有過去的時(shí)間積 累也是不行的， 在過去的課程中我們已經(jīng)有過電子設(shè)計(jì)和金工實(shí)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)， 了解 到在實(shí)踐中需要的注意事項(xiàng)， 這對(duì)我們的這次硬件課程設(shè)計(jì)有很大的幫助， 讓我 們更加有信心完成這次設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)的過程中會(huì)遇到許多的問題， 許多的問題一時(shí) 解決不了會(huì)讓我們感覺很沮喪， 在是在熱情唐紅文老師的幫助下我們靠著自己的 耐心解決了許多難題，最終取得了成功。設(shè)計(jì)的過程中要嚴(yán)格的執(zhí)行安全規(guī)則， 也要細(xì)心、耐心，不然會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，因?yàn)樵骷性S多的管腳，如果不細(xì)心的話 很容易連錯(cuò)管腳， 這樣就很

15、容易產(chǎn)生錯(cuò)誤， 無法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能， 還有可能燒毀元 器件，產(chǎn)生危險(xiǎn)，所以這次硬件課程設(shè)計(jì)也讓我們?cè)僖淮误w會(huì)到了科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)。 設(shè)計(jì)一開始不知如何下手， 經(jīng)過廣泛查閱資料方 我們無論是生活還是學(xué)習(xí) 都離不開外界的力量， 當(dāng)然也要有自己的努力， 我們自知這次的設(shè)計(jì)有很多的不 足，做得比較辛苦效果卻不是很好， 很多東西平時(shí)學(xué)得也不透徹， 我覺得做一次 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良多， 能把知 識(shí)真正變成自己的東西。 九、參考文獻(xiàn)： 1 清華大學(xué)電子學(xué)教研組編，童詩白華成英主編 . 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) . 第 4 版. 北京：高等教育出版社， 2010. 2 清華大學(xué)電子

16、學(xué)教研組編， 閻石 主編 . 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) . 第 5 版. 北京：高等教育出版社， 2010. 3 龔華生 主編 . 實(shí)用電路創(chuàng)意制作自學(xué)通 . 北京：電子工業(yè)出版社， 2006. 4 劉天旺 主編. PROTEL99S電E 路設(shè)計(jì)應(yīng)用教程 . 北京：電子工業(yè)出版社， 2007. 5 Allan R .Hambley 著 李春茂改編 . 電子技術(shù)基礎(chǔ) . 北京：電子工業(yè)出版 社， 2007. 物理與電子信息學(xué)院 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 成績(jī)?cè)u(píng)定表 專業(yè)： 班級(jí) ： 學(xué)號(hào)： 姓名： 課題名稱 聲控光控?zé)舻脑O(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)聲控光控?zé)?設(shè)計(jì) 任務(wù) 設(shè)計(jì)要求：實(shí)現(xiàn)一個(gè)由聲音和環(huán)境亮度共同控制的開關(guān)，其功能是在白天， 與要 電路總是關(guān)斷。在黑暗條件下，電路處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有聲音出現(xiàn)時(shí)（或 求 有人經(jīng)過），可控硅導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)燈泡發(fā)光，并開始進(jìn)入延時(shí)狀態(tài)， 控硅自動(dòng)關(guān)斷，燈泡熄滅，節(jié)電環(huán)保。 一段時(shí)間后可 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)： 設(shè)計(jì) 有合理的方案設(shè)計(jì)和論證、 單元電路和總原理圖電路分析、 電路參數(shù)的計(jì)算和清單。 （ 0-15 報(bào)告 分） 成績(jī) 電路板制作、調(diào)試規(guī)范，有詳細(xì)制作和調(diào)試過程。 （ 0-8 分