聲光控樓梯延時(shí)燈

1、學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目 聲光控樓梯延遲燈 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 院 （系） 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 目 錄1 課程設(shè)計(jì)的目的12 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求13 設(shè)計(jì)方案與論證13.1 設(shè)計(jì)方案13.2 方案理論測(cè)試34 設(shè)計(jì)原理與功能說(shuō)明54.1 設(shè)計(jì)原理與功能54.2 總體電路圖75 單元電路設(shè)計(jì)96 硬件調(diào)試107 總結(jié)10附錄一：總體電路原理圖13附錄二：元器件清單141 課程設(shè)計(jì)的目的 節(jié)電開(kāi)關(guān)，在白天或光線較亮?xí)r，節(jié)電開(kāi)關(guān)呈關(guān)閉狀態(tài)，燈不亮，夜間或光線較暗時(shí)，節(jié)電開(kāi)關(guān)呈預(yù)備工作狀態(tài)。當(dāng)有人經(jīng)過(guò)該開(kāi)關(guān)附近時(shí)，腳步聲等把節(jié)電開(kāi)關(guān)啟動(dòng)，燈亮，延時(shí)4050秒后節(jié)電開(kāi)關(guān)自動(dòng)關(guān)閉、燈滅。2

2、 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)用三極管放大電路的聲光控樓梯延遲燈控制電路。2 設(shè)計(jì)要求（1）應(yīng)用三極管放大電路的原理確定原件的安裝方式，電阻采用臥式安裝，其他元件采用立式安裝。（2）在白天光線較強(qiáng)時(shí)，燈自動(dòng)封鎖不亮。（3）一到傍晚，只要樓梯走道有人走動(dòng)或有人談話時(shí)，燈即點(diǎn)亮。（4）燈延遲數(shù)十秒后，又自動(dòng)熄滅。3 設(shè)計(jì)方案與論證3.1 設(shè)計(jì)方案聲光控樓梯延遲燈的關(guān)鍵部分是聲控電路、光控電路、可控器件和樓梯控制燈。下面列出方案： 方案1 ：主要包含四部分電路，分別為：電源電路、光控電路、聲控延時(shí)電路、晶閘管開(kāi)關(guān)電路，下面對(duì)其功能進(jìn)行逐一分析并確定電路結(jié)構(gòu)。電源電路主要為控制

3、電路提供工作電壓，本設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的電源電路設(shè)計(jì)方法，即降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓，使電路輸出12V直流電壓供給控制電路。光控電路是根據(jù)光線的強(qiáng)弱來(lái)優(yōu)先決定電燈的亮滅。該電路可以對(duì)聲控延時(shí)電路進(jìn)行控制，在白天光線較強(qiáng)時(shí)，光控電路輸出低電平將聲控電路封鎖；在晚上光線較弱時(shí)，光控電路輸出高電平，則聲控功能打開(kāi)。本設(shè)計(jì)采用光敏電阻和其他電阻組成的分壓電路來(lái)控制555定時(shí)器的觸發(fā)輸入端和6腳連接在一起，通過(guò)一電容接地，555定時(shí)器的輸出去控制聲控電路中的555定時(shí)器的復(fù)位端。  聲控延時(shí)電路：該電路主要在光線較弱時(shí)起作用。這主要是通過(guò)光控電路的輸出來(lái)控制的。在白天，該電路在光控電路的控制作用下，處

4、于關(guān)閉狀態(tài)，對(duì)任何聲音信號(hào)都不響應(yīng)；在晚上，光控電路將該電路的功能打開(kāi)，使得該電路能根據(jù)外界聲音信號(hào)作出相應(yīng)的響應(yīng)。經(jīng)放大處理后的聲音信號(hào)控制處于單穩(wěn)工作模式的555定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)聲控及延時(shí)功能。  晶閘管開(kāi)關(guān)電路：該電路受聲控電路555定時(shí)器輸出端的控制。當(dāng)其輸出低電平時(shí)，晶閘管截止，由于照明燈與晶閘管串聯(lián)，所以燈熄滅；當(dāng)其輸出高電平時(shí)，晶閘管導(dǎo)通，照明燈點(diǎn)亮。 方案2：圖3-1 電路設(shè)計(jì) 如圖3-1，聲控電路將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電信號(hào)，經(jīng)放大、整流等處理，變成相應(yīng)直流信號(hào)，去控制可控器件。當(dāng)可控器件導(dǎo)通時(shí)，燈也就點(diǎn)亮，經(jīng)一段時(shí)間延遲后，延遲電路讓可控器件截止，燈熄滅。在白天，光控電

5、路作用于可控器件，使其截止，等始終處于熄滅狀態(tài)。 由于方案二比之方案一較簡(jiǎn)單易行，其電路簡(jiǎn)單，更實(shí)用，設(shè)計(jì)成本也比較低，各種功能效果都相差無(wú)幾，電路比較容易實(shí)現(xiàn)，更適合用于實(shí)習(xí)訓(xùn)練。而且，方案二全部由模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)電路之間的連通與互換，采用頻率電壓轉(zhuǎn)換電路來(lái)代替濾波器，較之直接使用濾波器更為容易方便。并且市場(chǎng)上較多的音樂(lè)彩燈控制器都是用方案一來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而方案一要采用多級(jí)放大電路來(lái)實(shí)現(xiàn)多種控制方式，無(wú)論是實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，還是在進(jìn)行硬件安裝和調(diào)試的過(guò)程都比較繁瑣，且不容易實(shí)現(xiàn)，不能達(dá)到預(yù)期的效果。方案一采用了濾波器，比之方案二又使電路的設(shè)計(jì)更為復(fù)雜了，且濾波器在市場(chǎng)上不容易買到，價(jià)格比較昂貴所以，

6、經(jīng)過(guò)我們的共同討論，并在參考了指導(dǎo)老師的意見(jiàn)下，我們確定方案為方案二。3.2 方案理論測(cè)試節(jié)電開(kāi)關(guān)，在白天或光線較亮?xí)r，節(jié)電開(kāi)關(guān)呈關(guān)閉狀態(tài)，燈不亮，夜間或光線較暗時(shí)，節(jié)電開(kāi)關(guān)呈預(yù)備工作狀態(tài)。當(dāng)有人經(jīng)過(guò)該開(kāi)關(guān)附近時(shí)，腳步聲等把節(jié)電開(kāi)關(guān)啟動(dòng)，燈亮，延時(shí)4050秒后節(jié)電開(kāi)關(guān)自動(dòng)關(guān)閉、燈滅。聲音放大大倍壓整流光敏電路電子開(kāi)關(guān)延時(shí)電路交流開(kāi)關(guān)220MicVT3VD3,C4VT1VD1-2RGMMVT2-4MCR100-8圖3-1 聲光控電路原理方框 上圖3-1是該聲光控電路原理方框，由話筒、聲音放大、倍壓整流、光控、電子開(kāi)關(guān)、延時(shí)和交流開(kāi)關(guān)七部分電路組成。 電路原理：話筒MIC1和VT1、R1R3、C1

7、組成聲音拾取放大電路。為了獲得較高的靈敏度，VT1 的值選用大于100。話筒MIC也選用靈敏度高的。R3不宜過(guò)小，否則電路容易產(chǎn)生間歇振蕩，C2、D1和D2、C3構(gòu)成倍壓整流電路。把聲音信號(hào)變成直流控制電壓。R4、R5和光敏電阻R11組成光控電路。有光照射在R11上時(shí)，阻值變小，對(duì)直流控制電壓衰減很大。VT2、VT3和R7、D3組成的電子開(kāi)關(guān)截止，C4 內(nèi)無(wú)電荷，單向可控硅MCR截止，燈泡不亮。在MCR截止時(shí)，直流高壓經(jīng)R9、R10、D4降壓后加到C3、CW1（穩(wěn)壓管）上端。C3為濾波電容，CW1為穩(wěn)壓值1215V的穩(wěn)壓二極管，保證C3上電壓不超過(guò)15V直流電壓。當(dāng)無(wú)光照射R11 時(shí)，R11

8、阻值很大，對(duì)直流控制電壓衰減很小，VT2、VT3等組成的電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，D3 也導(dǎo)通，使C4充電。R8、C5和單向可控制MCR、D5D8 組成延時(shí)與交流開(kāi)關(guān)。C4通過(guò)R8 把直流觸發(fā)電壓加到MCR控制端，MCR導(dǎo)通，燈泡點(diǎn)亮。燈泡發(fā)光時(shí)間長(zhǎng)短由C4、R8 的參數(shù)決定，按圖中所給出的元器件數(shù)值（R8為22K），發(fā)光30秒左右后，MCR截止，燈熄滅。4 設(shè)計(jì)原理與功能說(shuō)明4.1 設(shè)計(jì)原理與功能1. 光控電路 光控電路可實(shí)現(xiàn)白天時(shí)燈的自定封鎖熄滅。光控電路的原理是應(yīng)用光敏元件來(lái)實(shí)現(xiàn)光線對(duì)其影響。常見(jiàn)的光敏元件有光敏二極管、光敏三極管和光敏電阻燈。常見(jiàn)光控電路簡(jiǎn)圖如圖4-1所示。 圖4-1（a）中使用的

9、感光器件為光敏三極管。當(dāng)光敏三極管受光照射時(shí)，VT1導(dǎo)通，使VT2導(dǎo)通，電磁繼電器KA吸合，工作電路接通，實(shí)現(xiàn)光控開(kāi)啟。無(wú)光照時(shí)VT1截止，圖4-1 光控電路使VT2截止，電磁繼電器KA斷電，燈EL熄滅。 圖4-1（b）所示為光敏電阻R2與晶閘管VD構(gòu)成的光控電路。當(dāng)白天自然光線較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻R2呈低電阻，與R1分壓后使晶閘管VD門電極處于低電平，VD獲得正向觸發(fā)電壓而導(dǎo)通，燈EL亮。2.、聲控電路 使用聲控電路可實(shí)現(xiàn)電路的智能化控制，只要拍拍手就可以讓電路自動(dòng)開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式開(kāi)啟、關(guān)閉。聲控電路的基本原理是利用話筒來(lái)接受外界的聲音，把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，在經(jīng)過(guò)放大處理作用于電路的工作。

10、一些簡(jiǎn)易的電路控制如圖4-2所示。圖4-2 聲控電路 圖4-2（a）、（b）中，B為靈敏度較高的小型駐極體電容話筒。圖4-2（a）工作原理使當(dāng)B接收到聲音信號(hào)時(shí)，B將聲音信號(hào)變成為電信號(hào)，并經(jīng)過(guò)電容C耦合觸發(fā)晶閘管，使其導(dǎo)通，整流電路工作，有電流流過(guò)EL，燈點(diǎn)亮。 圖4-2（b）為聲音信號(hào)放大電路。當(dāng)B接收到信號(hào)時(shí)，B將聲音信號(hào)變成為電信號(hào)，并經(jīng)三極管VT放大，在經(jīng)過(guò)VD1、VD2倍壓整流后，將其變成直流控制電壓去觸發(fā)下一級(jí)電路的晶閘管，使其導(dǎo)通。3、延遲電路 常用的簡(jiǎn)單延時(shí)電路是利用電容的充電放電功能來(lái)實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能，并與各類電子元件相互組合實(shí)現(xiàn)不同的延時(shí)控制。延時(shí)電路可實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟和延時(shí)關(guān)閉等控

11、制。電容與其他電子元件的組合使用有如下幾種： （1）電容與放大電路組成的延時(shí)電路。如圖4-3（a）、（b）所示，在有電壓U輸入時(shí)，三極管基極有電流通過(guò)，電路導(dǎo)通，同時(shí)，電容C被快速充電。U停止輸入后，電容放電，使三極管繼續(xù)保持導(dǎo)通，延時(shí)開(kāi)始，直到電容放電完畢，三極管截止，延時(shí)結(jié)束。圖4-3（b）中加入了電磁繼電器，當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí)，電磁繼電器吸合，可實(shí)現(xiàn)低壓控制高壓的延時(shí)控制。（2）電容與晶閘管組成的延時(shí)電路。電容與晶閘管組成的延時(shí)電路如圖4-3所示，當(dāng)有U輸入時(shí)，晶閘管VD導(dǎo)通，同時(shí)電容C正向充電。當(dāng)沒(méi)有電壓U輸入后，電容C通過(guò)R放電時(shí)晶閘管VD保持導(dǎo)通，使工作電路運(yùn)作。當(dāng)C放電完畢，VD因沒(méi)

12、有觸發(fā)電流而截止，延時(shí)結(jié)束。延時(shí)時(shí)間由C的電容量和R的大小決定。圖4-3 延遲電路4.2 總體電路圖1. 電路的工作原理 圖4-4為聲光控樓梯延遲燈的應(yīng)用電路，其聲控靈敏度較高。VD10輸出音頻信號(hào)經(jīng)VD5、VD6倍壓整流后，將其變成直流控制電壓去觸發(fā)VD11、VD12導(dǎo)通，從而使晶閘管VD13導(dǎo)通，電燈EL點(diǎn)亮發(fā)光。電路延遲時(shí)間有R9與C4數(shù)值決定，通常為數(shù)十秒。電容C5可吸收電網(wǎng)干擾脈沖，可防止電路誤觸發(fā)。VT13采用出發(fā)電流較小的小型塑封單向晶閘管2N6565，其電流、電壓參數(shù)為0.81A/400600V。圖4-4 聲光控樓梯延遲燈的應(yīng)用電路 該延遲電路采用：“二線制”接法，開(kāi)關(guān)對(duì)外僅兩

13、根接線端子，可直接取代普通開(kāi)關(guān)，而不必更改原有照明線路。圖4-4中，R5可選擇亮阻與暗阻相差倍數(shù)愈大愈好的MG44、MG45型燈光敏電阻器；B應(yīng)采用靈敏度較高的的小型駐極體電容話筒，如CRZ2-113F型等。 白天光線較強(qiáng)時(shí)，R5阻值較小，VT11截止，VT12截止，晶閘管VD13截止，橋式整流電路無(wú)較大輸出電流，燈EL熄滅鎖定。當(dāng)一天到傍晚，只要樓梯走道有人走動(dòng)或談話時(shí)，駐極體電容話筒B輸出相應(yīng)電信號(hào)，經(jīng)VT10放大，VT5、VT6倍壓整流后，將其變成直流控制電壓去觸發(fā)VT11、VT12導(dǎo)通，從而使晶閘管VD13導(dǎo)通，整流電路輸出較大電流，電燈EL點(diǎn)亮發(fā)光。經(jīng)電路延遲一定時(shí)間后，VD13截止

14、，電燈EL熄滅。5 單元電路設(shè)計(jì)三極管放大電路： 圖5-1 三極管放大電路 雙極型半導(dǎo)體晶體三極管(BJT) 由兩個(gè)PN結(jié)和三個(gè)電極構(gòu)成。 三個(gè)區(qū)域?yàn)榛鶇^(qū)（B區(qū)）、發(fā)射區(qū)（E區(qū)）、集電區(qū)（C區(qū)）。 兩個(gè)PN結(jié)為發(fā)射結(jié)（BE結(jié)）、集電結(jié)（CB結(jié)）。 三個(gè)電極為發(fā)射極E（Emitter）、基極B（Base）、集電極C（Collctor）。因雜質(zhì)半導(dǎo)體有P、N型兩種，所以三極管的組成形式有NPN型和PNP型兩種。2、放大電路三極管的三種連接方式 圖5-2 放大電路三極管的三種連接方式 圖（a）從基極輸入信號(hào)，從集電極輸出信號(hào)，發(fā)射極作為輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的公共端，此即共發(fā)射極（簡(jiǎn)稱共射極）放大電路；

15、圖（b）從基極輸入信號(hào)，從發(fā)射極輸出信號(hào)，集電極作為輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的公共端，此即共集電極放大電路；圖（c）從發(fā)射極輸入信號(hào)，從集電極輸出信號(hào)，基極作為輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的公共端，此即共基極放大電路。6 硬件調(diào)試本次課程設(shè)計(jì)，我小組首先通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜索了聲光控樓梯延遲燈的相關(guān)原理圖、零器件等等，經(jīng)過(guò)小組討論選擇最使用的一種原理圖，小組成員開(kāi)始對(duì)相應(yīng)原理圖進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，通過(guò)仿真測(cè)試無(wú)誤，由負(fù)責(zé)人購(gòu)買相關(guān)器件，經(jīng)過(guò)一個(gè)星期元器件 排版，焊接，其中由于失誤，多次燒毀器件。在進(jìn)行三極管放大電路的器件組合時(shí)，由于對(duì)理論知識(shí)不熟多次出錯(cuò)，其在老師指導(dǎo)下才終于完成，最終在電路板測(cè)試時(shí)，一舉取得成功。7 總結(jié)

16、經(jīng)過(guò)一周左右的課程設(shè)計(jì)終于要畫(huà)上一個(gè)完美的句號(hào)?；匚哆@個(gè)過(guò)程，確實(shí)充滿著酸甜苦辣。設(shè)計(jì)的過(guò)程并非一帆風(fēng)順，遇到了許多困難，但我們努力解決。通過(guò)一周的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了許多，這讓我擁有了一次運(yùn)用我所學(xué)模電知識(shí)的機(jī)會(huì)。 在課程設(shè)計(jì)開(kāi)始階段，遇到的問(wèn)題比較多。通過(guò)查找資料，我開(kāi)始漸漸了解聲光控電路的原理，設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用。聲光控的種類繁多，技術(shù)含量與復(fù)雜程度也各不相同。我通過(guò)了解了各種類型的聲光控電路的原理，然后開(kāi)始考慮自己應(yīng)該設(shè)計(jì)何種類型的聲光控。據(jù)課題要求，應(yīng)該是設(shè)計(jì)一種開(kāi)路式聲光控樓梯延遲燈。這也是眾多聲光控中比較簡(jiǎn)單的一種。考慮到我所學(xué)的知識(shí)有限，難以設(shè)計(jì)復(fù)雜的聲光控電路，最終決定設(shè)計(jì)通過(guò)三極

17、管控制的聲光控電路。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我參考了網(wǎng)上的一些聲光控電路及其他資料。通過(guò)設(shè)計(jì)、查找資料，我了解了一些以前未學(xué)過(guò)的元件。如三極管。我知道了很多，也擴(kuò)展了視野。我也收獲很多，我更熟練的掌握使用三極管放大電路。重要的是我初步學(xué)會(huì)了設(shè)計(jì)電子電路的方法與技巧，這對(duì)我而言，確實(shí)是大有裨益的。我相信有這次設(shè)計(jì)作基礎(chǔ)，我以后會(huì)設(shè)計(jì)出更好的電子電路。參考文獻(xiàn)1 華成英，童詩(shī)白. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第3版）M. 北京 ：高等教育出版社，20062 江曉安，董秀峰. 數(shù)字電子基礎(chǔ)（第3版）M. 陜西：西安電子科技大學(xué)出版社，20083 楊力，文剛. 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì). 北京：中國(guó)電力出版社，20094 夏路易，石宗義. 電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程. 北京：北京希望電子出