夜間自動(dòng)感應(yīng)燈電路的設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)專(zhuān)業(yè) 機(jī)電一體化 班級(jí) 機(jī)電083 姓名 解xie 下發(fā)日期2011-04-04 題目夜間自動(dòng)感應(yīng)燈電路的設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及要求聲光控LED節(jié)能燈，要求正常光線時(shí)，聲控部分的控制信號(hào)不起作用，當(dāng)周?chē)饩€暗到一定程度時(shí)，聲控部分的電路控制起作用，且電路濾噪功能要好，能有效地避免色偏。電源電路采用無(wú)變壓器橋式整流穩(wěn)壓（最好是高效的開(kāi)關(guān)電源），電路應(yīng)具有實(shí)用、節(jié)能，長(zhǎng)壽、電路合理、安裝方便、可靠性高。主要技術(shù)參數(shù)外觀方面：全長(zhǎng)、直徑、重量。性能方面：燈功率、電流、光通量、光效、顯色指數(shù)、色溫。進(jìn)度及完成日期 4.04-4.08指導(dǎo)老師與學(xué)生初步互相交流；根據(jù)指導(dǎo)老師下達(dá)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，對(duì)畢業(yè)

2、設(shè)計(jì)進(jìn)行日程的安排。 4.09-5.10根據(jù)所選課題查閱相關(guān)資料；老師按畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)所提出任務(wù)、要求、技術(shù)指標(biāo)等，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)。 5.11-5.23進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)初稿的設(shè)計(jì)，并根據(jù)老師指出設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題和修改意見(jiàn)進(jìn)行修改。 5.24-6.6 學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)老師評(píng)閱老師提出意見(jiàn)進(jìn)行整改。 6.7-6.13 進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)終稿的審閱，并根據(jù)老師提出的問(wèn)題和修改意見(jiàn)進(jìn)行修改。系主任簽字日 期教研室主任簽字日 期指導(dǎo)教師簽字日 期指 導(dǎo) 教 師 評(píng) 語(yǔ) 指導(dǎo)教師: 年 月 日青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱意見(jiàn)表設(shè)計(jì)題目夜間自動(dòng)感應(yīng)燈電路的設(shè)計(jì)部分評(píng)價(jià)項(xiàng)目評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（A級(jí)）滿(mǎn)分評(píng) 分ABCDE文獻(xiàn)資料利用能

3、力能獨(dú)立地利用多種方式查閱中外文獻(xiàn)；能正確翻譯外文資料；能正確有效地利用各種規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)等。10109876綜合運(yùn)用能力研究方案設(shè)計(jì)合理；設(shè)計(jì)方法科學(xué)；技術(shù)線路先進(jìn)可行；理論分析和計(jì)算正確；動(dòng)手能力強(qiáng)；能獨(dú)立完成設(shè)計(jì)；能綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)和解決實(shí)際問(wèn)題；研究結(jié)果客觀真實(shí)。20192017181516131412設(shè)計(jì)質(zhì)量設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)；邏輯性強(qiáng)；語(yǔ)言文字表準(zhǔn)確流暢；格式、圖、表規(guī)范；有一定的學(xué)術(shù)水平或?qū)嶋H價(jià)值4037-4032-3628-3125-2724創(chuàng)新能力有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)；所做工作有較大突破；設(shè)計(jì)有獨(dú)到見(jiàn)解151513-1411-12109工作量工作量飽滿(mǎn)；圓滿(mǎn)完成了任務(wù)書(shū)所規(guī)定的各項(xiàng)

4、任務(wù)。151513-1411-12109總分是否同意將該設(shè)計(jì)提交答辯：是（ ） 否（ )具體評(píng)閱及修改意見(jiàn)： 評(píng)閱人： 年 月 日注：1.請(qǐng)按照A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)出設(shè)計(jì)各項(xiàng)目的具體得分，并填寫(xiě)在相應(yīng)項(xiàng)目的評(píng)分欄中； 2.計(jì)算出總分。若總分<60分，“設(shè)計(jì)質(zhì)量”<24分，建議不能提交論文評(píng)閱乃至答辯。該設(shè)計(jì)須限期修改合格后重新申請(qǐng)答辯。 3.評(píng)閱意見(jiàn)欄不夠可另附頁(yè)。答 辯 委 員 會(huì) 評(píng) 語(yǔ)評(píng)定成績(jī)周 記說(shuō)明書(shū)(或論文)圖 紙答 辯總 評(píng)答辯委員會(huì)主席簽字日 期（5%）（65%）（30%）百分制等級(jí)制摘 要常言道“眼睛是心靈的窗戶(hù)?！蔽艺J(rèn)為燈則是指引心靈的方向標(biāo)。在生活中，我們無(wú)時(shí)不在地使

5、用著燈，諸如臺(tái)燈、路燈、日光燈、探照燈、彩燈等等，但不管是什么樣式的燈，它們的作用都是一致的照明。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)既實(shí)用又方便的照明燈則是我們?nèi)祟?lèi)共同的愿望。而生活中我們用的最為平常的燈則是樓道里的照明燈，住過(guò)居民樓的人都應(yīng)該知道，樓道很窄，晚上行走很不方便，如果讓樓道的照明燈一直亮著，則難免會(huì)浪費(fèi)國(guó)家資源，因此設(shè)計(jì)一種既不浪費(fèi)國(guó)家電力又很方便實(shí)用的照明燈系統(tǒng)是很有實(shí)用價(jià)值意義的一件事。該設(shè)計(jì)主要介紹的是關(guān)于夜間感應(yīng)燈電路設(shè)計(jì)。聲光控是通過(guò)光敏電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)光敏電阻在背光的的時(shí)候燈就會(huì)慢慢的熄滅，即這時(shí)也是人走過(guò)了的時(shí)候。在有的電路中這種原理也可以通過(guò)聲音的振動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)人走過(guò)是只需用手輕排一

6、下燈就會(huì)自動(dòng)的亮，人離開(kāi)后又熄滅。這樣就給路人提供了相應(yīng)的方便，同時(shí)，也達(dá)到了節(jié)電和節(jié)能的目的；延長(zhǎng)燈的壽命。在實(shí)際生活中節(jié)電節(jié)能，能夠?qū)崿F(xiàn)更多的自動(dòng)化。在學(xué)校、機(jī)關(guān)、廠礦企業(yè)等單位的公共場(chǎng)所以及居民區(qū)的公共樓道，長(zhǎng)明燈現(xiàn)象十分普遍，這造成了能源的極大浪費(fèi)。另外，由于頻繁開(kāi)關(guān)或者人為因素，墻壁開(kāi)關(guān)的損壞率很高，增大了維修量、浪費(fèi)了資金。我設(shè)計(jì)的課題是夜間感應(yīng)燈電路設(shè)計(jì)，其間設(shè)計(jì)了一種電路新穎、安全節(jié)電、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、使用壽命長(zhǎng)的聲光雙控白熾燈節(jié)能照明燈。 在本設(shè)計(jì)中介紹了多種聲光控路燈控制器的組成、性能，適用范圍及工作原理，給出各電路原理圖及元件參數(shù)選擇，節(jié)電效果十分明顯，同時(shí)也大大減少

7、了維修量、節(jié)約了資金，使用效果良好。白天光照好，不管過(guò)路者發(fā)出多大聲音，都不會(huì)是燈泡發(fā)亮。夜晚光暗，電路的拾音器只要檢測(cè)到有碎發(fā)聲響，就會(huì)自動(dòng)亮為行人照明，過(guò)數(shù)十秒后又自動(dòng)熄滅，節(jié)能節(jié)電。關(guān)鍵詞：與非門(mén)放大，光敏二極管，可控開(kāi)關(guān)，延遲電路ABSTRACTAs "the eyes are the Windows of the soul." I think lamp is the direction of mind. Guide In life, we use the ever-present lamp, table lamp, street lamp, fluorescent

8、 lamp, such as, lights, searchlights, but no matter what style, the lamp, they are consistent, lighting. Therefore, the design of a practical and convenient floodlight is our human common wishes. But life we use the most ordinary lamp is haunting floodlight, lived everyone should know 52-storey bloc

9、k, the corridor is very narrow, the evening walk very inconvenient, if corridor lights have floodlight, unavoidably will waste the country's resources, design a kind of state power and not waste is very convenient and practical lighting system is very practical significance of a thing.In schools

10、, offices, factories and enterprises etc public and residential building, the public, it is common ever-buring lamps and caused a tremendous waste of energy. In addition, because of frequent switch or man-made factors, the walls of the damage rate is very high, switch to increase the quantity, waste

11、d money maintenance. At the same time, in order to strengthen our analog electronic technology, digital electronic technology and electronic technology, the understanding and strengthen it took me a month's time, but my graduation design, the design of the subject is energy-saving light control

12、design, I design a circuit novel, safety, simple structure, convenient installation, long-life energy-saving lighting incandescent light dual control.This paper mainly discusses the various acoustic electric lamp, the composition, properties of controller scope and work principle, the parameters of

13、the circuit principle diagram and component selection, energy-economizing effect obviously, but also reduce the maintenance, save money, good effect. During the day, whether passers-by shine out much is not sound, light shine. The dark night light, if detection circuit to have broken pick-up, will a

14、utomatically send sound and light for pedestrians lighting for several seconds later and automatic extinguished, energy saving.Keywords: Cross-coupled nand gates amplifier, Photosensitive diode，Controllable switching， Latency circuits目 錄摘要IABSTRACTII第1章 緒論11.1 課題背景11.2 課題研究的目的和意義11.3 國(guó)內(nèi)外情況21.4 設(shè)計(jì)思路及

15、優(yōu)缺點(diǎn)3第2章 基本原理42.1 聲光節(jié)能燈基本原理42.2 555電路基本原理52.2.1 555電路引腳排列及其功能52.2.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及其內(nèi)部電路62.3 聲控電路基本原理72.3.1 電路的工作原理72.3.2 元器件的選擇92.3.3 安裝制作92.4 光控電路基本原理102.4.1 電路的工作原理102.4.2 光電開(kāi)關(guān)的制作102.5 延時(shí)電路基本原理11第3章 主要元器件介紹133.1 光敏電阻133.2 CD4011芯片的結(jié)構(gòu)與原理143.3 調(diào)試153.4 主要原件清單表16第4章 方案設(shè)計(jì)與論證174.1 電路分析174.2 方案設(shè)計(jì)174.2.1 利用門(mén)電路來(lái)完成

16、聲光控的調(diào)節(jié)174.2.2 采用LM317供電來(lái)完成194.2.3 使用了數(shù)字集成電路cd4011204.3 方案論證204.4 故障排除21第5章 結(jié)果和結(jié)論225.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果225.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論22致 謝24參考文獻(xiàn)25第1章 緒 論1.1 前 言 1.2 課題背景及課題研究的目的和意義 隨著社會(huì)不斷進(jìn)步，科技發(fā)展，聲光雙控節(jié)電燈逐步走進(jìn)社會(huì)各個(gè)公共角落，聲光雙控節(jié)電燈不僅適用于住宅區(qū)的樓道，而且也適用于工廠、辦公樓、教學(xué)樓等公共場(chǎng)所，它具有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，適合于各種樓房走廊的照明設(shè)備。用聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)代替住宅小區(qū)的樓道上的開(kāi)關(guān)，在天黑以后，當(dāng)有人走過(guò)樓梯通道

17、，發(fā)出腳步聲或其它聲音時(shí)，樓道燈會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮，提供照明，當(dāng)人們進(jìn)入家門(mén)或走出公寓，樓道燈延時(shí)幾分鐘后會(huì)自動(dòng)熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會(huì)亮，它解決了“長(zhǎng)明燈”浪費(fèi)電能的問(wèn)題，延長(zhǎng)燈泡的使用壽命，安全性好，可靠性高。該 通過(guò)本課題的研究，加強(qiáng)了自己的動(dòng)手能力，鞏固了對(duì)所學(xué)知識(shí)的認(rèn)知。通過(guò)本次試驗(yàn)我們?cè)O(shè)計(jì)了一種比較節(jié)能的聲光雙控?zé)?，不僅使自己學(xué)習(xí)到了知識(shí)，而且也為社會(huì)做出了貢獻(xiàn)。 另外通過(guò)本課題的研究，加強(qiáng)了自己的動(dòng)手能力，鞏固了對(duì)所學(xué)知識(shí)的認(rèn)知。通過(guò)本次試驗(yàn)我們?cè)O(shè)計(jì)了一種比較節(jié)能的聲光雙控?zé)舾袘?yīng)器，不僅使自己學(xué)習(xí)到了知識(shí)，而且也為社會(huì)做出了貢獻(xiàn)。1.3 國(guó)內(nèi)外情況生產(chǎn)企業(yè)適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)的要求，

18、為各類(lèi)照明場(chǎng)所提供相應(yīng)的產(chǎn)品。從國(guó)際市場(chǎng)分析，雖然我們的出口逐年大幅度增長(zhǎng)，但我國(guó)大部分產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)仍屬中低檔水平，去過(guò)法蘭克福的人都有體會(huì)，我們的產(chǎn)品與國(guó)際先進(jìn)水平相比還存在較大差距。另外，如果大量劣質(zhì)低價(jià)產(chǎn)品出口，還會(huì)遭遇反傾銷(xiāo)訴訟，從而影響全行業(yè)出口，因此我們?nèi)砸舐暭埠?，質(zhì)量是企業(yè)的生命。 我國(guó)目前已成為世界照明電器產(chǎn)品生產(chǎn)大國(guó)，我們的目標(biāo)是要成為照明電器產(chǎn)品生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)，我們與發(fā)達(dá)國(guó)家在照明電器產(chǎn)品的質(zhì)量、檔次、生產(chǎn)工藝、設(shè)備、材料以及新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力等方面均存在明顯差距。看到我們?nèi)〉贸煽?jī)的同時(shí)，也能清醒地認(rèn)識(shí)我們存在的差距，才能不斷地進(jìn)步。讓我們?nèi)袠I(yè)共同努力，為照明電器行業(yè)的健康發(fā)展

19、做出更大的貢獻(xiàn)。1.4 設(shè)計(jì)思路及優(yōu)缺點(diǎn)這是一種聲音和光照雙控照明燈，它可以廣泛用于樓梯、過(guò)道、庫(kù)房的場(chǎng)合。本設(shè)計(jì)是一種基于數(shù)字集成電路的聲光雙控?zé)舻脑O(shè)計(jì)，電路主要由電源電路、信號(hào)放大整形電路、延時(shí)處理電路單穩(wěn)態(tài)電路組成。白天光照好，不管過(guò)路者發(fā)出多大聲音，都不會(huì)是燈泡發(fā)亮。夜晚光暗，電路的拾音器只要檢測(cè)到有猝發(fā)聲響，就會(huì)自動(dòng)亮為行人照明，過(guò)幾分鐘后又自動(dòng)熄滅，節(jié)能節(jié)電。電路稍顯復(fù)雜，并且該設(shè)計(jì)在接入節(jié)能燈后，因?yàn)楣?jié)能燈不能頻繁啟動(dòng)，容易造成節(jié)能燈壽命減少。第2章 基本原理2.1 聲光雙控節(jié)能燈基本原理 聲控?zé)羰且环N聲控電子照明裝置，由音頻放大器、選頻電路、延時(shí)開(kāi)啟電路和可控硅電路組成。它提供

20、了一種操作簡(jiǎn)便、靈活、抗干擾能力強(qiáng)，控制靈敏的聲控?zé)?，它采用人發(fā)的聲音控制信號(hào)，即可方便及時(shí)地打開(kāi)和關(guān)閉聲控照明裝置，并有防誤觸發(fā)而具有的自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉功能，并設(shè)有手動(dòng)開(kāi)關(guān)，使其應(yīng)用更加方便。聲控?zé)粲稍捦?、音頻放大器、選頻電路、倍壓整流電路、鑒幅電路、恒壓源電路、延時(shí)開(kāi)啟電路、可控延時(shí)開(kāi)關(guān)電路、可控硅電路組成。 MIC是一種聲電轉(zhuǎn)換器。電路中LM3900構(gòu)成電壓比較放大器。非門(mén)和與非門(mén)構(gòu)成信號(hào)邏輯分析電路。555定時(shí)器為定時(shí)開(kāi)關(guān)。繼電器為照明電路接通開(kāi)關(guān)。D1，D2，C5，MC78L05CP和降壓器構(gòu)成降壓整流電路。當(dāng)白天時(shí)，光敏電阻RL成低阻狀態(tài)，與非門(mén)輸出高電平，555定時(shí)器3腳 保持低電平

21、，繼電器開(kāi)關(guān)K保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)，照明電路斷開(kāi)。 當(dāng)夜晚時(shí)，光敏電阻RL成高阻狀態(tài)。阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于R6，輸出高電平。當(dāng)壓電陶瓷片未接收到聲音時(shí)，LM3900的4腳輸出為高電平，電容C2右端為高電平，信號(hào)通過(guò)邏輯門(mén)電路后變?yōu)楦唠娖?，輸入?55定時(shí)器2腳，555定時(shí)器3腳則保持低電平，繼電器開(kāi)關(guān)K保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)，照明電路斷開(kāi)。 當(dāng)壓電陶瓷片接收到 聲音時(shí)，LM3900的4腳輸出為低電平。由于電容兩端電壓不能突變，電容C2右端為低電平，信號(hào)通過(guò)邏輯門(mén)電路后變?yōu)榈碗娖?。輸入?55定時(shí)器2腳，當(dāng)555定時(shí)器2腳接收到一個(gè)低電平時(shí)，555定時(shí)器3腳則輸出一定時(shí)間的高電平，使三極管T導(dǎo)通，繼電器開(kāi)始工作，繼電器開(kāi)

22、關(guān)K閉和，照明電路接通。照明持續(xù)一段時(shí)間后，555定時(shí)器3腳變?yōu)榈碗娖?，繼電器開(kāi)關(guān)K關(guān)斷，照明電路斷開(kāi)。2.2 555電路基本原理2.2.1 555電路引腳排列及其功能 555定時(shí)器是一種功能強(qiáng)大的模擬數(shù)字混合集成電路。555定時(shí)器有二個(gè)比較器A1和A2，有一個(gè)RS觸發(fā)器，R和S高電平有效。三極管VT1對(duì)清零起跟隨作用，起緩沖作用。三極管VT2是放電管，將對(duì)外電路的元件提供放電通路。比較器的輸入端有一個(gè)由三個(gè)5kW電阻組成的分壓器，由此可以獲得和兩個(gè)分壓值，一般稱(chēng)為閾值。555定時(shí)器的1腳是接地端GND，2腳是低觸發(fā)端TL，3腳是輸出端OUT，4腳是清除端Rd，5腳是電壓控制端CV，6腳是高觸

23、發(fā)端TH，7腳是放電端DIS，8腳是電源端VCC。555電路的引腳排列圖如圖2.1所示，其功能表如表2-1所示。 圖2.1 555定時(shí)器引腳排列圖表2-1 555定時(shí)器的功能表6（高觸發(fā)端）2（低觸發(fā)端）4（復(fù)位端）3（輸出端）7（放電端）XXLL導(dǎo)通>2Ec/3> Ec/3HL導(dǎo)通<2Ec/3> Ec/3H不變不變X< Ec/3HH截止2.2.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及其內(nèi)部電路 穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出uo為低電平，即無(wú)觸發(fā)器信號(hào)（ui為高電平）時(shí)，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)輸出低電平。在 ui負(fù)脈沖作用下，低電平觸發(fā)端得到低于（1/3）Vcc，觸發(fā)信號(hào)，輸出uo為高電平。放電管是一種使用

24、于設(shè)備輸入端的高壓保護(hù)元件。若其兩端的電壓高過(guò)其保護(hù)規(guī)格值時(shí),其內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)短路現(xiàn)象,并吸收掉輸入的過(guò)高壓。VT截止，電 路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，定時(shí)開(kāi)始。 在暫穩(wěn)態(tài)期間，電源是向電子設(shè)備提供功率的裝置，也稱(chēng)電源供應(yīng)器，它提供計(jì)算機(jī)中所有部件所需要的電能。 充電，充電時(shí)間常數(shù)TRC，uc按指數(shù)規(guī)律上升。當(dāng)電容 兩端電壓uc上升到（2/3）Vcc后，6端為高電平，輸出uo變?yōu)榈碗娖?，放電管VT導(dǎo)通，定時(shí)電容C充電結(jié)束 ，即暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。電路恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)uo為低電平的狀態(tài)。當(dāng)?shù)诙€(gè)觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，又重復(fù)上述過(guò)程。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，如圖2.2所示。輸出電壓Vo的脈寬t=RCln3，555定時(shí)器內(nèi)部電路見(jiàn)圖2.3所示。5

25、55+5V672348VO15R200KC100uF0.01uF圖2.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 圖2.3 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.3 聲控電路基本原理2.3.1 電路的工作原理 用聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)代替住宅小區(qū)的樓道上的開(kāi)關(guān)，只有在天黑以后，當(dāng)有人走過(guò)樓梯通道，發(fā)出腳步聲或其它聲音時(shí)，樓道燈會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮，提供照明，當(dāng)人們進(jìn)入家門(mén)或走出公寓，樓道燈延時(shí)幾分鐘后會(huì)自動(dòng)熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會(huì)亮，可以達(dá)到節(jié)能的目的。聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)不僅適用于住宅區(qū)的樓道，而且也適用于工廠、辦公樓、教學(xué)樓等公共場(chǎng)所，它具有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優(yōu)點(diǎn) 聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)的電路中的主要元器件是使用了數(shù)字集成電路

26、cd4011，其內(nèi)部含有4個(gè)獨(dú)立的與非門(mén)vd 1vd4，使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠性高。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-4：圖2-4 CD4011內(nèi)部結(jié)構(gòu) 顧名思義，聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)就是用聲音來(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。     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(wú)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=2r

27、8c3，改變r(jià)8或c3的值，可改變延時(shí)時(shí)間，滿(mǎn)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)與非門(mén)vd3、vd4后輸出為高電平，使單向可控硅導(dǎo)通，電子開(kāi)關(guān)閉合；c3充滿(mǎn)電后只向r8放電，當(dāng)放電到一定電平時(shí)，經(jīng)與非門(mén)vd3、vd4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。2.3.2 元器件的選擇ic選用cmos數(shù)字集成電路cd4011，其里面含有四個(gè)

28、獨(dú)立的與非門(mén)電路。內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-3，vss是電源的負(fù)極，vdd是電源的正極?？煽毓鑤選用1 a400v的進(jìn)口單向可控硅1 00-6型，如負(fù)載電流大可選用3a、6a、10a等規(guī)格的單向可控硅，單向可控硅的外形如圖2-4所示，它的測(cè)量方法是：用r×1檔，將紅表筆接可控硅的負(fù)極，黑表筆接正極(如印制板圖所示)，這時(shí)表針無(wú)讀數(shù)，然后用黑表筆觸一下控制極k，這時(shí)表針有讀數(shù)，黑表筆馬上離開(kāi)控制極k這時(shí)表針仍有讀數(shù)(注意觸控制極時(shí)正負(fù)表筆是始終連接說(shuō)明該可控硅是完好的。駐極體選用的是一般收錄機(jī)用的小話筒，它的測(cè)量方法是：用r×100檔將紅表筆接外殼的s、黑表筆接d，這時(shí)用口對(duì)著駐極體吹

29、氣，若表針有擺動(dòng)說(shuō)明該駐極體完好，擺動(dòng)越大靈敏度越高；光敏電阻選用的是625a型，有光照射時(shí)電阻為20k以下，無(wú)光時(shí)電阻值大于100mq，說(shuō)明該元件是完好的。二極管采用普通的整流二極管1n40011n4007?？傊?，元件的選擇可靈活掌握，參數(shù)可在一定范圍內(nèi)選用。2.3.3 安裝制作準(zhǔn)備好全套元件后，用萬(wàn)用表粗略地(因出廠前已測(cè)量過(guò))測(cè)量一下各元件的質(zhì)量，做到心中有數(shù)。焊接時(shí)注意先焊接無(wú)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(wàn)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。單向可控硅的極性

30、如圖2-5所示：圖2-5 單向可控硅2.4 光控開(kāi)關(guān)的基本原理2.4.1 電路的原理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)，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。就其方案而言多種多樣，但我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮方案的可行性，穩(wěn)定性以及元器件的靈敏度，尤其是光敏元件必須選擇靈敏度高的這樣電路功能才能較容易實(shí)現(xiàn)，為此我們?cè)谠O(shè)計(jì)光控電路時(shí)，不但要盡量使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，而且要使電路功能強(qiáng)，功能的實(shí)現(xiàn)要可靠穩(wěn)定。常用的光探測(cè)器件是硫化鎘（Cds）光

31、敏電阻，它是由半導(dǎo)體材料制成的。當(dāng)光照射到光敏電阻時(shí)，光子被Cds半導(dǎo)體物質(zhì)吸收，激發(fā)出更多的電子空穴對(duì)，使載流子數(shù)目增加，從而導(dǎo)致光敏電阻阻值（暗阻）在110M之間；在強(qiáng)光條件下，電阻阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。2.4.2 光電開(kāi)關(guān)的制作 圖2-6 光電開(kāi)關(guān)控制電路圖調(diào)試電路：本實(shí)驗(yàn)電路在普通燈光下的正常工作狀態(tài)：發(fā)光二極管LED發(fā)光；繼電器J吸合，蜂鳴器B不發(fā)聲。在剛下變暗的情況下調(diào)節(jié)W，發(fā)光二極管是LED熄滅；繼電器釋放；蜂鳴器B發(fā)聲。2.5 延時(shí)電路基本原理 從20世紀(jì)中后期數(shù)字電路的飛速發(fā)展到今天技術(shù)已越來(lái)越成熟。自從電子計(jì)數(shù)器的出現(xiàn)之后各式各樣，功能萬(wàn)千的定時(shí)/計(jì)數(shù)器層出不窮。

32、然而正是電子計(jì)數(shù)器的出現(xiàn)才使得電子技術(shù)的發(fā)展上了一個(gè)新的臺(tái)階。定時(shí)/計(jì)數(shù)這一功能在電子電路中的應(yīng)用，使智能化電路的設(shè)計(jì)更加名副其實(shí)。我們常見(jiàn)的交通紅綠燈，公園里的娃娃車(chē)等都是采用了定時(shí)計(jì)數(shù)技術(shù)的典型示例。我們大家都看過(guò)智力競(jìng)賽，都有知道搶答器，然而搶答器更是電子定時(shí)/計(jì)數(shù)器的典型應(yīng)用。雖然我們可以花幾元錢(qián)就可以從街上買(mǎi)一個(gè)不錯(cuò)的搶答器，但要讓我們自己動(dòng)手做一個(gè)出來(lái)就不是一件容易的事的，它不僅只是我們所看到的結(jié)果能夠搶答更為重要的是其功能的實(shí)現(xiàn)是集成了很多技術(shù)。如定時(shí)，鎖存，顯示等等，由此可見(jiàn)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用不僅廣泛，而且意義深遠(yuǎn)。延時(shí)電路原理是利用了電子計(jì)數(shù)器的原理實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能。延時(shí)電路其構(gòu)

33、成方案一般有三種，即硬件構(gòu)成，軟件構(gòu)成和軟硬相結(jié)合構(gòu)成。對(duì)于由硬件構(gòu)成的定時(shí)器，一般是用改變R、C元件值控制定時(shí)的，其效率較高，但靈活性，通用性較差如555定時(shí)器；而由軟件構(gòu)成的定時(shí)器是用執(zhí)行一段程序來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)的，其靈活性通用性較高，但效率較差；故現(xiàn)在設(shè)計(jì)定時(shí)器一般都是采用軟硬相結(jié)合的方法集兩者之長(zhǎng)通過(guò)編程設(shè)定不同的延時(shí)常數(shù)，而由硬件控制定時(shí)過(guò)程，其效率和靈活性都得到了較大的提高。如大規(guī)模集成電路可編程計(jì)數(shù)器8253，51單片機(jī)通過(guò)編程構(gòu)成計(jì)數(shù)器等。在一個(gè)實(shí)際的電路中延時(shí)不是主要目的，而主要目的是為了完善電路功能。故作為一個(gè)延時(shí)電路，其應(yīng)在延時(shí)結(jié)束后能發(fā)出一個(gè)控制電路是否繼續(xù)工作下去的結(jié)束信號(hào)

34、。第3章 主要元器件介紹3.1光敏電阻 圖3-1 光敏電阻實(shí)物圖光敏電阻又稱(chēng)光導(dǎo)管(其實(shí)物圖如圖3-1)，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長(zhǎng)的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它

35、是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見(jiàn)光）的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá)110M歐,在強(qiáng)光條件（100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對(duì)光的敏感性（即光譜特性）與人眼對(duì)可見(jiàn)光（0.40.76）m的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)引起它的阻值變化。設(shè)計(jì)光控電路時(shí)，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化。通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時(shí)，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子空穴對(duì)，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強(qiáng)。光敏電阻器通常由光敏層、玻璃基片（或樹(shù)脂防潮膜）和電極等組成。光敏電阻

36、器在電路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示。根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：紫外光敏電阻器：對(duì)紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于探測(cè)紫外線。 紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻器，廣泛用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、天文探測(cè)、非接觸測(cè)量、紅外通信等國(guó)防、科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。 可見(jiàn)光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)戶(hù)，航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動(dòng)亮滅，自動(dòng)給水和自動(dòng)停水裝置，機(jī)械上的自動(dòng)保護(hù)裝置和“位置檢測(cè)器”，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。光敏電阻的工作原理是基于

37、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。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時(shí)，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子空穴對(duì)了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強(qiáng)，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。光敏電阻沒(méi)有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電壓，也加交流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的

38、多少。3.2 CD4011芯片的結(jié)構(gòu)與原理 CD4011BC是一個(gè)集四個(gè)2輸入與非門(mén)電路為一體的芯片，其外部結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。 圖3-2 CD4011芯片封裝圖CD4001BC和CD4011BC四門(mén)是整體的補(bǔ)充MOS(CMOS)集成電路以N-和P-channel增強(qiáng)模式晶體管。他們有同樣的源與匯電流能力和符合標(biāo)準(zhǔn)系列輸出驅(qū)動(dòng)。這個(gè)裝置也有緩沖輸出大大提高傳遞特性提供非常高的增益。所有的輸入是防靜電放電和二極管對(duì)VDD和說(shuō)明。這個(gè)系列的邏輯門(mén)用磷和氮頻道增強(qiáng)模式在一個(gè)單一的整體結(jié)構(gòu)的裝置。使用他們主要是為了節(jié)省功率耗散和有較高的抗噪能力。CD4011芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。 圖3-3 CD

39、4011的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖CD4011的功能：四個(gè)2為輸入與非門(mén)CMOS芯片。電源電壓范圍：3V15V 功耗：700mW（普通封裝）；500mW（小外形封裝） 工作溫度范圍：CD4011BM -55 +125、CD4011BC -40 +853.3 調(diào) 試實(shí)際調(diào)試；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(wàn)用表檢測(cè)時(shí)。將萬(wàn)需表兩表筆接觸電路板相應(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(kāi)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(shuō)明光敏電

40、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(wú)虛假錯(cuò)焊和拖錫短路現(xiàn)象。3.4 主要原件清單表表3-1 主要原件清單表元件名稱(chēng)序號(hào)型號(hào)/參數(shù)數(shù)量碳膜電阻R1RT-1/2W、150K±5%1碳膜電阻R2RT-1/4W、18K±5%1碳膜電阻R3RT-1/4W、43K±5%1碳膜電阻R4RT-1/4W、2.4M±5%1碳膜電阻R5RT-1/4W、1M±5%1碳膜電阻R6RT-1/4W、18K±5%1碳膜電阻R7RT-1/4W、470K±5%1碳膜電阻R8RT-1/4W、1.3M±5%1VD1VD5二極管1N40075K

41、開(kāi)關(guān)管10061VT三極管S90141RG光敏電阻MG45-5K1CD4011集成芯片CD4011BCN1C1電容1041C2、C3電容22µF/25V2L燈泡60W1第4章 方案設(shè)計(jì)與論證4.1 電路分析 該電路由電源電路、聲電轉(zhuǎn)換及放大電路、單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路和光控電路組成。為了確保用電安全，220V交流市首先經(jīng)過(guò)1：1 隔離變壓器，隔離變壓器的初、次繞組級(jí)之間沒(méi)有電的聯(lián)系，次級(jí)任一線與大地之間沒(méi)有電位差，所以人接觸任一線不會(huì)觸電。但如果同時(shí)接觸兩線也會(huì)觸電。電路總體框架： 圖4-1 電路總體框架4.2 方案設(shè)計(jì) 從實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容與要求中可以看出該電路可以有以下幾個(gè)方案：4.2.1

42、LED利用門(mén)電路來(lái)完成聲光控的調(diào)節(jié)電路圖如圖4-2：圖4-2 門(mén)電路的聲光控制圖LM317做LED的恒流源。本系統(tǒng)中4.7uF/400V的電解電容濾波后得到5V電壓提供給4011，白天有光時(shí)，光電二極管D5選用2CU2A，暗電流小于等于0.2uA，光電流大于30uA，靈敏度大于等于0.5uA/Uw，呈低阻狀態(tài)，IC1A中的1，2腳為低電位，3腳為高電位，白天不論有無(wú)聲音，也不論IC1B中的4腳電位如何，IC1D中的13腳始終鉗位于高電位，12腳也為高電位，因此11腳則為低電位，可控硅截止，LED燈不亮。D5夜晚無(wú)光照時(shí)，呈高阻狀態(tài)，IC1A中的3腳為低電位，IC1D中的11腳為高，觸發(fā)可控硅S

43、CR導(dǎo)通，LED被點(diǎn)亮。同時(shí)10uF電容充電，充電之初IC1C中8，9腳為高電位，使12腳為低電位。聲音一分鐘之后IC1D中的13腳恢復(fù)高電位，但由于12腳為低電位，所以11腳繼續(xù)保持高電位，燈繼續(xù)被點(diǎn)亮。10uF電容繼續(xù)充電，一分鐘之后，IC1C中的8，9腳為低電位，11腳也翻轉(zhuǎn)為低電位，可控硅截止，燈滅。4.2.2 采用LM317供電來(lái)完成 圖4-3 采用LM317供電來(lái)完成 聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)的電路原理圖如圖4-3所示。電路中的主要元器件是使用了數(shù)字集成電路CD4011，其內(nèi)部含有4個(gè)獨(dú)立的與非門(mén)D1D4，使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠性高。當(dāng)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

44、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CD4011中的與非門(mén)D2的2腳，R4、R7是VT的偏置電阻，C2是電源濾波電容。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(wú)光時(shí)，光敏電阻的阻值很大，RG兩端的電壓高，即為高電平期間t=2R8C3，改變R8或C3的值，可改變延時(shí)時(shí)間，滿(mǎn)足不同目的。CD4011中的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)C3充電到一定電平時(shí)，信號(hào)經(jīng)與非門(mén)D3、D4后輸出為高電平，使單向可控硅導(dǎo)通，電子開(kāi)關(guān)閉合；C3充滿(mǎn)電后只向R8放電，當(dāng)放電到一定電平時(shí)，經(jīng)與非門(mén)D3、D4

45、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VD1VD4將220V交流進(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芯片等供電。4.2.3 使用了數(shù)字集成電路cd4011其內(nèi)部含有個(gè)獨(dú)立的與非門(mén)，使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠性高。 電路圖如下： 圖4-4 使用了數(shù)字集成電路cd4011在這幾個(gè)方案中，結(jié)合所學(xué)的數(shù)字電路和門(mén)電路來(lái)說(shuō)，我覺(jué)得這個(gè)方法比較簡(jiǎn)單，又實(shí)用，能充分體現(xiàn)出我在校期間對(duì)所學(xué)知識(shí)掌握的程度，然而此系統(tǒng)成本低、易于實(shí)現(xiàn)為恒流電路，如果采用恒壓電路則電壓高不穩(wěn)定，故此我選擇了第三種方案。4.3 方案論證 論證方案：聲源產(chǎn)生的聲音信號(hào)，經(jīng)聲電轉(zhuǎn)換器后轉(zhuǎn)換成微弱的電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)放大后送處理器處理，處理器將幅度、頻率不盡相同的一群聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成一次狀態(tài)改變的控制信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)延時(shí)處理電路達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)間與設(shè)計(jì)要求功能，經(jīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接控制負(fù)載動(dòng)作。4.4 故障排除在后期調(diào)試過(guò)程中遇到了很多問(wèn)題，但是我對(duì)這些問(wèn)題做了詳細(xì)的分析并一一排除。電路故障的直接表現(xiàn)就是當(dāng)我們拍手是燈泡不亮，出現(xiàn)此故障的原因是有多方面的，首先可能是控制電