聲光觸摸三控延時照明電路課程設(shè)計

1、課程設(shè)計(論文)題 目 名 稱 聲光觸摸三控延時照明電路 課 程 名 稱 電子技術(shù)課程設(shè)計 學(xué) 生 姓 名 魏超達 學(xué) 號 1541202058 系 、專 業(yè) 電氣工程系自動化 指 導(dǎo) 教 師 彭霞 2017年5月8日邵陽學(xué)院課程設(shè)計（論文）評閱表學(xué)生姓名 魏超達 學(xué) 號 1541202058 系 電氣工程系 專業(yè)班級 自動化2班 題目名稱 聲光觸摸三控延時照明電路 課程名稱 電子技術(shù)課程設(shè)計 一、學(xué)生自我總結(jié)在整個課程設(shè)計過程中我懂得了許多東西，知道了理論付諸實際是會遇到很多麻煩，通過和同學(xué)的合作和老師的知道克服這些困難，培養(yǎng)了我團隊合作的能力，也樹立了對自己工作能力的信心。設(shè)計過程中，不僅

2、培養(yǎng)了我們的獨立思考，也大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。各個其它能力上也都有了提高。不足的是對仿真軟件還沒有熟練掌握，不能獨立自主的完成本次課程設(shè)計的仿真要求。 學(xué)生簽名： 年 月 日二、指導(dǎo)教師評定評分項目平時成績論文答辯綜合成績權(quán) 重304030單項成績指導(dǎo)教師評語： 指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日注：1、本表是學(xué)生課程設(shè)計（論文）成績評定的依據(jù)，裝訂在設(shè)計說明書（或論文）的“任務(wù)書”頁后面；2、表中的“評分項目”及“權(quán)重”根據(jù)各系的考核細則和評分標(biāo)準(zhǔn)確定。目錄摘要引言.11 設(shè)計任務(wù)與要求.21.1基本功能.21.2聲·光·觸

3、摸三控延時照明電路的總體框圖.22 設(shè)計方案簡述.22.1電路工作原理簡述.33 單元電路設(shè)計.43.1光控電路.43.2聲控電路.63.3延時電路.103.4人體觸摸控制電路.104 聲、光、觸摸三控自動燈使用說明及仿真結(jié)果.114.1聲、光、觸摸三控自動燈的使用說明.114.2 仿真結(jié)果及其分析.115 聲、光、觸摸三控自動燈設(shè)計總結(jié).12附錄.13致謝.14參考文獻.15摘要隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)燈的自動發(fā)亮、節(jié)能節(jié)電、延長燈的壽命變得越來越重要，而且貼近我們的實際生活。聲光控電路已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，它不需要開關(guān)，當(dāng)有人經(jīng)過時會自動

4、的亮；廣泛應(yīng)用于走廊、樓道招待所等公共場所，給人們的生活、帶來極大的方便。因此，得到了廣泛的應(yīng)用。聲光控電路是聲音和光控制電路工作的電子開關(guān)。它將聲音（如擊掌聲）和光轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)放大、整形，輸出一個開關(guān)信號去控制各種電器的工作，在自動控制工業(yè)電器和家用電器方面有著廣泛的用途。由于，本電路廣泛應(yīng)用于人們的日常生活中，所以，有很大的重用作用。關(guān)鍵詞 光敏電阻；聲控傳感器；延時自熄開關(guān)引言聲光觸摸三控延時照明電路是一種新穎、安全節(jié)電、結(jié)構(gòu)簡單的稚嫩那個電路。目前市場上的自熄開關(guān)主要有聲光控延時開關(guān)，天黑以后，當(dāng)有人走過樓梯發(fā)出腳步聲或其它聲音時，樓道燈會自動點亮提供照明，當(dāng)人們走過樓道延時幾秒鐘

5、后會自動熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會亮，既可以達到節(jié)能的目的，但在有光無聲的狀態(tài)下開燈檢查卻不行。我設(shè)計的聲、光、觸摸三控延時電路就解決了這個問題，在任何狀態(tài)下用手摸到觸摸開關(guān)銅片，人體的靜電感應(yīng)電壓經(jīng)電子線路放大后就能將開關(guān)啟動，實際使用價值更大。觸摸電極片用12平方厘米的銅片做成代替觸點開關(guān)，使用壽命長。聲控靈敏度高，夜間的腳步聲、說話聲等均可將開關(guān)啟動。電路光控強度可調(diào)，性能可靠，電路穩(wěn)定。    在本設(shè)計中介紹了聲光觸摸三控自動燈的組成、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，同時也大大減少了維修量、

6、節(jié)約了資金，使用效果良好。其電路主要是由電源電路、聲控電路、光控電路、觸摸控制電路等4大部分組成。在做電路設(shè)計時運用了模擬電子線路的基本知識與數(shù)子電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識。其知識的普遍性、實用性運用的非常好。各部分電路的結(jié)構(gòu)清晰、明了、直觀，這對電路的分析起了很大的幫助。161 設(shè)計詳細任務(wù)與要求1.1 基本功能利用聲，光，控制及人體觸摸控制的延時照明燈電路，將該裝置安裝在樓道，走廊或衛(wèi)生間等場所。在夜間，有人走動或發(fā)聲時，燈會自動點亮延時數(shù)秒后自動熄滅。在白天，若觸摸開關(guān)B，則自動燈會亮。1.2 聲·光·觸摸三控延時照明電路的總體框圖該聲、光、觸摸三控延時照明燈電路由電源電路、

7、聲控電路、觸摸控制電路、延時電路、繼電器驅(qū)動電路等組成。框圖如圖1-1。圖1-1 聲光觸延時電路總體框圖 由電源給框圖提供所有電路的電源，整個電路分為五個部分，分別為光控電路、延時電路、觸摸電路、延時電路和繼電器電路組成。聲控延時和觸摸電路去控制繼電器的通斷。每次斷開后一段時間，由延時電路供給繼電器電路電源一段時間，使燈延時數(shù)秒后再熄滅。2 設(shè)計方案簡述圖2-1所示是一款簡單、實用的自動燈控制電路，可以由聲、光控制及人體觸摸控制。將該裝置安裝在樓道、走廊或衛(wèi)生間等場所，在夜間，有人走動或發(fā)聲時，燈會自動點亮延時數(shù)分鐘后自動熄滅。在白天，若觸摸電極片A，則自動燈也會受觸發(fā)而點亮。圖2-1 簡單延

8、時照明電路控制電路2.1電路工作原理簡述整個控制電路由電源電路、聲控電路、光控電路、觸摸控制電路、延時電路、繼電器驅(qū)動電路等組成。電源電路由5V高電平，照明燈X1與繼電器K1的常開觸頭K1。提供5V電壓，供給繼電器和整個控制電路。 聲控電路由傳聲器（V3代替）、聲控開關(guān) 、非門電路U1A、非門電路U5A、電阻器R1 R3、電容器C1、C2等組成。光控電路由光敏電阻器R6、電位器R5、非門電路U2A、二極管D1等組成。觸摸控制電路由觸摸開關(guān)A、電阻器R9、R10、非門電路U4A及二極管D3等組成。延時電路由電阻器R7、電容器C3、非門電路U3A等組成。接通電源后，整個控制電路工作在守候狀態(tài)，非門

9、電路U3A輸出低電平，使三極管Q1截止，繼電器K1的常開觸頭不吸合，照明燈X1不亮。當(dāng)有人走近該自動燈或有聲響發(fā)出時，傳聲器（V3代替）將聲音信號變換成電信號，此電信號經(jīng)非門電路U1A變成低電平，非門電路U5A輸出端（非門電路U2A的輸入端）為高電平，從而非門電路U2A的輸出端變?yōu)榈碗娖剑O管D1導(dǎo)通，非門電路U3A的輸出端變?yōu)楦唠娖剑谷龢O管Q1飽和導(dǎo)通，繼電器K1的常開觸頭K11吸合，照明燈X1發(fā)光。在白天，即使有人腳步聲或其他聲響，也不會有高電平加入非門電路U2A的輸入端，因為光敏電阻器R6受光照而阻值變小，非門電路U2A的輸入端始終為低電平，輸出端也保持高電平，二極管D1和三極管Q1

10、均處于截止?fàn)顟B(tài)，照明燈X1不亮。夜晚，光敏電阻器R6的阻值變大，此時若傳聲器（V3代替）拾取到聲音信號，則會有高電平加至非門電路U2A的輸入端，使二極管D1和三極管Q1導(dǎo)通，繼電器K1觸頭吸合，照明燈X1點亮。用手觸摸開關(guān)A后，人體感應(yīng)信號將使非門電路U4A的輸入端變?yōu)楦唠娖?，其輸出端變?yōu)榈碗娖?，又使二極管D3導(dǎo)通，非門電路U3A的輸入端變?yōu)榈碗娖?，輸出端變?yōu)楦唠娖剑龢O管Q1飽和導(dǎo)通，繼電器K1動作，照明燈X1點亮。在二極管D1或D3導(dǎo)通瞬間，電容器C3通過D1或D3被迅速充電，非門電路U3A的輸入端立即為低電平。當(dāng)非門電路U2A或U4A的輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖?隨后又同時變?yōu)榈碗娖?使D

11、1或D3截止時，電容器C3通過電阻器R7緩慢放電，使非門電路U3A的輸入端仍維持一段時間的低電平，照明燈X1不會馬上熄滅，直到C3放電結(jié)束，U3A輸人端變?yōu)楦唠娖?，輸出端變?yōu)榈碗娖?，三極管Q1截止，繼電器K1釋放，照明燈XI才熄滅。在白天，調(diào)節(jié)電位器R5的電阻值，使非門電路U2A輸入端電壓低于Vcc3以下，使其驅(qū)動端保持高電平，同時，還可以調(diào)節(jié)光控的靈敏度。R7、C3為時間常數(shù)元件，改變R7的電阻值和C3的電容量，使燈亮至燈滅的延遲時間為30s。電阻值電容量越大，延遲時間越長。3 單元電路設(shè)計 31光控電路 光電傳感器是指能將光能轉(zhuǎn)變成為電信號的半導(dǎo)體傳感器。常用的光敏器件有光敏電阻、在電子電

12、路中，常用光敏器件構(gòu)成光控電路。所謂光敏器件通常光敏二極管和光敏三極管。 311光敏電阻的制作材料及其結(jié)構(gòu)原理光敏電阻是采用半導(dǎo)體材料制作，利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的光電元件。它在光線的作用下其阻值往往變小，這種現(xiàn)象稱為光導(dǎo)效應(yīng)，因此，光敏電阻又稱光導(dǎo)管。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，然后接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價帶中

13、產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子空穴對增加了半導(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，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對將逐漸復(fù)合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過，受到適當(dāng)波長的光線照射時，電流就會隨光強的增加而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。在本設(shè)計中光敏電阻用滑動變阻器R6代替，正如原理所說，在白天由于光照強度大，RL光敏電阻的阻值很小，前一級電信號來時，由于阻值小使得RL兩端的電壓很低，無法使后一級電

14、路正常工作，從而使燈炮在白天無論聲控電路是否檢測到信號燈都不會自動亮；在而夜晚光敏電阻RL的阻值很大，前一級來信號時，由于阻值大使得RL兩端的電壓高，所以能夠使下一級正常工作。而用滑動變阻器可以到達這個作用。所以，在晚上當(dāng)有人發(fā)出聲音時燈會亮。 312光敏電阻器的特性及主要參數(shù)光敏電阻器是根據(jù)半導(dǎo)體的光敏導(dǎo)電效應(yīng)制成的，使用時給它施加以直流或交流偏壓。它是用硫化鎘(CdS)或硒化鎘(CdSe)材料制成的特殊電阻器，它對光線非常敏感。無光線照射時呈高阻態(tài)，暗阻值一般可達15M歐姆以上；有光照時材料中變激發(fā)出自由電子與空穴，使其電阻減小，隨著照度的增高，電阻值迅速降低，亮阻值可小至1K歐姆以下。可

15、見光敏電阻的暗值與亮阻值之比約為1500倍，暗阻愈高愈好。光敏電阻器的外型及符號如圖所示。其結(jié)構(gòu)特征是把條狀的光敏材料封裝在圓形管殼內(nèi)，有的還用玻璃透明材料制成防護罩。和普通電阻器一樣，它也有兩根引線。圖3-1光敏電阻器的主要參數(shù)圖通過對表中各光敏電阻參數(shù)的對比，本次設(shè)計選擇了消耗功率比較低的、型號為JN54C384光敏電阻。 313 光敏電阻的檢測用一黑紙片將光敏電阻的透光窗口遮住，此時萬用表的指針基本保持不動，阻值接近無窮大。此值越大說明光敏電阻性能越好。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。將一光源對準(zhǔn)光敏電阻的透光窗口，此時萬用表的指針應(yīng)有較大幅度的擺

16、動，阻值明顯減些小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。將光敏電阻透光窗口對準(zhǔn)入射光線，用小黑紙片在光敏電阻的遮光窗上部晃動，使其間斷受光，此時萬用表指針應(yīng)隨黑紙片的晃動而左右擺動。如果萬用表指針始終停在某一位置不隨紙片晃動而擺動，說明光敏電阻的光敏材料已經(jīng)損壞。314光控電路設(shè)計光控電路由光敏電阻RL（滑動變阻器R6代替）、電位器R5、非門電路U2A、二極管D1等組成，如圖3-2所示。圖3-2光控部分電路仿真圖32 聲控電路聲控電路聲傳感器（交流源V3代替）、六非門芯片CD4609內(nèi)部的非門電路U1A和U5A、電容C1、C2

17、、開關(guān)、電位器R5、滑動變阻器R6和若干電阻器等組成，如圖3-3所示。圖3-3聲控部分電路仿真圖321 聲傳感器(駐極體話筒)聲傳感器是聲控電路的重要器件，它的作用是用來接受聲控信號，把聲控信號轉(zhuǎn)換成電信號。常用的聲傳感器有駐極體電容話筒、壓電蜂鳴器及揚聲器等，使用的較多的是駐極體電容話筒。駐極體電容話筒是一種有源聲音傳感器，它具有靈敏度高、體積小、使用方便等特點。（1）駐極體話筒的結(jié)構(gòu)與原理話筒的基本結(jié)構(gòu)由一片單面涂有金屬的駐極體薄膜與一個上面有若干小孔的金屬電極構(gòu)成。駐極體面與背電極相對，中間有一個極小的空氣隙，形成一個以空氣隙和駐極體作絕緣介質(zhì)，以背電極和駐極體上的金屬層作為兩

18、個電極構(gòu)成一個平板電容器。電容的兩極之間有輸出電極。由于駐極體薄膜上分布有自由電荷。駐極體話筒的工作原理如圖3-4所示。圖3-4駐極體話筒工作原理圖當(dāng)聲波引起駐極體薄膜振動而產(chǎn)生位移時；改變了電容兩極版之間的距離，從而引起電容的容量發(fā)生變化，由于駐極體上的電荷數(shù)始終保持恒定，根據(jù)公式：Q=CU所以當(dāng)C變化時必然引起電容器兩端電壓U的變化，從而輸出電信號，實現(xiàn)聲電的變換。實際上駐極體話筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。圖3-5駐極體話筒內(nèi)部結(jié)構(gòu) 由于實際電容器的電容量很小，輸出的電信號極為微弱，輸出阻抗極高，可達數(shù)百兆歐以上。因此，它不能直接與放大電路相連接，必須連接阻抗變換器。通常用一個專用的場效應(yīng)

19、管和一個二極管復(fù)合組成阻抗變換器。內(nèi)部電氣原理如圖3-6所示。圖3-6內(nèi)部電氣原理圖電容器的兩個電極接在柵源極之間，電容兩端電壓既為柵源極偏置電壓Ucs，Ucs變化時，引起場效應(yīng)管的源漏極之間Idc的電流變化，實現(xiàn)了阻抗變換。一般話筒經(jīng)變換后輸出電阻小于2千歐。（2）駐極體話筒極性的判別駐極體話筒體積小，結(jié)構(gòu)簡單，電聲性能好，價格低廉，應(yīng)用非常廣泛。駐極體話筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。由聲電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和場效應(yīng)管兩部分組成。它的電路的接法有兩種：源極輸出和漏極輸出。源極輸出有三根引出線，漏極D接電源正極，源極S經(jīng)電阻接地，再經(jīng)一電容作信號輸出；漏極輸出有兩根引出線。（3）駐極體話筒的特性參數(shù)工作電

20、壓Uds1512V，常用的有15V，3V，45V三種。 工作電流Ids011mA之間。 輸出阻抗一般小于2K（歐姆）。 靈敏度單位：伏/帕，國產(chǎn)的分為4檔，紅點（靈敏度最高）黃點，藍點，白點（靈敏度最低）。 頻率響應(yīng)一般較為平坦。 指向性全向。 等效噪聲級小于35分貝。在本次設(shè)計中選擇的是一個交流源代替聲傳感器BM為CRZ2-113F型駐極體話筒。322 聲控電路設(shè)計聲控電路的組成電路如圖3-7所示。圖3-7聲控電路的組成在白天，即使有人腳步聲或其他聲響，也不會有高電平加入非門電路U2A的輸入端，因為光敏電阻器R6受光照而阻值變小，非門電路U2A的輸入端始終為低電平，輸出端也保持高電

21、平，二極管D1和三極管Q1均處于截止?fàn)顟B(tài)，照明燈X1不亮。夜晚，光敏電阻器R6的阻值變大，此時若傳聲器（V3代替）拾取到聲音信號，則會有高電平加至非門電路U2A的輸入端，使二極管D1和三極管Q1導(dǎo)通，繼電器K1觸頭吸合，照明燈X1點亮（仿真燈泡變黃色）。3.3 延時電路在二極管D1或D3導(dǎo)通瞬間，電容器C3通過D1或D3被迅速充電，非門電路U3A的輸入端立即為低電平。當(dāng)非門電路U2A或U4A的輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖?隨后又同時變?yōu)榈碗娖?使D1或D3截止時，電容器C3通過電阻器R7緩慢放電，使非門電路U3A的輸入端仍維持一段時間的低電平，照明燈X1不會馬上熄滅，直到C3放電結(jié)束，U

22、3A輸人端變?yōu)楦唠娖?，輸出端變?yōu)榈碗娖?，三極管Q1截止，繼電器K1釋放，照明燈XI才熄滅。延時電路如圖所示圖3-8延時電路圖3.4人體觸摸控制電路觸摸控制電路由觸摸開關(guān)A、電阻器R9、R10、非門電路U4A及二極管D3等組成。人體觸摸控制電路工作原理：用手觸摸電極片A后，人體感應(yīng)信號轉(zhuǎn)變成為電信號，將使非門電路U4A的輸入端變?yōu)楦唠娖剑漭敵龆俗優(yōu)榈碗娖?，又使二極管D3導(dǎo)通，非門電路U3A的輸入端變?yōu)榈碗娖?，輸出端為高電平，晶體管Q1飽和導(dǎo)通，繼電器K1閉合，照明燈X1點亮。相反，沒有觸摸信號時照明燈X1燈則不亮。加上人體觸摸控制電路以后，就可以像正常的燈一樣可以再任何時候都打開。觸摸電路是獨

23、立于聲光控電路之外的獨立控制燈的電路。觸摸控制電路如圖3-9所示。圖3-9觸摸控制電路當(dāng)人觸摸開關(guān)后，燈會自動打開，并延時一段時間。延時的長短有電容的大小決定。4 聲、光、觸摸三控延時照明電路使用說明及仿真結(jié)果4.1聲、光、觸摸三控延時照明電路的使用說明將該裝置安裝在樓道、走廊或衛(wèi)生間等公共場所，在夜間，有人走動或發(fā)聲時，燈會自動點亮延時數(shù)分鐘后自動熄滅。在白天，若觸摸電極片A，則自動燈也會受觸發(fā)而點亮并延時。4.2 仿真結(jié)果及其分析通過運用protues仿真表明電路能正常工作，能夠滿足設(shè)計的要求。仿真結(jié)果如圖4-1所示。圖4-1仿真結(jié)果圖結(jié)果分析：在白天，即使有人腳步聲或其他聲響，照明燈X1

24、不亮。夜晚，只要有人或發(fā)出聲音，照明燈X1就會點亮。用手觸摸開關(guān)A后，照明燈X1點亮（仿真燈泡變黃色）。5 聲、光、觸摸三控延時照明電路設(shè)計總結(jié)經(jīng)過了一個多星期的查閱資料及理論分析，終于完成了課程設(shè)計的仿真和論文完成了。經(jīng)過這次課程設(shè)計，大大地提高了我的動手能力以及分析問題的能力，從中也學(xué)到了很多書面上所沒有高清楚的問題。這次課程設(shè)計，讓我學(xué)到了很多有用的知識和能力，這對以后的學(xué)習(xí)和工作都是非常有益的。通過這次的課程設(shè)計，我知道了很多有關(guān)課題設(shè)計小細節(jié)：要設(shè)計一個電路總是要先仿真成功了后才實際接線，但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為在實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且在仿真中無法成功的電路接法，在實際中因為芯片的本身的特性而能夠成功。所以在設(shè)計時一個考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計方法。 當(dāng)然，在設(shè)計的時候耐心是必不可少的，沒有足夠的耐心是無法完成這個即復(fù)雜又簡單