聲光控延時照明燈電路畢業(yè)論文

1、(此文檔為word格式，下載后您可任意編輯修改！)聲光控延時照明燈電路課程設計目錄第一章 設計目的及技術要求·····························1第一節(jié)設計概述··········

2、3;·························1第二節(jié) 技術要求·······················&

3、#183;············1第三節(jié) 設計目的···································

4、3;1第二章 電路方案的選擇·································2第一節(jié) 解讀技術要求·············

5、;···················2第二節(jié) 確定方案·····························&#

6、183;······3第三章 電源電路設計···································4第一節(jié) 電源電路原理圖····

7、83;·························4第二節(jié) 電路元件的選擇及型號確實定··················5第四章 光控電路設計·

8、3;·································7第一節(jié) 電路原理圖及各局部電路的功能分析············7第二節(jié) 電路

9、元件參數(shù)整定····························9第五章 聲控延時電路設計···················

10、;············10第一節(jié) 電路結(jié)構及功能分析·························10第二節(jié) 元器件參數(shù)的計算及型號選擇·······&

11、#183;·········12第六章 課程設計總結(jié)及體會·····························17第一節(jié) 課程設計總結(jié)······

12、3;························17第二節(jié) 設計體會························

13、···········18參考資料······································

14、········19附錄A聲光控延時照明電路總圖·························20附錄B聲光控延時電路印制板圖···········

15、3;·············21附錄C電路原器件清單·································22第一章 設計目的

16、及技術要求第一節(jié) 設計概述隨著社會的不斷開展，利用電子技術實現(xiàn)的自動控制，在各個領域種的作用越來越突出。本設計基于節(jié)能性要求，利用所學電子技術根底的相關知識，為照明燈設計了一款自動控制電路，該電路能夠?qū)崿F(xiàn)聲光雙控功能，可廣泛應用于道路，樓梯等不需要連續(xù)長時間照明的場所的照明設施的控制，從而實現(xiàn)節(jié)約電能的目的。同時，通過對該課題的設計，來提高自身對實際問題的分析及解決能力。第二節(jié) 技術要求一、要求電路能夠通過照明燈開關對光線強弱的感應，控制照明燈第一級開關。二、要求電路能夠通過照明燈開關對聲強的感應，在第一級開關開通的前提下 ，控制照明燈的亮滅。三、要求電路能夠?qū)崿F(xiàn)照明燈點亮時間t后自動關斷，并

17、且可以手動調(diào)節(jié)。第三節(jié) 設計目的一、利用所學電子技術根本知識來進行綜合性設計實驗，以穩(wěn)固所學理論。二、熟練掌握555定時器的幾種工作模式及其應用。三、學會如何查找器件手冊及其參數(shù)，進而學會利用元器件。四、學會利用Protel軟件來繪制電路原理圖及PCB板圖。五、提高對電路的分析計算能力。第二章 電路方案的選擇第一節(jié) 解讀技術要求一、要求電路能夠通過照明燈開關對光線強弱的感應，控制照明燈第一級開關。該要求主要針對光控制電路，要使電路能夠?qū)崿F(xiàn)對光線強弱的感應，那么應使用對光線強弱敏感的電子器件，如光敏電阻、光敏二極管等光電傳感器。在電路中，光電傳感器根據(jù)光線強弱的變化而變化，從而使電路參數(shù)發(fā)生相應

18、的變化。由于光控電路的輸出狀態(tài)只有兩種：高電平和低電平。因此，光控電路可使用555定時器來實現(xiàn)對電壓變化的轉(zhuǎn)換。二、要求電路能夠通過照明燈開關對聲強的感應，在第一級開關開通的前提下 ，控制照明燈的亮滅。該要求主要針對聲控電路，要使電路能夠?qū)崿F(xiàn)對聲強的感應，那么應使用對聲音信號敏感的電子器件，如小型駐極電容話筒、壓電陶瓷片等聲電傳感器。由于聲電傳感器收集來的聲音信號都比擬微弱，所以要對信號進行放大處理。又因為聲音信號是連續(xù)振蕩的不確定信號，為了便于處理，先將信號波形進行整形，這可以由模擬遲滯比擬器來實現(xiàn)。模擬比擬器的輸出為高低兩種電平信號，利用該信號可以去控制555定時器的觸發(fā)輸入端。另外，由光

19、控電路的輸出控制此555定時器的復位端，來決定聲控電路的開啟與關閉。在這兩種控制信號的作用下，到達聲音控制照明燈亮滅的目的。三、要求電路能夠?qū)崿F(xiàn)照明燈點亮時間t后自動關斷，并且可以手動調(diào)節(jié)。該要求可以通過處于單穩(wěn)模式的555定時器實現(xiàn)說明：此處的555定時器與第二條要求中的555定時器為同一片。對時間t的手動調(diào)節(jié)可利用電位器來實現(xiàn)。第二節(jié) 確定方案由上一節(jié)對本設計技術要求的解讀可知，該設計主要包含四局部電路，分別為：電源電路、光控電路、聲控延時電路、晶閘管開關電路，下面對其功能進行逐一分析并確定電路結(jié)構。一、電源電路電源電路主要為控制電路提供工作電壓，本設計采用傳統(tǒng)的電源電路設計方法，即降壓、

20、整流、濾波、穩(wěn)壓，使電路輸出12V直流電壓供應控制電路。二、光控電路光控電路是根據(jù)光線的強弱來優(yōu)先決定電燈的亮滅。該電路可以對聲控延時電路進行控制，在白天光線較強時，光控電路輸出低電平將聲控電路封鎖；在晚上光線較弱時，光控電路輸出高電平，那么聲控功能翻開。本設計采用光敏電阻和其他電阻組成的分壓電路來控制555定時器的觸發(fā)輸入端2腳，并且將555定時器的2腳和6腳連接在一起，通過一電容接地，555定時器的輸出去控制聲控電路中的555定時器的復位端。三、聲控延時電路該電路主要在光線較弱時起作用。這主要是通過光控電路的輸出來控制的。在白天，該電路在光控電路的控制作用下，處于關閉狀態(tài)，對任何聲音信號都

21、不響應；在晚上，光控電路將該電路的功能翻開，使得該電路能根據(jù)外界聲音信號作出相應的響應。本設計采用壓電陶瓷片作為聲電轉(zhuǎn)換元件，并參加了兩級音頻信號放大電路和遲滯電壓比較器來對聲音信號進行處理，經(jīng)處理后的聲音信號控制處于單穩(wěn)工作模式的555定時器來實現(xiàn)聲控及延時功能。四、晶閘管開關電路該電路受聲控電路555定時器輸出端的控制。當其輸出低電平時，晶閘管截止，由于照明燈與晶閘管串聯(lián)，所以燈熄滅；當其輸出高電平時，晶閘管導通，照明燈點亮。第三章 電源電路設計本設計的電源電路局部為控制電路局部提供12V直流電壓。由于本設計所涉及的電路最終實現(xiàn)對市電照明燈的控制，控制電路對直流電源的穩(wěn)定性要求不需要很高，

22、故采用傳統(tǒng)的電源電路設計方法就可以產(chǎn)生符合控制電路工作要求的直流電壓。第一節(jié) 電源電路原理圖本設計的電源電路原理圖如圖3-1所示，電路包含降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四局部。圖中T為降壓變壓器，其作用是將市電v1=2202sin(100t)V進行降壓處理變成整流橋所要求的交流電壓v2=2V2sin(100t)V；整流二極管D1D4組成整流橋，它將變壓器的輸出電壓進行全波整流；C11為濾波電容，用來濾除整流橋輸出電壓中的紋波，由于控制電路對電源所要求的功率不是很大，所以本電路采用電容輸入式濾波電路；再者，為了防止在三端穩(wěn)壓器U1距離整流濾波電路較遠時，線路產(chǎn)生電感效應而使電圖3-1 電源電路原理圖路自

23、激，所以參加電容C21，該電容一般取0.33uF；U1為三端集成穩(wěn)壓器7812，用來穩(wěn)定電路的輸出電壓；穩(wěn)壓器輸出端的電容C12是為了濾除低頻紋波，它的取值一般較大，主要用來平波；電容C22用以濾除輸出端的高頻信號，改善電路的暫態(tài)響應，該電容大小F。第二節(jié) 電路元件的選擇及型號確實定式中，V2=12V，那么電容兩端電壓Vc17.0V，符合三端穩(wěn)壓器7812的輸入電壓要求。濾波電容C11的選擇：要求電容對電壓的耐受能力大于17V，一、元件參數(shù)的計算及型號選擇集成三端穩(wěn)壓器7812的有關參數(shù)如表3-1所示。正常輸出直流電壓V輸出電壓變化范圍V輸入電壓允許范圍V輸出電流A電壓調(diào)整率最小最大10mVV

24、由表可知，要使三端穩(wěn)壓器輸出12V的直流電壓，那么經(jīng)整流濾波后，濾波電容兩端的電壓應在15.017.0V之間因為一般輸入電壓要比輸出電壓大35V ，才能保證集成穩(wěn)壓器工作在線性區(qū)?；诖?，變壓器選用220V12V低頻電源變壓器。橋式整流電路中的二極管選用最大反向工作電壓為400V，額定工作電流為1A的硅整流二極管1N4004。假設設V2為變壓器次級線圈的輸出電壓有效值，Vc為經(jīng)整流濾波后濾波電容兩端的電壓。由于三端集成穩(wěn)壓器的輸入阻抗很高，相當于開路，那么Vc2V23-1由于鋁電解電容的耐壓范圍為6.3V630V，容值范圍為0.4510 000F，因此，濾波電容C11可以采用鋁電解電容CD11

25、-25V。在三端集成穩(wěn)壓電路中，濾波電容的容值一般為幾百到幾千微法，由于后面還有電容C21，所以該電容可以取得小一點，可將電容C11取為100F。電容C21一般取為0.33F，可用獨石電容，如F50V。電容C12是為了濾除輸出直流電壓中的低頻微波，所以該電容一般也取得比擬大，可取用100F的鋁電解電容，其耐壓值要大于12V，可采用CD11-16V。電容C22的選擇：由于電解電容電解電容C11、C12取得比擬大，只能濾除低頻波動。對于直流電源中的高頻干擾，可通過一小電容C22來濾除，電容C22可選擇容值為F的獨石電容器104M50V耐壓值100V。二、電源電路圖根據(jù)以上內(nèi)容，下面給出完整的電源電

26、路圖，如圖3-2所示。圖3-2 電源電路圖第四章 光控電路該電路將外界的光強變化轉(zhuǎn)化為電路輸出電平的變化，其輸出的電平信號控制聲控延時電路，從而實現(xiàn)對照明燈亮滅的控制。第一節(jié) 電路原理圖及各局部電路的功能分析通過對技術要求的解讀可知，該電路可由光敏電阻和普通電阻組成的分壓電路及一片555定時器來實現(xiàn)，其原理電路圖如圖4-1所示。圖中RL為光敏電阻，在光線較弱或者是無光照射時，光敏電阻RL呈高阻狀態(tài)，有RL>>R2+RP1，使得5551的觸發(fā)輸入端2腳和閾值輸入端6腳均為低電平即均小于13VCC，那么5552輸出高電平，將聲控延時電路翻開，使得晶閘管開關電路的開閉由聲控延時電路控制；

27、在有光照射時，RL呈低阻狀態(tài)，有RL+R1<< R2+RP1，那么555定時器的2腳和6腳均為高電平，即都高于23 VCC，此時555定時器輸出低電平，將聲控延時電路封鎖，圖4-1 光控電路原理圖使得開關電路中的晶閘管截止，照明燈熄滅。原理圖4-1中的的電阻R1R3均為保護電阻。R1、R2分別與RL和RP1串聯(lián)是為了防止在光敏電阻RL和RP1阻值過小時電路發(fā)生短路。R3為限流電阻，防止在光線較強時，RL阻值大大下降，造成電路電流過大而燒毀555定時器。電容C4為保持電容，其具體工作情況如下：給電路通電之前，電容C4未儲存電荷，因此其兩端電壓VC為零，5551的2腳和6腳那么為低電平

28、。在光線較強時，光敏電阻呈低阻狀態(tài)，使得R3<< R2+RP1，那么電源通過RL、R1、R3向電容快速充電，使電容電壓VC迅速升高到23 VCC，5551輸出低電平將聲控延時電路封鎖。由于電容C4無放電回路，所以只要外界光線強弱不發(fā)生明顯的變化，電容電容C4兩端的電壓波動就不會太大，從而使5551維持輸出低電平。當外界光線較暗時，光敏電阻呈高阻狀態(tài)，使得RL>>R2+RP1，電容C4通過R3、R2、RP1回路放電，其兩端電壓VC下降，當下降到低于13VCC時，5551輸出高電平，聲控延時電路開啟?；谝陨戏治隹芍?，開始時，電路輸出為高電平，電容C4充電到電壓為23 VC

29、C時，電路輸出發(fā)生反轉(zhuǎn)，此后，只要光線的強弱變化不大，那么電路的輸出維持低電平；假設光線較弱，那么電容C4放電，當電壓VC下降到13VCC時，電路發(fā)生反轉(zhuǎn)，輸出高電平，同樣，只要光線強弱變化不大，那么電路的輸出維持高電平。因此，5551工作在施密特觸發(fā)器模式。第二節(jié) 電路元件參數(shù)整定一、電路中元件參數(shù)的計算及型號選擇光敏電阻RL的選擇要求是亮阻與暗阻相差倍數(shù)愈大愈好。經(jīng)查資料，MG45-14型光敏電阻滿足要求，其最大亮阻10K與最小暗阻10M相差1000倍，反響時間小于20ms。下面利用這兩個阻值來確定R1、R2、R3的值。在光線較強時，RL1=10 K，此時應有，5551的2腳和6腳的電壓大

30、于23VCC,假設就等于23VCC，并將電位器的取值定為100 K，那么有VCC(R2+RP1)RL1+R1+(R2+RP1)= 23VCC 4-1當RP1=100 K時，有2R1-R2=80K 4-2假設取R2=51K，那么R1=15K。確定R3的值，使得在RL最小時，電路中的電流不超過555定時器的最大允許電流就行了。取R3=10K。R1 R3均采用18W金屬膜電阻，如RJ45-18W；RP1采用WH系列碳膜電位器，如WH148型。電阻與電源電路中一樣，電容C4用鋁電解電容，耐壓值為16V就能滿足要求，即可采用CD11-16V型；為使電路的充放電時間常數(shù)盡量小，那么電容的C4容值要取得小一

31、些，可取為100F。電容C5一F的普通獨石電容，如103M50V型。二、光控電路圖根據(jù)以上所確定的電路元件參數(shù)及型號，下面給出該電路的完整線路圖，如圖4-2所示。圖4-2 光控電路圖第五章 聲控延時電路該電路受光控電路的控制，在外界光線較強時，該電路不起作用；在光線較弱時，該電路受外界聲音信號的控制，其輸出直接控制晶閘管開關電路。第一節(jié) 電路結(jié)構及功能分析由對技術要求的解讀可知，該電路由四局部構成，分別為：音頻信號采集放大電路、模擬比擬器電路、工作于單穩(wěn)模式的555定時電路及晶閘管開關電路。電路原理圖如圖5-1所示。圖5-1 聲控延時電路原理圖一、電路結(jié)構圖中聲電傳感器件為壓電陶瓷片JT；晶體

32、管VT1、VT2及其偏置電路組成兩級音頻放大電路；電阻R7R10及集成運放U1組成模擬比較電路，經(jīng)放大后的聲音信號，從模擬比擬器的反相輸入端輸入；為了提高電路對聲音信號的敏感性，在5552的觸發(fā)輸入端2腳加上由C8、R12組成的微分電路；定時器5552工作于單穩(wěn)態(tài)模式，電源對電容C9的充電過程實現(xiàn)照明燈點亮時間的延遲；5552的輸出控制晶閘管SCR，晶閘管SCR與電燈EL串聯(lián)，從而能夠通過控制晶閘管的導通和截止來控制電燈EL的亮滅。二、電路的工作原理該電路中的定時器5552的復位端4腳，受光控電路中的定時器5551的控制。當外界光線較強時，5551始終輸出低電平，致使5552的總是處于復位狀態(tài)

33、，即輸出始終為低電平，晶閘管SCR處于截止狀態(tài)，燈EL不亮。當外界光線較弱時，由壓電陶瓷片JT收集來的聲音信號，經(jīng)晶體管VT1、VT2組成共射極放大電路放大后，加在模擬比較器的反相輸入端。比擬器的基準電壓由R8 、R9組成的分壓電路提供基準電壓為VREF=VCCR9R9+R8 5-1當外界有聲音信號時，有VI> VREF，比擬器輸出低電平脈沖，經(jīng)C8、R12組成的微分電路后，變?yōu)榈碗娖秸}沖，使5552觸發(fā)翻轉(zhuǎn)為高電平，即進入暫態(tài)。該高電平作用在晶閘管VTH的控制極上，使晶閘管導通，燈EL點亮。由于5552工作在單穩(wěn)態(tài)模式，經(jīng)時間t后，5552回到穩(wěn)態(tài)，該時間可用下式來計算 t1.1R1

34、1+RP2C95-2即燈EL點亮時間t后自動熄滅。要使燈再次點亮，那么需要產(chǎn)生新的聲音信號來觸發(fā)。第二節(jié) 元器件參數(shù)的計算及型號選擇一、計算元器件參數(shù) 晶體管VT1、VT2選用2SC9014型硅NPN小功率管。2SC9014的有關電參數(shù)如表5-1所示。在集電極電流IC=100mA,基極電流IB=5mA時，測試晶體管表5-1參數(shù)名稱符號典型值單位集電極耗散功率Pcm300mW集電極最大電流Icm100mA電流放大系數(shù)601000特征頻率fT150MHz2SC9014的集射極間飽和電壓典型值為VCES=0.14V。那么電阻R4、R5的值可用以下兩式來推算：R4=VCC-VBEIB (5-3)R5=

35、(VCC-VCES)IC(5-4)由于所給晶體管的參數(shù)均為極限值，因此實際應用時所取的值通常要比由式(5-3)、(5-4)計算出來的值大得多。例如，在晶體管工作在線性放大狀態(tài)時，IB為幾十到幾百微安，Ic為幾毫安到幾十毫安。因此電阻R4應在幾百千歐到幾兆歐之間，電阻R5應在幾千歐到幾十千歐之間?？扇4=1M，R5=22K。同理，R6可確定為47 K。電容C6、C7為級間耦合電容，為防止聲音信號損失過大而導致電路控制的靈敏度下降，一般選用容量較大的電解電容作為耦合電容，容量在幾十微法?？扇6=22F，C7 = 30F。音頻放大電路的電壓增益為Av=2R5|rbeR6rbe2(5-5)式(5-

36、5)中，取=60,rbe =200+1+60×2621000那么由式(5-5)可得Av161。 一般情況下，人正常說話的聲音的幅度約為50分貝，轉(zhuǎn)化為電信號有效值約為VI40mV，那么經(jīng)音頻放大電路后，信號的強度為V1= 161Vi6.4V(5-6)由原理圖可知，VP=VREF= VCCR9R9+R8 (5-7)VN=V1R10(R7+R10)+V2R7(R7+R10) (5-8)由于經(jīng)放大后的音頻信號電壓有效值V1=6.4V，再根據(jù)定時器5552翻轉(zhuǎn)進入暫穩(wěn)態(tài)的條件：2腳電壓低于13 VCC，6腳電壓低于23VCC。由于電容C9兩端電壓為零，顯然6腳電壓為低電平，小于23VCC。當

37、外界沒有聲音發(fā)出時，模擬比擬器的輸入電壓小于基準電壓VREF，那么其輸出電平為高電平，顯然5552的2腳的電平大于13VCC。假設此種情況下就有V2=13VCC，由式(5-7)、(5-8)可得V2= VREF+ R10VREF - V1R7(5-9)假設取VREF =12 VCC =6V，那么由5-9式可得R10=5 R7。取R7=10 K，那么R10=51 K。此時有R8=R9，為便于采購取這兩個電阻的阻值與R7相等。為了提高電路對聲音信號的敏感性，在5552的觸發(fā)輸入端2腳加上由C8、R12組成的微分電路。電容C8和電阻R12值確實定，一方面要使微分電路的充電時間常數(shù)盡量小，一般應在幾ms

38、,另一方面要盡量與前面所用到的電容容值一樣，以便采購。所以，假設取C8=30F，那么電阻R12可取為10 K 假設要求照明燈點亮時間t在3060s之間連續(xù)可調(diào)，同光控制電路一致，取電容C9=100F。當電路定時為最短30s時，根據(jù)下式確定電阻R11的阻值，即9(5-10)那么由上式計算得到R11=270 K，此時，電位器RP2在電路中的阻值為零。當電定時為最長60s時，根據(jù)下式確定電位器RP2的阻值范圍。即t=1.1R11+ RP2C95-11那么由上式可確定RP2=549 K。電容C10同光控電路中的電容C5F。一、 電路元器件型號的選擇JT采用ø27mm的壓電陶瓷片，如FT-27

39、型；電阻均采用金屬膜電阻RJ45-18W型；電容C6C9均采用容值較大，耐壓值高，價格廉價的鋁電解電容，如CD11-16V型；電容C10采用普通獨石電容，如104M50V型；晶體管VT1、VT2采用2SC9014型硅NPN管；集成塊U3采用A741型集成運算放大器；集成塊U4采用TTL型定時器NE555；電位器RP2選用WH系列碳膜電位器，如WH148型。SCR選用觸發(fā)電流較小的1A、800V小型塑封單向晶閘管，如MCR100-8。二、 聲控延時電路圖根據(jù)以上分析的結(jié)果及選擇的電路元器件，下面給出本電路的線路圖，如圖5-2所示。圖5-2 聲控延時電路圖第六章 課程設計總結(jié)及體會電子技術課程設計

40、是利用所學的模擬和數(shù)字電子線路相關知識而進行的一次綜合性訓練。設計者要根據(jù)所學的知識對設計題目進行綜合性分析，并挖掘出設計題目所用到的核心知識內(nèi)容，然后，設計者對該局部內(nèi)容進行深入學習。最后，對設計的技術要求進行深入詳細地解讀，最終提出針對設計題目要求的解決方案。下面我對我的設計題目聲光控延時照明燈電路的設計過程及設計思路進行一下總結(jié)。第一節(jié) 課程設計總結(jié)我的設計題目是簡易聲光控延時照明燈電路。從題目所包含的內(nèi)容可以看出，該題目要綜合運用所學的模擬和數(shù)字電子技術知識來解決。設計該題目，要明確以下幾點：一、該電路為針對實際問題的以弱控強性控制電路。因此，設計之前要考慮到什么樣的電子器件或者是電氣

41、部件能作為弱電和強電的接口電路，并且還要對其工作原理比擬熟悉。這一點很關鍵，它關系到用什么樣的電路來實現(xiàn)對照明燈亮滅的控制。例如，我設計的電路是用晶閘管來作為該電路強弱電的接口電路的。晶閘管是典型的“以小控大型電子器件，即能夠利用很小的電流去控制晶閘管的導通和截止，從而實現(xiàn)照明燈亮滅的可控性。本電路采用的是單向晶閘管，當控制極為低電平時，晶閘管截止，控制極為高電平時晶閘管導通。很明顯，利用數(shù)字電子技術的相關知識很容易就能夠?qū)崿F(xiàn)對晶閘管工作狀態(tài)的控制。二、明確了接口電路問題之后，就可以考慮通過什么樣的電路來實現(xiàn)對晶閘管工作狀態(tài)的控制。很明顯，但凡能夠?qū)崿F(xiàn)輸出為高低兩種電平的電路都能夠?qū)чl管進行控制。對這種電路的要求是能夠?qū)ν饨缬|發(fā)信號進行相應的響應，根據(jù)這點要求，很容易意識到要用到電子技術根底數(shù)字局部第九章 脈沖波形的產(chǎn)生與變換 中的相關知識。因此，在思考如何設計該題目時，應有側(cè)重點地對該局部內(nèi)容進行深入學習和理解。三、將題目理解清楚之后，再來考慮用什么樣的方式來實現(xiàn)?？紤]到電路對照明燈的控制要有延時功能，這些要求單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器根本