聲光控?zé)粼O(shè)計(jì)

/學(xué)號(hào)2011301716畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目聲光控?zé)粼O(shè)計(jì)系部機(jī)械電子系專業(yè)機(jī)電一體化班級(jí)1107姓名楊政偉指導(dǎo)教師白金柯2013年11月04日摘要光控?zé)艉吐暪饪責(zé)羰蔷蛹艺彰鞯闹匾M成部分（如樓道、衛(wèi)生間、小巷等），它們的出現(xiàn)使我們的生活方便許多，既可避免摸黑找開關(guān)造成的摔傷碰傷，又可杜絕樓道燈有人開、沒人關(guān)浪費(fèi)能源的現(xiàn)象。介紹了用三極管和與非門芯片實(shí)現(xiàn)光控?zé)艉吐暱責(zé)舻脑?，重點(diǎn)介紹了二者的實(shí)現(xiàn)方法和具體細(xì)節(jié)，及制作過程中遇到的問題和相應(yīng)的解決方案。關(guān)鍵詞:光控?zé)?、聲控?zé)簟⒐饷綦娮?、麥克風(fēng)、導(dǎo)通、截至、AbstractOpticallycontrolledlampandacousticcontrollampplayanimportantroleinourdailylife(likeincorridor，toilet，alleywayandsoon)。Theymakeourlifemorecovenient。Byuseofthem,wecannotonlyprotectourselvesfromthehurtthatmaybecausedinlookingfortheswitchesoflightsinthedark,butalsoeliminatethephenomenonthatsomeoneturnonthelightbutnobodyturnofftoavoidthewasteofresources.Itintroducestheprincipleofhowtousedynatronsandanandgatechiptoachievethepurposethatcontrolthelightsbylightandsound，andspeciallystressesthewaysandconcretedetailsabouthowtousethemtoachievethepurposeandthesolutionsoftheproblemsthatwillbemetintheprocessofmakingit。Keywords:Opticallycontrolled，acousticcontrol,mircphone,lightdependentresistorbreakover,cutoff目錄TOC\o"1—3”\h\z\uHYPERLINK\l”_Toc371092863”引言 41。1電容 5HYPERLINK\l”_Toc371092866”1.2光敏電阻 6HYPERLINK\l”_Toc371092867"1。3晶閘管 71。4與非門 82。1光控基本原理 9HYPERLINK\l”_Toc371092871”2.2光控的總體實(shí)現(xiàn) 10_Toc371092873”第三章聲控的基本概述 11_Toc371092875”3。1.1實(shí)際電路 113.1.2光控電路 12HYPERLINK\l”_Toc371092877”3.1.3聲控電路 13HYPERLINK\l”_Toc371092878”3.1.4延時(shí)電路 143.2聲控的的總體實(shí)現(xiàn) 15HYPERLINK\l”_Toc371092880”3。3電路調(diào)試 15HYPERLINK\l”_Toc371092881”3.4聲控的總結(jié) 16或“R”

結(jié)構(gòu)——通常由光敏層、玻璃基片（或樹枝防潮膜)和電極等組成的.

特性——光敏電阻器是利用半導(dǎo)體光電導(dǎo)效應(yīng)制成的一種特殊電阻器,對(duì)光線十分敏感，它的電阻值能隨著外界光照強(qiáng)弱（明暗）變化而變化.它在無光照射時(shí),呈高阻狀態(tài)；當(dāng)有光照射時(shí),其電阻值迅速減小。

作用與應(yīng)用—-廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)控制電路（如自動(dòng)照明燈控制電路、自動(dòng)報(bào)警電路等）、家用電器(如電視機(jī)中的亮度自動(dòng)調(diào)節(jié),照相機(jī)的自動(dòng)曝光控制等）及各種測(cè)量?jī)x器中。

光敏電阻器種類：

1)按制作材料分類：多晶和單晶光敏電阻器，還可分為硫化鎘(CdS)、硒化鎘(CdSe)、硫化鉛(PbS)、硒化鉛（PbSe)、銻化銦（InSb)光敏電阻器等.

2)按光譜特性分類:

●可見光光敏電阻器:主要用于各種光電自動(dòng)控制系統(tǒng)、電子照相機(jī)、光報(bào)警等地。

●紫外光光敏電阻器:主要用于紫外線探測(cè)儀器.

●紅外光光敏電阻器：主要用于天文、軍事等領(lǐng)域的有關(guān)自動(dòng)控制系統(tǒng).

光敏電阻器的主要參數(shù)

1）亮電阻(kΩ）：指光敏電阻器受到光照射時(shí)的電阻值.

2）暗電阻(MΩ）:指光敏電阻器在無光照射（黑暗環(huán)境）時(shí)的電阻值.

3)最高工作電壓(V）：指光敏電阻器在額定功率下所允許承受的最高電壓

4）亮電流：指光敏電阻器在規(guī)定的外加電壓下受到光照射時(shí)所通過的電流。

5）暗電流(mA)：指在無光照射時(shí)，光敏電阻器在規(guī)定的外加電壓下通過的電流.

6）時(shí)間常數(shù)(s）：指光敏電阻器從光照躍變開始到穩(wěn)定亮電流的63％時(shí)所需的時(shí)間。

7）電阻溫度系數(shù)：指光敏電阻器在環(huán)境溫度改變1℃1.3晶閘管1，變流/整流.2,調(diào)壓。3,變頻。4，開關(guān)（無觸點(diǎn)開關(guān)）。普通可控硅最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬于不可控整流電路。如果把二極管換成晶閘管，就可以構(gòu)成可控整流電路、逆變、電機(jī)調(diào)速、電機(jī)勵(lì)磁、無觸點(diǎn)開關(guān)及自動(dòng)控制等方面。在電工技術(shù)中，常把交流電的半個(gè)周期定為180°，稱為電角度.這樣，在U2的每個(gè)正半周，從零值開始到觸發(fā)

脈沖到來瞬間所經(jīng)歷的電角度稱為控制角α；在每個(gè)正半周內(nèi)可控硅導(dǎo)通的電角度叫導(dǎo)通角θ.很明顯，α和θ都是用來表示可控硅在承受正向電壓的半個(gè)周期的導(dǎo)通或阻斷范圍的。通過改變控制角α或?qū)ń铅?，改變?fù)載上脈沖直流電壓的平均值UL,實(shí)現(xiàn)了可控整流?？煽毓璧墓τ貌粌H是整流,它還可以用作無觸點(diǎn)開關(guān)以快速接通或切斷電路,實(shí)現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變，將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電,等等?？赡茉O(shè)備配置比較低端，沒有勵(lì)磁保護(hù).晶閘管也就可控硅。它是一種大功率的變流新器件，主要用于大功率的交、直流電之間的互相轉(zhuǎn)換。將交流變?yōu)橹绷?，其輸出的直流電壓具有可控性。將直流變?yōu)榻涣鲃t是電壓的逆變，例如車載的逆變器將直流電變?yōu)榻涣鞴┦謾C(jī)充電。1。4與非門三態(tài)門，是指邏輯門的輸出除有高、低電平兩種狀態(tài)外，還有第三種狀態(tài)—-高阻狀態(tài)的門電路高阻態(tài)相當(dāng)于隔斷狀態(tài)。三態(tài)門都有一個(gè)EN控制使能端，來控制門電路的通斷?？梢跃邆溥@三種狀態(tài)的器件就叫做三態(tài)（門，總線,。..。..）.

舉例來說：

內(nèi)存里面的一個(gè)存儲(chǔ)單元，讀寫控制線處于低電位時(shí)，存儲(chǔ)單元被打開，可以向里面寫入；當(dāng)處于高電位時(shí)，可以讀出，但是不讀不寫，就要用高電阻態(tài),既不是＋5v,也不是0v

計(jì)算機(jī)里面用1和0表示是，非兩種邏輯，但是，有時(shí)候，這是不夠的，

比如說,他不夠富有

但是他也不一定窮啊，她不漂亮,但也不一定丑啊,

處于這兩個(gè)極端的中間，就用那個(gè)既不是＋

也不是―的中間態(tài)表示，

叫做高阻態(tài)。

高電平,低電平可以由內(nèi)部電路拉高和拉低。而高阻態(tài)時(shí)引腳對(duì)地電阻無窮，此時(shí)讀引腳電平時(shí)可以讀到真實(shí)的電平值.

高阻態(tài)的重要作用就是I/O(輸入/輸出)口在輸入時(shí)讀入外部電平

第二章光控的基本概述光控?zé)?，即在有光或光照比較強(qiáng)的時(shí)候,發(fā)光二極管不發(fā)光，在無光照或者光照弱的情況下,發(fā)光二極管發(fā)光。2.1光控基本原理要設(shè)計(jì)光控?zé)?，首先要掌握光敏電阻的特?光敏電阻又稱光導(dǎo)管,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，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（光敏電阻器對(duì)光的敏感性（即光譜特性）與人眼對(duì)可見光（0。4～0。76）μm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），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)。經(jīng)測(cè)量隨著外部環(huán)境的改變，本次所用光敏電阻阻值的變化范圍為2K—3M三極管工作狀態(tài)分為放大、截止和飽和。當(dāng)工作在放大區(qū)時(shí),發(fā)射極正偏,集電極反偏;當(dāng)工作在截止區(qū)時(shí)，發(fā)射極和集電極均反偏；當(dāng)工作在飽和狀態(tài)時(shí)，發(fā)射極和集電極均正偏。同時(shí)三級(jí)管有兩種材料做成，一種為硅管，其正偏發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓為0。7V；一種為鍺管,其正偏發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓為0.3V。三極管種類有NPN和PNP兩種，本次課設(shè)用到的三極管為NPN型硅管9014和PNP型硅管9012。將光敏電阻用做三極管9014的下偏置電阻，利用光敏電阻隨外部光照的變化來控制三級(jí)管9014的工作狀態(tài)，可以是三級(jí)管工作在截止和導(dǎo)通兩種不同的狀態(tài)，9012基極接至9014的發(fā)射極輸出處，發(fā)射極接電源,集電極接輸出LED燈,9012的工作狀態(tài)受9014的控制，當(dāng)有光照時(shí)，光敏電阻阻值降低，9014基極電壓被拉低而截止，9012基極電壓升高9012截止，LED滅;反之光敏電阻沒有光照時(shí),其阻值增大,9014基極電壓升高并使其導(dǎo)通，9012基極電壓降低，9012飽和導(dǎo)通.2。2光控的總體實(shí)現(xiàn)經(jīng)實(shí)測(cè)光敏電阻的阻值在有光照射時(shí)大約在2K左右,無光照射時(shí)阻值大約在3M左右，所以用R3、R4和一個(gè)開關(guān)來代替光敏電阻，當(dāng)開關(guān)撥向阻值在R3時(shí)（無光照射時(shí))，發(fā)光二極管發(fā)光（圖中發(fā)光二極管三角形成紅色），仿真圖如圖1。3所示：仿真成功后，畫出PCB圖，如圖然后印制電路板、打孔、插器件，完成實(shí)際電路,如圖，之后對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試時(shí)用兩節(jié)干電池作為3V電源,檢查電路焊接無誤后接通電源，燈不亮，將光2。3光控的總結(jié)以上光控電路主要是利用三極管的開關(guān)作用完成。由于剛開始沒有計(jì)算好電源電壓,在調(diào)試初期,接上了3節(jié)干電池導(dǎo)致了LED燈燒壞。在實(shí)際電路中燈的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于三極管的控制電壓，如果還這樣設(shè)計(jì)勢(shì)必要燒壞三極管,在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中可以采用耐壓值比較高的晶閘管，或者用繼電器間接實(shí)現(xiàn)對(duì)燈的亮滅控制。調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)電路的感光靈敏度不高，在很暗的時(shí)候燈才能亮，可以在光敏電阻哪里串聯(lián)一個(gè)阻值適當(dāng)?shù)幕瑒?dòng)變阻器，這樣的話就可以調(diào)節(jié)光敏電阻的靈敏度了。聲控?zé)艉苋菀讓?shí)現(xiàn)，這一部分設(shè)計(jì)為第二章的聲控?zé)舻膶?shí)現(xiàn)提供了理論依據(jù)。第三章聲控的基本概述實(shí)際生活中的聲控?zé)羰窃诠饩€很暗和有聲音時(shí)候燈亮起來，延時(shí)一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅，在光線充足或沒有聲音的時(shí)則不會(huì)亮起，要達(dá)到這個(gè)效果,需要用到光控和聲控兩部分電路.3.1聲控的基本原理電路原理圖如圖2。1所示，電路由光控部分，聲控部分，放大電路,CD4011與非門，延時(shí)部分和晶閘管（可控硅)組成。白天或夜晚光線較亮?xí)r光控部分將開關(guān)（晶閘管）自動(dòng)關(guān)斷,聲控部分不起作用.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,電路能否接通取決于聲音信號(hào)的強(qiáng)弱，當(dāng)聲強(qiáng)達(dá)到一定強(qiáng)度(不小于CD4011的開門電壓）電路自動(dòng)接通,點(diǎn)亮LED燈，并開始延時(shí)，延時(shí)時(shí)間到，開關(guān)自動(dòng)斷開,等待下一次聲音信號(hào)觸發(fā)。這樣,該電路通過對(duì)環(huán)境聲光信號(hào)的監(jiān)測(cè)和處理，完成電路開斷的自動(dòng)開關(guān)控制.3。1。1實(shí)際電路

電路中三極管在聲音信號(hào)的觸發(fā)下起著放大開關(guān)作用，電路也可以用運(yùn)放或構(gòu)成，運(yùn)放的輸出直接接到555芯片，由555芯片構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路延時(shí)，但是這樣不容易將光控功能加到其中，而且用到兩個(gè)芯片，增加了成本。所以選擇了一下電路?？梢詫⒈倦娐贩譃楣饪仉娐?，聲控電路，邏輯電平翻轉(zhuǎn)及觸發(fā)電路和延時(shí)電路幾個(gè)基本電路:3。1。2光控電路

如圖2.2所示，由R4和R9組成,其中R9為光敏電阻，電路中晶閘管的通斷，取決于控制信號(hào)的有無。光敏電阻R9的阻值隨著光照強(qiáng)度的變化而變化，當(dāng)光照達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，其電阻值變小到與R4分壓后使IC(a)2腳處于邏輯低電平，2腳所在的與非門被封死，這時(shí)不管有無聲音信號(hào)輸入，IC(d)11腳都是低電平，晶閘管正向阻斷。隨著光照強(qiáng)度的減弱，R9的阻值逐漸增大，2腳的電平逐漸上升,當(dāng)2腳的電位上升到邏輯高電平后,即滿足了開門條件,此時(shí)的聲控開始起作用，3腳是否翻轉(zhuǎn)只取決于IC（a)1腳電位（聲控電路輸入端)是否達(dá)到了邏輯高電平。3.1。3聲控電路R1、R2、R3等組成，其中MK為聲檢測(cè)元件,當(dāng)環(huán)境聲音很弱時(shí),三極管VT處于飽和狀態(tài)，IC（a)1腳為低電平11亦為低電平,晶閘管阻斷,當(dāng)環(huán)境聲音信號(hào)達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，通過MK1拾音輸出經(jīng)C1耦合到VT的基極，使集電極即IC(a)1腳電位隨聲強(qiáng)而高低變化，當(dāng)1腳處于高電平時(shí)，由于2腳早已處于高電平而滿足了與非門翻轉(zhuǎn)條件，3腳跳變?yōu)榈碗娖?麥克風(fēng)的接收聲音信號(hào)并將信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)(交流信號(hào)），使三極管VT由飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)，電阻很大，基本上為VCC電壓值。所以在聲音信號(hào)來到時(shí)會(huì)有三極管C極電壓的跳變現(xiàn)象，如圖2.3（a)。也正是由于這一現(xiàn)象使得聲控功能得以實(shí)現(xiàn)。如圖2。4所示，由四二輸入與非門IC（CD4011)及R7、R8等組成。圖中看出白天或光線很亮?xí)r,與非門IC(a)的1腳為低電平，3腳輸出為高電平，經(jīng)過IC(b）、IC（c)、IC（d)的電平翻轉(zhuǎn),IC（d）11腳輸出為低電平,晶閘管不被觸發(fā)，燈不亮；當(dāng)環(huán)境光線較暗使IC（a）的2腳為邏輯高電平時(shí)，為IC(a）的翻轉(zhuǎn)提供了必要條件，IC（a)翻轉(zhuǎn)與否受控于IC(a)1腳電平的高低(聲控輸入端）。當(dāng)有聲音信號(hào)輸入使IC（a）的1腳為高電平時(shí)，輸出3腳跳變?yōu)榈碗娖?4腳跳變?yōu)楦唠娖讲⒔?jīng)D1向C1充電，C3上的電壓不斷升高，當(dāng)C3上的電壓上升到IC邏輯高電平時(shí)，10腳變?yōu)榈碗娖?11腳輸出高電平，經(jīng)R7加到晶閘管ｑ控制極，晶閘管ｑ被觸發(fā)導(dǎo)通。3。1。4延時(shí)電路

如圖2。5所示，由R5、R6、C2、D1等元件組成。結(jié)合聲控電路光控電路分析,當(dāng)晶閘管q被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)C1上的電壓降低，MK1拾音器的靈敏度降低，VT重新飽和，3腳為高電平，4腳變?yōu)榈碗娖?，由于D1的隔離作用，C2上的電壓仍維持8、9腳高電平，11腳也為高電平，C2上的電壓通過R5、R6放電,直至C3上的電壓降低至IC邏輯低電平時(shí),11腳變?yōu)榈碗娖?晶閘管q在正負(fù)極間的電壓過零時(shí)被正向阻斷，C2上的電壓重新升高,MK1恢復(fù)拾音靈敏度,等待下一次聲控信號(hào)的輸入，IC8、9腳電位從高電平降低為低電平的時(shí)間，即為開關(guān)接通的維持時(shí)間，由C2和R5、R6的數(shù)值確定。3.2聲控的的總體實(shí)現(xiàn)圖2。1為聲控?zé)舻姆抡鎴D，其中用5mv的交流信號(hào)源作為聲音信號(hào)，將其與開關(guān)J1一同串接進(jìn)聲控電路,開關(guān)閉合表示有聲音信號(hào);在光敏電阻下并接兩個(gè)阻值不同的電阻，開關(guān)J2與大電阻的串接模擬光線較暗時(shí)候，開關(guān)J3與小電阻串接模擬光線亮的時(shí)候，當(dāng)開關(guān)J1與開關(guān)J2均閉合時(shí),表示光線較暗且有聲音，此時(shí)燈亮。3。3電路調(diào)試在板子完成后，對(duì)其進(jìn)行功能測(cè)試，步驟如下：斷開光敏電阻，電容C1，與非門IC（a）的2腳為高電平,1腳為低電平，3腳輸出為高電平，經(jīng)IC（b）、IC（d）邏輯電平轉(zhuǎn)換,IC11腳輸出為低電平，晶閘管q不被觸發(fā),燈不亮.斷開三極管VT的集電極或發(fā)射極，同時(shí)斷開光敏電阻，與非門IC（a）1,2腳為高電平，3腳輸出為低電平,經(jīng)IC（b）、IC(d）邏輯電平轉(zhuǎn)換，IC11腳輸出為高電平，晶閘管q被觸發(fā),燈亮。綜上兩步調(diào)試，圖2.4工作正常。斷開光敏電阻，接通電源，這時(shí)燈不亮。擊掌觸發(fā)聲控電路，燈亮。經(jīng)過一段時(shí)間延時(shí)，燈滅，說明圖2.3和2。5工作正常。最后檢查