聲光控燈設計報告(東北石油大學)

東北石油大學課程設計課程課程電子技術課程設計題目聲光控燈設計院系電氣信息工程學院測控系專業(yè)班級測控***學生姓名***學生學號*****指導教師******201*年7月**日東北石油大學課程設計任務書課程電子技術課程設計題目聲光控燈設計專業(yè)測控技術與儀器姓名***學號*****一、主要內容：1、電路設計：設計一個聲光控燈；畫出電路原理圖；確定元器件及元件參數。用Protues軟件進行仿真。2、電路焊接練習：本次課程設計需要完成幾個電路焊接任務。二、根本要求：1、設計一個聲光控燈，準確地理解有關要求，獨立完成系統設計，要求所設計的電路具有以下功能：1〕當電路檢測到聲音并且光線暗時，燈泡被點亮，2〕燈點亮一段時間后自動熄滅；3〕設計電路所需的正負直流電源。2、給出設計方案，畫出設計電路的電路圖、寫明電路工作原理、有源元件給出芯片介紹。3、用Protues軟件進行仿真，給出仿真結果。三、主要參考資料：[1]童詩白華成英.模擬電子技術根底[M].高等教育出版社,2001:87-120.[2]邱關源.電路[M].北京:高等教育出版社,2006:105-116.[3]張新喜.Multisim10電路仿真及應用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2023:1-2.完成期限201*.7.4—201*.7.13指導教師*****專業(yè)負責人****201*年7月**日摘要聲光控燈是一種聲控電子照明裝置，聲控燈由話筒、音頻放大器、選頻電路、倍壓整流電路、鑒幅電路、恒壓源電路、延時開啟電路、可控延時開關電路、可控硅電路組成。而聲控燈有一種有趣的現象，那就是光線充足時，任你發(fā)出多大的聲音都不亮；但在黑夜，輕輕一聲它就發(fā)出了亮光，這是為什么呢？原來聲控燈還光控電路，以使其在光線足夠的時候不工作，所以聲控燈的控制盒是聲、光同時控制的，在光亮度能到達的情況下，燈不會亮。你可以做一個小實驗，你可以用手遮擋聲控開關的光控原件然后再發(fā)出聲音，燈就會亮了。關鍵詞：聲控燈，光敏電阻，放大電路，選頻電路。目錄TOC\o"1-2"\h\u14021一、緒論 154841、課題背景 12、設計任務和要求分析9407 131868二、系統設計方案 2100061、根本原理分析 22、設計方案論證和原理 23959三、硬件電路設計 4148331、單元電路設計 4295072、系統硬件電路設計 785903、元器件清單 829177四、系統仿真 9136821、仿真軟件介紹 98536仿真結果 10五、電路焊接練習 111、方波發(fā)生器 112、電子幸運轉盤 123、收音機 13總結 15參考文獻 16一、緒論1、課題背景由于近年來我國的照明器材行業(yè)的迅速崛起，中國已經成為電光源產品的主要輸出國之一。照明器材行業(yè)屬一般性競爭行業(yè)，是我國輕工業(yè)對外開放較早的行業(yè)之一。WTO后，國際上一些知名品牌大企業(yè)相繼進入國內產銷領域，使得國內競爭國際化。努力增加節(jié)能光源和不同檔次、把戲、不同用途的照明器具的開發(fā)，加快綠色、節(jié)能光源產品的開發(fā)推廣和應用是我國目前照明器材行業(yè)結構調整的重點。我國照明器材行業(yè)將面臨著前所未有的機遇和挑戰(zhàn)，而由此帶來的巨大商業(yè)利益也成為一些企業(yè)矚目的焦點。隨著全球經濟一體化，興旺國家產業(yè)調整的步伐進一步加快，一般照明電器產品生產大量向開展中國家轉移，而中國又是一個比擬適合的國家，一是中國具備生產這些產品的條件，二是勞動力本錢比擬低，從而使中國逐步成為照明電器產品出口大國。展望未來的國內市場，需求仍會呈逐年增長趨勢，以下強力因素都預示著我國照明市場仍有很大的潛力可挖。降低能耗、節(jié)約能源、注重環(huán)保是當今世界的主潮流，高能耗且會加劇溫室效應的白熾燈越來越不受歡送。繼公布“歐盟后年封殺白熾燈〞的時間表后，世界各地陸續(xù)拋棄白熾燈已成定局，環(huán)保型節(jié)能熒光燈VS白熾燈是白熾燈的替代者。隨著人們生活現代化水平不斷提高，國民經濟的快速開展，電力的供需矛盾日益加劇生產更多的電即意味著要消耗更多的煤、石油、天然氣、核原料等不可再生資源，還會帶來許多相應的環(huán)境問題。為此，我們應該從身邊做起，珍惜并節(jié)約每一度電。所以，現在很多住宅樓道都安裝了自動控制樓道燈。2、設計任務和要求分析設計任務：聲光控延時開關采用行人腳步，拍手或咳嗽聲來控制燈的開啟。燈光延時一定時間自動關閉。白天光線強時將其閉鎖，即使有行人的腳步聲開關始終處于閉鎖狀態(tài)也不會開啟。實現聲來燈亮、聲離燈滅，令我們無論在家里還是在別處，方便自如，都能夠樂在其中〞。ZX2027燈頭型聲光控延時開關，在燈頭上裝上白熾燈安裝在走廊、樓梯間或廁所里，白天不亮，晚上只要你發(fā)出聲響燈就亮20秒，人離開后燈熄滅。設計要求：〔1〕了解聲光控延時開關電路的組成及工作原理。〔2〕熟悉駐極體話筒和光敏電阻器的特性?！?〕學習聲光控延時開關電路設計?！?〕光線暗時，聲音觸發(fā)開關接通燈亮，延時一定時間后自動熄滅。二、系統設計方案1、根本原理分析聲控燈是一種聲控電子照明裝置，由音頻放大器、選頻電路、延時開啟電路和可控硅電路組成。它提供了一種操作簡便、靈活、抗干擾能力強，控制靈敏的聲控燈，它采用人嘴發(fā)出約1秒的控制信號“嘶〞聲，即可方便及時地翻開和關閉聲控照明裝置，并有防誤觸發(fā)而具有的自動延時關閉功能，并設有手動開關，使其應用更加方便。聲控燈由話筒、音頻放大器、選頻電路、倍壓整流電路、鑒幅電路、恒壓源電路、延時開啟電路、可控延時開關電路、可控硅電路組成。設計方案論證和原理1)、設計思路在白天或光線較亮時，節(jié)電開關呈關閉狀態(tài)，燈不亮，夜間或光線較暗時，節(jié)電開關呈預備工作狀態(tài)。當有人經過該開關附近時，腳步聲等把節(jié)電開關啟動，燈亮，延時40-50秒，不同的是我們這里用5～15V直流穩(wěn)壓電源供電，由別離元器件或數字集成電路組成。2)、總體方案框圖麥克風麥克風比擬電壓器光敏開關延時電路聲電圖1根本原理框圖圖1為原理框圖，它主要由一個話筒，電壓比擬器，有光敏電阻控制的總開關和聲控電子開關，一個延時電路等局部組成。我設計的這個聲光聯控延時照明電路的主要原理就是利用光控部件控制電路白天不工作，而夜晚那么由聲控部件控制其工作，再由延時部件控制其工作時間。在白天由光控部件控制電路，無論外界有無聲音發(fā)出電路都不會工作，而到了夜晚光控部件就不在起作用由聲控部件控制電路，只要在一定范圍內有聲音發(fā)出且到達一定響度電路就會導通工作，又由延時部件控制其工作時間；由該事例可知聲、光、延時三局部是相互聯系的沒有光控電路不完善，沒有聲控電路也談不上延時，而沒有延時電路也談不上控制，總的來說電路的設計較完備。3)、根本原理圖2總體設計電路電路主要由三局部組成：I.聲控照明電路：作為聲控電路對聲音信號的要求既不能太強也不能太弱，太強聲控難以實現；而太弱電路結構復雜也難以實現，最好是能接收到如人的講話聲，腳踏地板聲。當這類信號轉化為電信號時，電信號一般較弱，必須對其進行放大對此可選擇功放電路，運放電路，差分電路等，根據電路對信號的要求一般選擇運放電路較好，提高信號輸出電壓。經過這一步實現了聲音信號到電信號的轉換。有了電信號實現聲控就容易了，我們可以讓產生的電信號去觸發(fā)觸發(fā)器使電路導通。半導體器件必須保證靈敏度高，各電參數精確穩(wěn)定。實驗還提示了駐極體話筒，可以直接將聲音信號轉換為電信號，下面就運用聲音傳感器設計的聲控照明電路加以分析：聲控照明電路的主要原理:是利用了聲學和電子學的原理即用聲音傳感器將聲音信號轉換成電信號從而推動觸發(fā)器觸發(fā)使電路導通工作。作為一個智能化聲控照明電路應具有以下功能：①能在聲音的控制下實現電路的導通與截止。②聲音的發(fā)出應是多方面的如腳步聲，物體打擊聲等。③響應時間應越短越好。II.光控照明電路：光敏元器件的應用在光照的情況下使其電參數發(fā)生變化從而使其對電流的阻礙作用減小或增大，進而使電路導通或截止，電信號強弱的改變光控轉化為電控電路功能的實現便容易了。在這樣的電路設計中，對電路元器件的要求也極為高尤其是光敏元件是光控電路功能實現的核心，必須保證其各項參數的精確，穩(wěn)定。故在選擇這類元器件時一定要選擇高靈敏度工作穩(wěn)定可靠的元件，當然電路工作的穩(wěn)定是否？功能能否實現？并不僅僅只和電路元器件有關，外加電源也是不可無視的，與聲控電路一樣最好也是給光控電路加上一個穩(wěn)壓電路確保電路能正常工作。III.延時電路：由硬件構成的定時器，一般是用改變R、C元件值控制定時的，其效率較高如555定時器，作為一個延時電路，在整個電路中其應在延時結束后能發(fā)出一個結束信號，控制電路是否繼續(xù)工作下去?？傊?，在白天由光控部件控制電路，無論外界有無聲音發(fā)出電路都不會工作，而到了夜晚光控部件就不在起作用由聲控部件控制電路，只要在一定范圍內有聲音發(fā)出且到達一定響度電路就會導通工作，又由延時部件控制其工作時間。聲、光、延時三局部是相互聯系。三、硬件電路設計1、單元電路設計聲控局部電路聲音傳感器：用話筒把聲音信號轉化為電信號，電信號一般較弱，可對其進行放大對此可選擇功放電路，經過這一步實現了聲音信號到電信號的轉換。有了電信號實現聲控就容易了，我們可以讓產生的電信號去觸發(fā)觸發(fā)器使電路導通。我用的是實驗要求推薦的駐極體話筒，起到讓聲音信號變?yōu)殡娦盘柤绰暱亻_關的作用圖3聲音傳感器電路2〕光控局部電路光敏電阻器是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。根據資料：光敏電阻器都制成薄片結構，以便吸收更多的光能。當它受到光的照射時，半導體片〔光敏層〕內就激發(fā)出電子—空穴對，參與導電，使電路中電流增強。可見光光敏電阻器：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，如光電自動開關門戶，航標燈、路燈和其他照明系統的自動亮滅，自動給水和自動停水裝置，機械上的自動保護裝置和“位置檢測器〞，極薄零件的厚度檢測器，照相機自動曝光裝置，光電計數器，煙霧報警器，光電跟蹤系統等方面。圖4光控局部電路延時局部電路采用555定時器為核心，設計一個定時集成電路，以到達收到電信號后能到達延時40-50s的實驗目的。查閱了東北石油大學自編的《脈沖與數學電路》實驗講義，66頁后得以下數據和示意圖：圖5555定時器示意圖圖6單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖7555延時電路表1555延時電路方法和功能輸入輸出復位RDTRTHQT1狀態(tài)00導通1<(1/3)Vcc輸入輸出復位RDTRTHQT1狀態(tài)00導通1<(1/3)Vcc輸入輸出復位RDTRTHQT1狀態(tài)00導通1<(1/3)Vcc<(2/3)Vcc1截止1>(1/3)Vcc>(2/3)Vcc0導通1>(1/3)Vcc<(2/3)Vcc原狀態(tài)不再2、系統硬件電路設計圖8總電路設計圖由于仿真系統上找不到MIC所以用一個微小正弦電流信號代替。3、元器件清單表2元器件清單代號參數數量C1、C2、C40.1uf1C3100uf1R1、R4、R52.2kΩ1R21MΩ1R3470kΩ1R691kΩ1R756kΩ1R810kΩ1R10270kΩ1RV1100kΩ1LDR亮組<=10M1暗組>=1M1U2非門1U3與非門1U1電壓放大比擬器LM39001U4555定時器1RL1繼電器開關1Q1三極管1D1LED5w1BT直流穩(wěn)壓電源5v1四、系統仿真1、仿真軟件介紹Protues軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2023年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。有了protel、Multisim、proteus、psice等一系列的軟件的存在，就此便可以以虛代實、以軟代硬，獨立建立一個完善的虛擬實驗室。代替了在實驗室和教室里的以實物進行實踐的方式，可以在計算機上學習電工根底，模擬電路、數字電路、單片機應用系統等課程，并進行電路設計、仿真、調試等。因此這一系列的軟件受到廣闊電子設計愛好者的青睞，是他們工作、學習上難得的工具軟件，也因此它們在全球得到了廣泛應用。其中，Proteus軟件提供多達30多個元件庫，元件涉及到數字和模擬、交流和直流等，有RAM、ROM、鍵盤、馬達、LED、LCD、AD/DA、局部SPI器件、局部IIC器件，編譯方面支持Keil和MPLAB等編譯器。它的功能強大，集電路設計、制版及仿真等多種功能于一身，不僅能夠對電工、電子技術學科涉及的電路進行設計與分析，還能夠對微處理器進行設計和仿真，也能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路的工作情況。它還提供多種現實存在的虛擬儀器，這些儀表有極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗，盡可能減少儀器對測量結果的影響。此外，Proteus軟件還有圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來。對于單片機硬件電路和軟件的調試，Proteus提供了兩種方法：系統總體執(zhí)行效果和對軟件的分步調試。它還提供了比擬豐富的測試信號用于電路的測試，這些測試信號包括模擬信號和數字信號。在用Proteus進行仿真和程序調試時，只要關心從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結果。它還提供SchematicDrawing、SPICE仿真與PCB設計功能，同時可以仿真單片機和周邊設備，可以仿真PIC、AVR、51系列等常用的MCU，并提供周邊設備的仿真，例如示波器、373、led等。2、仿真結果圖9仿真結果截圖首先輸入一次脈沖信號，調節(jié)555定時器做的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的可調變阻器RW，使延遲時間變?yōu)閷嶒炈璧?0-50秒，即可正常工作。實驗結果：當白天時，光敏電阻RL成低阻狀態(tài)，與非門輸出高電平，555定時器3腳那么保持低電平，繼電器開關K保持斷開狀態(tài)，照明電路斷開，有聲音時燈也不會亮。當夜晚時，光敏電阻RL成高阻狀態(tài)。阻值遠遠大于R6，輸出高電平。這是如果話筒未接收到聲音時，LM3900的4腳輸出為高電平，電容C2右端為高電平，信號通過邏輯門電路后變?yōu)楦唠娖?，輸入?55定時器2腳，555定時器3腳那么保持低電平，繼電器開關K保持斷開狀態(tài)，照明電路斷開，燈不亮。如果話筒接收到聲音時，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，信號通過邏輯門電路后變?yōu)榈碗娖健］斎氲?55定時器2腳，當555定時器2腳接收到一個低電平時，555定時器3腳那么輸出一定時間的高電平，使三極管T導通，繼電器開始工作，繼電器開關K閉和，照明電路接通。照明持續(xù)一段時間后，555定時器3腳變?yōu)榈碗娖?，繼電器開關K關斷，照明電路斷開。五、電路焊接練習1、方波發(fā)生器、電路圖圖10方波發(fā)生器電路原理圖2)、根本原理本電路用1塊LM324運放器和6個元件。它的脈沖頻率調節(jié)范圍可從400Hz到4kHz；占空比調節(jié)范圍從1%到99%，輸出脈沖最大幅度可接近±5V。如圖９所示，ICA為閾值檢測器，ICB為積分器，它的輸出為三角波。ICA輸出正向電壓使ICB輸出負向三角波。當負向三角波到達某一值時其正反應量使ICA翻轉，輸出變負，從而引起ICB輸出為正向三角波。由此周而復始。ICA的輸入偏置電壓和輸出飽和電壓將決定三角波的幅值。本電路中的三角形輸出幅值峰峰值為1V，并與地對稱。ICC為電壓跟隨器，100KΩ電位器提供可變的參考電壓，ICC輸出的參考電壓與ICB輸出的三角波電壓送比擬器。改變參考電壓可改變比擬器輸出脈沖的占空比，而且輸出脈沖頻率不變。調節(jié)P1可改變比擬器輸出脈沖頻率，R1的改變使積分器積分常數變化，但它并不改變輸出波形的占空比。3)、焊接情況及總結由于之前沒有接觸過電路焊接，缺乏電路焊接的經驗導致焊點較大。焊接好后拿去測試沒有成功，經檢查后發(fā)現遺漏的焊接一處，焊接好該處后再次拿去測試示波器顯示出了完整的方波。電子幸運轉盤1)、電路圖圖11電子幸運轉盤電路原理圖2)、根本原理電路主要由脈沖產生器和十進制計數器組成。脈沖產生器誘NE555及外圍元件構成多諧振蕩器，當按下按鍵S1時Q1導通，NE555的3腳輸出脈沖，那么CD4017的10個輸出端輪流輸出高電平驅動起哦只LED輪流發(fā)光。松開按鍵后，由于有電容C1的存在，Q1不會立即截止，隨著C1兩端電壓的下降，Q1的導通程序逐漸減弱，3腳輸出脈沖頻率變小，LED移動頻率也隨之變慢。最后當C1放電結束后。Q1截止，NE555的3腳不再輸出脈沖，LED停止移動。一次“開獎〞過程就這樣完成了。R2決定LED移動的速度，R1、C2決定等待“開獎〞的時間。3)、焊接情況及總結經過上一次的電路焊接練習，已經可以熟練掌握電路焊接。加上此次焊接的是印刷電路板不用設計電路圖，所以可以快速完成焊接實驗并成功實驗。3、收音機電路圖圖12收音機電路原理圖根本原理本機電路圖如圖12所示。由B1及C1-A組成的天線調諧回路感應出播送電臺的調幅信號，選出我們所需的電臺信號f1進入V1基極，本振信號調諧在高出f1一個中頻(465KHz)的f2進入V1發(fā)射極，由V1三極管進行變頻(或稱混頻)，在V1集電極回路通過B3選取出f2與f1的差頻(465KHz中頻)信號；中頻信號經V2和V3二級中頻放大,進入V4檢波管,檢出音頻信號經V5低頻放大和由V6、V7組成變壓器耦合功率放大器進行功率放大，推動揚聲器發(fā)聲。圖中D1、D2組成1.3V±0.1V穩(wěn)壓，提供變頻、一中放、二中放、低放的基極電壓，穩(wěn)定各級工作電流，保證整機靈敏度。V4發(fā)射結結用作檢波。R1、R4、R6、R10分別為V1、V2、V3、V5的工作點調整電阻，R11為V6、V7功放級的工作點調整電阻，R8為中放的AGC電阻，B3、B4、B5為中周，既是放大器的交流負載又是中頻選頻器，該機的靈敏度、選擇性等指標靠中頻放大器保證。B6、B7為音頻變壓器，起交流負載及阻抗匹配的作用。本機由3V直流電壓供電。為了提高功放的輸出功率，因此，3V直流電壓經濾波電容C15去耦濾波后，直接給低頻功率放大器供電。而前面各級電路是用3V直流電壓經過由R12、VD1、VD2組成的簡單穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后供電。目的是用來提高各級電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性。焊接情況及總結收音機的零件比擬多，焊接需要耐心和細心。有了前面兩個電路的焊接練習，收音機的焊接工作進行得比擬順利。雖然需要焊接的零器件比擬多但是經過自己的耐心焊接后還是挺容易就焊接出來了。將焊接好的收音機拿到外面接受信號時發(fā)現調補出電臺，經過老師的指導后，拿螺絲刀在真當線圈后面調節(jié)后可以聽到有然說話的聲音，雖然不是很清晰但是畢竟還是收到了電臺不枉環(huán)肥了一上午的時間在它身上。總結在這次課程設計中我遇到了這樣那樣的問題，理論知識的缺乏，沒有設計靈感，設計電路有缺陷，沒到達任務書要求，畫圖，排版，最讓我痛心的是第二天下午我做了一下午要存盤時竟然死機了！一下午的努力付之東流，我是欲哭無淚，晚飯都沒心情吃了，但等到最總設計完成時很快樂，設計中遇到的種種問題似乎倒成了我的美好回憶，一種成就感讓我在那一直傻笑，還有了一些體會：這次課程設計讓我很難忘，通過此次電子設計我明白了想要把所學的知識應用于