聲光控路燈控制系統(tǒng)設(shè)計

課程設(shè)計說明書課程設(shè)計名稱：模擬電路課程設(shè)計課程設(shè)計題目：聲光控路燈控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院名稱：信息工程學(xué)院專業(yè)：班級：學(xué)號：姓名：評分：教師：2011年月日摘要在學(xué)校、機關(guān)、廠礦企業(yè)等單位的公共場所以及居民區(qū)的公共樓道，長明燈現(xiàn)象十分普遍，這造成了能源的極大浪費。另外，由于頻繁開關(guān)或者人為因素，墻壁開關(guān)的損壞率很高，增大了維修量、浪費了資金。聲光控路燈那么無這種問題。本系統(tǒng)利用自制直流穩(wěn)壓電源供電，根據(jù)光敏電阻的阻值變化判斷光線強弱，用咪頭測聲音信號，LM324對信號進行放大和構(gòu)成比擬電路。由74LS08D的與門，實現(xiàn)對信號的篩選，從而對開關(guān)局部發(fā)出開啟或關(guān)閉的信號。繼電器控制驅(qū)動燈泡，由RC充放電路進行延時。通過對外界信號的選擇，聲光控路燈實現(xiàn)自動控制燈亮。僅當光線較暗并且有聲響時，路燈才會自動點亮，并延時20秒左右熄滅。聲光控路燈控制器可以自動實現(xiàn)人來燈亮，人走燈滅，既方便又實用。不僅節(jié)約了電能，而且能延長燈泡的使用壽命?？蓮V泛應(yīng)用于樓梯，走廊，衛(wèi)生間及生活小區(qū)等公共場所的照明控制。詞控制器經(jīng)濟實用，即使一般的腳步聲也能使燈泡發(fā)光照明。關(guān)鍵字：聲光控制LM324繼電器延時引言：隨著科學(xué)技術(shù)的開展以及人們對節(jié)能意識的增強，公共場所照明控制手段也將逐步更新，除現(xiàn)在已有的聲光控開關(guān)外，還有微波感應(yīng)開關(guān)和熱釋遠紅外感應(yīng)開關(guān)。目前，微波感應(yīng)開關(guān)的抗干擾性能尚不理想，紅外感應(yīng)開關(guān)在性能上較為理想，但安裝復(fù)雜，比擬嬌氣，價格也偏高，比擬適合在一些管理完善的場所如賓館、大飯店樓道及家庭走廊應(yīng)用，在普通住宅樓、辦公樓道等場所的照明控制考慮到價格、管理及安裝方便等因素，根據(jù)我國國情，可以預(yù)計在相當一段時期內(nèi)，聲光控路燈將是首選的主流產(chǎn)品。本次課題是聲光控路燈控制系統(tǒng)設(shè)計，此控路燈系統(tǒng)的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要有聲控電路，光控電路，延時電路，電源電路及其他電路。在設(shè)計此控制系統(tǒng)時，采用模塊化的設(shè)計思想，使設(shè)計起來更加簡單、容易、條理清晰。同時調(diào)試起來也更容易：可以先將各個板塊單獨進行調(diào)試，再匯總。這樣可以防止因為某個單一板塊做不出來而使整個系統(tǒng)的設(shè)計進程無法繼續(xù)。此電路是通過對外界信號的選擇而使燈泡亮的功能。利用自制直流穩(wěn)壓電源供電，根據(jù)光敏電阻的阻值變化判斷光線強弱，用話筒測聲音信號，LM324對信號進行放大，和構(gòu)成比擬電路，繼電器控制驅(qū)動燈泡。當有較強光時無論有無聲音都不會亮，無光或光很暗時有聲音會亮，無聲音那么不亮，延時時間是20秒。該聲光控路燈初步評測使用還比擬方便，應(yīng)用也相比照擬廣泛。該電路可應(yīng)用于商品房、公司等走道上，能滿足這些特定場合的需要，具有廣泛的應(yīng)用價值。第一章設(shè)計任務(wù)1.1設(shè)計任務(wù)及要求如下：1.=1\*GB3①光照度強〔白天〕路燈不點亮，光照度暗〔夜晚〕路燈可由聲音控制。=2\*GB3②有聲音是路燈點亮否那么不點亮。2．設(shè)計電路結(jié)構(gòu)，選擇電路元件，計算確定元件參數(shù)，畫出實用原理電路圖。3．自擬實驗方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，交指導(dǎo)教師審核。4.批準后，進實驗室進行組裝、調(diào)試，并測試其主要性能參數(shù)。第二章系統(tǒng)組成及工作原理2.1總體設(shè)計思路聲光控路燈主要是依據(jù)光控原理和聲控原理來設(shè)計的。利用光控電路可以根據(jù)光線的亮暗條件控制燈的使用。光控電路是由光敏電阻和普通電阻組成。聲控電路是為完善光控路燈而設(shè)計。在不同時段、不同的地點使用燈的機率也不同，聲控可進一步節(jié)約能源。整個電路由電源電路，聲控電路，光控電路及延時電路等局部組成。電源由電網(wǎng)供電電壓交流220V(有效值)50Hz，經(jīng)降壓整流后輸出電路所需電壓。光控電路對外界光亮程度進行檢測，輸出與光電程度相對應(yīng)的電壓信號。從而實現(xiàn)白天燈泡不亮晚上遇到聲響時，通過聲控電路使燈泡自動點亮，聲控電路主要將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，從而要實現(xiàn)自動控制，延時電路聲音消失后延長一段光照時間?？傮w方框圖如圖2.1所示。電源局部電源局部光控局部聲控局部綜合邏輯控制電路開關(guān)及延時局部圖2.1聲光控路燈原理組成方框圖2.2電路各模塊設(shè)計簡介2.2.1光控電路圖2-2光控電路為光信號采集電路，負責給邏輯電路提供環(huán)境中光的信息。利用光敏電阻對光的強度程不同阻值特性，使電路輸出與光電信號相對應(yīng)的電壓信號。從而實現(xiàn)光控目的。圖2-2光控電路2.2.2聲控電路如圖2-3聲控電路為聲音信號采集電路，主要負責給邏輯電路提供環(huán)境中的聲音信號。光控的根底上，通過咪頭對聲音的檢測，使電路輸出與聲音相對應(yīng)的電壓值。通過邏輯電路，在夜晚有人經(jīng)過時路燈點亮并在聲音消失后一段時間后熄滅。圖2-3聲控電路2.2.3邏輯控制電路如圖2-4用于對聲音及光信號的綜合處理，運用74LS08D的與門，實現(xiàn)對信號的篩選。從而對開關(guān)局部發(fā)出開啟或關(guān)閉的信號。實現(xiàn)對光及聲音信號的綜合反映，實現(xiàn)智能省電。圖2-4邏輯控制電路2.2.4延時電路延時電路的作用是在燈亮之后延時20S然后控制燈自動熄滅，從而到達節(jié)約電能延長使用壽命的目的。如圖2.4所示，由前一級電路輸入鼓勵，通過RC充放電到達延時的目的。通過比擬器輸出的電壓使三極管導(dǎo)通或截止，從而使繼電器工作控制燈泡開關(guān)。圖2.4延時電路2.2.5電源電路電源模塊是聲光控路燈系統(tǒng)中不可缺少的一局部，也是保證系統(tǒng)穩(wěn)定平安工作的前提。本次設(shè)計的電源電路如圖2.5所示：電網(wǎng)提供交流電壓220V，流經(jīng)的變壓器輸入電路。交流電壓經(jīng)過橋路，使交流電壓變成脈動的直流電壓。濾波電容C3使電壓的脈動越小，輸出電壓平均值越大。LM317為可調(diào)式三端穩(wěn)壓器，在電網(wǎng)電壓波動和負載變化時，利用自身調(diào)整原理，使輸出電壓非常穩(wěn)定。通過調(diào)節(jié)變阻器R1，使R3與R1的比值改變從而到達調(diào)節(jié)電壓的目的。圖2.5電源電路第三章系統(tǒng)中電源模塊的設(shè)計3.1方案比擬和確定直流電源按原理分為線性電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源兩種，線性電源通過改變調(diào)整元件控制信號的強弱來調(diào)節(jié)其等效阻值，從而穩(wěn)定輸出電壓。其特點是：紋波系數(shù)小，但效率低，一般適用于小功率的電子電路。開關(guān)型穩(wěn)壓電源通過改變開關(guān)管的導(dǎo)通時間，得到穩(wěn)定的電壓輸出，其特點是紋波系數(shù)大，電磁兼容性差，效率高，過載能力強，一般適用于大功率或者要求效率高的場合。由于本實驗只需要較小功率，且對效率也無特殊要求，因此選擇較為簡單的線性電源。在線性穩(wěn)壓電路中，有串聯(lián)型穩(wěn)壓電路與集成線性穩(wěn)壓電路。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖3.1所示，它由調(diào)整管，基準電壓電路，取樣電路和比擬放大電路組成。調(diào)整管的壓降總與輸出電壓的變化方向相反，起著調(diào)整的作用；而放大環(huán)節(jié)使電壓負反應(yīng)加深，故調(diào)整的結(jié)果使U0的變化很小。從理論上講，放大電路的放大倍數(shù)越大，負反應(yīng)越深，輸出電壓的穩(wěn)定性越好。但是當負反應(yīng)越強時，可能產(chǎn)生自激振蕩，需消振才能正常工作。集成穩(wěn)壓線性電路如圖3.2所示，經(jīng)整流濾波后的直流電壓Ui接在輸入端，在輸出端便可得到穩(wěn)定的輸出電壓U0。Ci用于抵消電感效應(yīng)，C0用于改善負載瞬間響應(yīng)。RP1與R1的比值改變可以調(diào)節(jié)輸出電壓的值。圖中所用到的集成穩(wěn)壓器是隨半導(dǎo)體集成技術(shù)的開展應(yīng)運而生的。具有體積小，可靠性高，使用靈活，溫度特性好的優(yōu)點。比照兩個電路圖，考慮到操作簡單，技術(shù)要求等問題，發(fā)現(xiàn)集成線性穩(wěn)壓電路更適合此設(shè)計。圖3.1串聯(lián)型穩(wěn)壓電路圖圖3.2集成線性穩(wěn)壓電路圖3.2設(shè)計思路〔1〕電網(wǎng)供電電壓交流220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓?！?〕降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大〔即脈動大〕。〔3〕脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保存其直流成份。〔4〕濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到根本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供應(yīng)負載RL。3.3直流穩(wěn)壓電源原理直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成，見圖3.3。圖3.3直流穩(wěn)壓電源方框圖圖3.3直流穩(wěn)壓電源方框圖其中：〔1〕電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定?！?〕整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電?？捎肳08橋堆。〔3〕濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大局部加以濾除，從而得到比擬平滑的直流電壓。〔4〕穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負載的變化而變化。整流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖3.4所示。在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負半周內(nèi)，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2截止。正負半周內(nèi)部都有電流流過的負載電阻RL，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖3.5所示。圖3.4整流電路圖3.4整流電路圖3.5輸出波形在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半。在設(shè)計中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點，將電容器和負載電容并聯(lián)或電容器與負載電阻串聯(lián)，以到達使輸出波形根本平滑的目的。穩(wěn)壓電路可選集成三端穩(wěn)壓器電路?？傮w原理電路見圖3.6。圖3.6穩(wěn)壓電路原理圖圖3.6穩(wěn)壓電路原理圖3.4參數(shù)選擇〔1〕根據(jù)設(shè)計所要求的性能指標，選擇集成三端穩(wěn)壓器。因為要求輸出電壓可調(diào)，所以選擇三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器。可調(diào)式集成穩(wěn)壓器，常見主要有CW317、CW337、LM317、LM337。317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，可調(diào)范圍為1.2V~37V，最大輸出電流為1.5A。穩(wěn)壓內(nèi)部含有過流、過熱保護電路，具有平安可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點。其電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構(gòu)成的可調(diào)電壓穩(wěn)壓電源。LM317系列管腳圖和典型電路如圖3.7.圖圖3.7LM317管腳圖與典型電路輸出電壓表達式為：〔式3.4.1〕式3.4.1中，1.25是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調(diào)整端之間的固有參考電壓，此電壓加于給定電阻R1兩端，將產(chǎn)生一個恒定電流通過輸出電壓調(diào)節(jié)電位器RP1，電阻R1常取值200?，RP1取5K?。由上式可得U在1.25V~32.5V之間LM317其特性參數(shù)：輸出電壓可調(diào)范圍：1.2V～37V輸出負載電流：1.5A輸入與輸出工作壓差ΔU=Ui-U：3～40V能滿足設(shè)計要求,應(yīng)選用LM317組成穩(wěn)壓電路?！?〕選擇電源變壓器確定副邊電壓U2:根據(jù)性能指標要求：Uomin=2VUomax=12V又∵Ui-Uomax≥(Ui-Uo)min〔式3.4.2〕Ui-Uoi≤(Ui-Uo)max〔式3.4.3〕其中：〔Ui-Uoin〕min=3V，(Ui-Uo)max=40V∴5V≤Ui≤42V此范圍中可任選：Ui=10V=Uo1根據(jù)Uo1=(1.1～1.2)U2〔式3.4.4〕可得變壓的副邊電壓：12V因此可選220V—12V的變壓器〔3〕濾波電路中濾波電容的選擇濾波電容的大小可用式〔式3.4.5〕求得。1〕求ΔUi:根據(jù)穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)的定義：可設(shè)ΔUo≤15mV，SV≤0.003〔式3.4.6〕Uo=2V～12VUi=10V代入上式，那么可求得ΔUi2〕濾波電容C設(shè)定Io=Iomax=0.8A，t=0.01S那么可求得C=470uf電路中濾波電容承受的最高電壓為17V，所以所選電容器的耐壓應(yīng)大于17V。〔4〕抑高頻電容C0的選擇由于大容量電解電容有一定的繞制分布電感，易引起自激震蕩，形成高頻干擾，所以穩(wěn)壓器的輸入、輸出端常并入瓷介質(zhì)小容量電容用來抵消電感效應(yīng)，抑制高頻干擾。一般電路中接上1uf的電容即可。3.5仿真圖利用Multisim軟件進行仿真，考慮到實際變阻器的調(diào)節(jié)，取兩組數(shù)據(jù)。將變阻器分別滑到0%和100%，分別記下兩組數(shù)據(jù)的圖形及數(shù)據(jù)。圖3.8為變阻器調(diào)到0%的時刻，輸出電壓為最小值1.254V。圖3.9為變阻器調(diào)到100%的時刻，輸出電壓為最大值32.962V。根據(jù)理論計算公式可知，在變阻器調(diào)到0%的時刻，理論值為1.25V；在變阻器調(diào)到100%的時刻，理論值為32.5V。仿真結(jié)果與理論計算特別接近，因此該電源滿足設(shè)計需求。圖3.8變阻器調(diào)到0%圖3.9變阻器調(diào)到100%第四章電源電路的調(diào)試4.1電路的焊接應(yīng)注意的事項：1.先裝矮后裝高、先裝小后裝大、先裝再焊等等；2.布線盡量使電源線和地線靠近實驗電路板的周邊，以起一定的屏蔽作用；3.最好分模塊安裝。此外焊接時不能出現(xiàn)虛焊、假焊、漏焊，更不能出現(xiàn)過焊，因為有些器件，不能耐高溫，比方焊接三極管時，電烙鐵絕對不能停留太久。4.按照原理圖焊接時必須要保證可靠接地。4.2電路的調(diào)試電源電路的調(diào)試較為簡單，接入220V，50HZ的交變電流后，電源指示燈亮，表示接通。用萬用表的紅黑表筆分別接引出的輸出導(dǎo)線，測量兩端電壓。將變阻器調(diào)到100%，那么輸出最小電壓，理論值是1.25V,仿真所得值為1.254V，實際測得值為1.12V。將變阻器調(diào)到100%，理論上應(yīng)輸出32.5V,仿真所得值為32.962V，實際測得值為31.3V。實際值與理論值在可接受的誤差范圍內(nèi)，因此電源較為合格，滿足實驗要求。本實驗中各模塊所需值為7V,調(diào)節(jié)電位器同時看萬用表的示數(shù)，調(diào)到輸出值為7V的位置即可。第五章系統(tǒng)調(diào)試5.1調(diào)試將五個模塊連接好，附上電源。用手遮住光敏電阻，使光敏電阻接收不到光線或者僅接受很弱光線，用手敲咪頭〔由于庫房限制，咪頭對聲音的敏感度不是很強，因此用手直接在上面敲制造聲音〕，如果燈泡亮，且持續(xù)亮了20秒鐘，那么說明實驗到達了預(yù)期效果。假設(shè)燈泡沒有亮，那么用示波器逐個檢測信號，再檢查是否存在虛焊的問題。直到到達實驗預(yù)期效果。調(diào)試過程中如果發(fā)現(xiàn)電路不是怎么靈敏，可以調(diào)節(jié)聲音檢測放大系統(tǒng)的電位器，增加它的靈敏度。在調(diào)試電路開始，燈泡一直不亮。檢查電板電路上的元件，發(fā)現(xiàn)有塊芯片燒壞了，換了一塊芯片。繼續(xù)調(diào)試還是存在問題，電路出現(xiàn)了不穩(wěn)定的狀態(tài)，主要是燈時亮時不亮，最后發(fā)現(xiàn)是由于電源線虛焊了導(dǎo)致電路的時好時壞，經(jīng)過重新檢查和焊接，問題的得到解決。5.2結(jié)論聲光控路燈控制系統(tǒng)是一種聲音和光照雙控照明燈，它可以用于樓梯、街道等經(jīng)常有路人卻又不確定時候出現(xiàn)的場合。與一般路燈不同的是，聲光控路燈僅在光線較暗并且有聲音的情況下才控制電路接通，使燈亮。從而到達人來燈亮，延長一小段時間后燈熄。因而比無此控制系統(tǒng)的路燈更節(jié)能，使用壽命也相對較長。本系統(tǒng)由五個局部組成。電源局部通過對電網(wǎng)電壓的整流濾波輸出穩(wěn)定的直流電壓，給整個電路供電。聲控電路通過咪頭檢測到聲音，將聲音的變化