声光双控开关设计.docx
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声光双控开关设计
东北石油大学
课程设计
课程电子技术课程设计
题目声光双控开关设计
院系电气信息工程学院自动化系
专业班级自动化08-11班
学生姓名张晶
学生学号080601141102
指导教师任爽李宏玉
2010年7月9日
东北石油大学课程设计任务书
课程电子技术课程设计
题目声光双控开关设计
专业自动化姓名张晶学号080601141102
主要内容：
根据设计要求，主要介绍的是关于声光控的电路设计。
声光控是通过光敏电阻来实现的，整个电路由电源电路，放大电路，处理电路（声控电路、光控电路）及延时电路等部分组成。
电源由太阳能电池供电，光敏控电路对外界光亮程度进行检测，输出与光亮程度相对应的电压信号。
基本要求：
1.该开关白天不导通，晚上一有声响便自动导通，且声音消除后仍能导通一段时间。
2.保持导通的时间可在1~10min（分）内持续导通。
3.该开关适用于人们活动时能发出声响的场合，保证人们在光亮条件下活动。
主要参考资料：
[1]康光华.电子技术基础数字部分[M].北京：
高等教育出版社，1995
[2]童师白.模拟电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2004
[3]华成英.电子技术[M].北京：
中央广播电视大学出版社，1996
[4]杨旭东等.实用电子电路精选[M].北京：
化学工业出版社，1989
[5]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：
高等教育出版社，1997
完成期限2010.7.5——2010.7.11
指导教师任爽李宏玉
专业负责人
2010年7月4
目录
1任务和要求1
2总体方案设计与选择1
2.1方案一1
2.2方案二2
2.3方案设计比较2
3电路原理图3
4单元电路设计与分析4
4.1电源设计4
4.2信号放大整形设计5
4.3延时处理电路单稳态电路的设计6
5所需元件清单7
6安装与调试8
6.1调试原则8
6.2调试方法和步骤8
7设计总结8
参考文献10
1任务和要求
（1）任务：
画出声控开关的设计图及原理图，计算主要元器件的参数，并选择元器件。
（2）基本要求：
Ø该开关白天不导通；晚上，一有声响便自动导通，且声音消除后仍能导通一段时间。
Ø保持导通的时间可在1~10min（分）内持续导通。
Ø该开关适用于人们活动时能发出声响的场合，保证人们在光亮条件下活动。
2总体方案设计与选择
2.1方案一
电路简述：
本电路为一声光自动控制白炽灯开关。
白天或夜晚光线较亮时，光控部分将开关自动关断，声控部分不起作用。
电路主要由555集成电路和声控专用集成电路BH—SK-1组成。
原理框图如下图1所示。
dian
白天或夜晚光线较亮时，光控部分将开关自动关断，声控部分不起作用。
设计一个既实用又方便的照明灯则是我们人类共同的愿望。
而生活中我们用的最为平常的灯则是楼道里的照明灯，住过居民楼的人都应该知道，楼道很窄，晚上行走很不方便，如果让楼道的照明灯一直亮着，则难免会浪费国家资源，因此设计一种既不浪费国家电力又很方便实用的照明灯系统是很有实用价值意义的一件事。
当光线较暗时，光控部分将开关自动打开，负载电路的通断受控于声控部分。
电路是否接通，取决于声音信号强度。
当声强达到一定程度时，电路自动接通，点亮白炽灯，并开始延时，延时时间到，开关自动关断，等待下一次声音信号触发。
2.2方案二
声光控是通过光敏电阻来实现的，当光敏电阻在背光的的时候灯就会慢慢的熄灭，即这时也是人走过了的时候。
在有的电路中这种原理也可以通过声音的振动来实现，当人走过是只需用手轻拍一下灯就会自动的亮，人离开后又熄灭。
这样就给路人提供了相应的方便，同时，也达到了节电和节能的目的；延长灯的寿命。
在实际生活中节电节能，能够实现更多的自动化。
原理框图如下图2所示。
声源产生的声音信号，经声电转换器后转换成微弱的电信号，该信号经放大后送处理器处理，处理器将幅度、频率不尽相同的一群声波信号转换成一次状态改变的控制信号，该信号经延时处理电路达到设计要求时间与设计要求功能，经执行机构直接控制负载动作，处理电路如下图3所示。
输入输出输入
输出
图3处理电路图
2.3方案设计比较
整流电路采用桥式整流电路，二极管稳压电路加上滤波电容。
可控硅开关起开关作用，非常重要，由这个开关去控制整流电路的工作与否，从而控制灯的亮和熄。
稳压电路需8.2V稳定电压，并要求不高所以我们采用它。
话筒放大为实现声控功能，要设制话筒放大电路，主要是由话筒拾音电路（就是把声音信号变为电信号电路，由于声音微小，所以加放大电路）和放大电路组成。
音频放大电路因话筒输出的音频信号小，不能满足检波的需要，设制二极管音频放大电路，倍数几千上万倍。
延迟电路在灯点亮时需要有延迟，检波输出直流电压通过延迟电路是电压消失，保持一段时间，所保持时间的长短由延迟电路的参数决定，实际上延迟电路由RC电路组成，时间常数τ=RC，这是可控制电压。
控制电路是控制可控硅栅极的开关电路，它的输入由延时端的延时电路送来的电压控制，输出控制可控硅的导通情况。
方案一和方案二的原理基本相同，但考虑到电源的稳压性能，和器材的价格，觉得方案二比较适合。
3电路原理图
电路简述
本电路为一声光自动控制白炽灯开关。
白天或夜晚光线较亮时，光控部分将开关自动关断，声控部分不起作用。
电路主要由555集成电路组成。
白天或夜晚光线较亮时，光控部分将开关自动关断，声控部分不起作用。
当光线较暗时，光控部分将开关自动打开，负载电路的通断受控于声控部分。
电路是否接通，取决于声音信号强度。
当声强达到一定程度时，电路自动接通，点亮白炽灯，并开始延时，延时时间到，开关自动关断，等待下一次声音信号触发。
电路原理图如图4所示。
光控延时开关就是用声音来控制开关的“开启”，若干分钟后延时开关“自动关闭”。
因此，整个电路的功能就是将声音信号处理后．变为电子开关的开关动作。
学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道，长明灯现象十分普遍，这造成了能源的极大浪费。
用到了高频振荡器，价格比较高，虽然探测的效果比较好，但是制作起来比较麻烦，不适合作为课程设计的选择。
设计思路明确，结构合理，方案易于实现，但探测的距离过小，不能满足课题要求。
电阻采用卧装，电容采用直立装，紧贴电路板，焊接有极性的元件如电解电容、话筒、整流二极管、三极管、单向可控硅等元件时千万不要装反，注意极性的正确。
即自动回零电路，其作用是对变化缓慢的直流信号进行抑制，而对变化较快的金属探测信号进行100倍放大，从而在一定程度上抑制了土壤效应。
同时，为了加强我们对模拟电子技术、数字电子技术的理解和巩固，一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便、使用寿命长的声光双控白炽灯节能照明灯。
明确了电路的信号流向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元。
由此可画出图5所示的方框图。
采用分分离元件的声控延时电路，其电路原理图如下图所示方框原理图说明：
220V的灯充电直接整流。
在输入端串联25W灯泡，输出端接可控硅（负载）供电电路稳压电路，稳压电路是给话筒放大，音频放大等提供8.2V直流电，话筒放大，可以把声音信号转换为电信号并放大，然后，经过音频放大器使信号达到足够大；检波音频信号的正半周，即：
把音频信号转换为直流信号。
经过延时电路以后送到控制电路，由控制电路去控制可控硅，若可控硅断开，则整流电路负载断开，若导通，则整流电路负载导通。
光敏控制电路把光照变成电信号，从而去控制音频信号往后边输送情况。
可见：
本电路灯泡要受可控硅的控制，可控硅受话筒取得的音频信号和光敏电阻的控制，从而可以实现声控和光控；灯亮的时间由延时电路的时间长度决定。
4单元电路设计与分析
4.1电源设计
电源电路的种类繁多，如变压器降压；桥式整流全波整流；Lc、Rc滤波；三端稳压器稳压等。
具体采用什么电路合适，则根据主体电路及执行机构不同和可靠、价廉、有效益等要求进行选用。
电源的设计结构如下图6所示。
降压稳流部分由R1C1、全桥QD和滤波电容C2组成，DW稳压后得到+9V的电压，为电灯控制电路提供了工作电压。
如下图7所示。
4.2信号放大整形设计
一般放大电路中将电路中的各种影响因素进行了理想化，但是在实际电路中，电源外接的电阻器、电源的电压也会随着时间和温度的变化而变化。
所以引入放大电路目的是放大为小信号。
然而放大电路实现方法很多，除分立器件实现之外，还可采用运放，也可采用门电路等来实现。
本系统放大整形电路设计结构如下图8所示。
拾音器采用电压蜂鸣器HTD35—14他的压电效应，既当有音响作用到压点陶瓷片上时，声震导致的绕曲变形就会产生相应的电效应。
在电源设计中要根据其主体电路及执行机构不同，要求可靠，价廉，有效益。
由于此开关在光线较暗时是否接通取决于声音的强弱，因此为加强其工作效应，设计了信号放大整形电路，微弱的信号经过此电路加工也能使开关工作。
由于声\电效应较小，设计了VT1，VT2，直耦式音频放大器，将信号放大，并由D2，D3，C7倍压整流再经T3倒相放大，触发单稳态电路。
4.3延时处理电路单稳态电路的设计
555定时器是一种将数字功能和模拟功能集为一体的中规模集成电路。
它的结构比较简单，使用却非常灵活，也很方便，可以用它构成多谐波振荡器、施密特触发器和施密特触发器等。
用555定时器构成的各种电路，都是通过定时控制，实现信号的产生与变换，从而完成其他控制功能。
定时器555和R9、C8、VT4、VT5等组成光控单稳态电路。
所谓光控就是利用光敏三极管对不同光照呈现的阻抗不同，对时基电路555的四脚进行高低电平的控制，或处于等待触发状态，或处于强制复位状态。
白天光照VT5呈低阻，VT2正偏置而饱和倒通。
其集电极电位，即定时器555的4脚被钳制在0.3V左右，从而是555处于强制复位状态，此时不管2脚有多大的触发电平，定时器555均不会翻转置位。
先将焊好的电路板对照电路图认真核对一遍，不要有错焊、漏焊、短路等现象发生。
通电后，人体不允许接触电路板的任一部分，防止触电，注意安全。
如用万用表检测时，将万需表两表笔接触电路板相应处即可。
可控硅不会触发倒通，电灯无电不亮。
夜晚光暗，此时VT5呈高阻而截止，VT4无偏置电流，呈截止状态。
用555定时器连接成施密特触发器，端2和端6接在一起作为输入信号，5端和8端接接直流电源，4端接电容，即可得到施密特触发器。
为了提高其稳定性长在4端接0.01
左右的电容。
由原来的低电平变为高电平（约+8.5V），经R3限流后触发双向可控硅SCR并倒通，电灯H得电点亮。
电灯点亮的时间即单稳态电路触发后高电平持续的时间（稳态时间），他取决于单稳态电路的时间常数，其大小为，
Td=1.1*R9*C8
延时处理单稳态电路图示电路的单稳态时间为120s，即电灯点亮后2分钟熄灭。
本电路装配无须调试，制作的产品检查好后，确定没有问题的基础上才拿去通电实验，以免出现故障。
但元器件的选择很重要，采用声控专用集成电路，则结构简单、工作稳定可靠。
这是因为巧妙地利用了集成电路的内部结构，使它具有延时功能，拾音器的选用直径较大的压电陶瓷片，HTD35A-1,目的是拾取教多的声压，他的谐振频率较低2.8Kh，对淬发的声音声压较好。
V1管选用C485，β的值不少于150倍。
光敏三极管VT5选用暗电流Id较小,光电流Ic较大3UD，降压电容选用耐压400V以上的金属化纸介电容器，全桥整流的QD的反向击穿电压选用1A300V以上的器件，以确保安全。
延时处理电路如下图9所示。
5所需元件清单
表1所需元件信息表
元器件名称
数量
备注
555定时器
1
全桥电路QD
1
HTD35A-1
1
C1
1
0.47μF
C2
1
220μF
C3
1
47μF
C4
1
4.7μF
C5
1
10μF
C6
1
10μF
C7
1
0.68μF
C8
1
100μF
C9
1
0.01μF
NPN
5
光敏三极管VT5
1
二极管
3
电阻
11
R1（560kΩ），R2（200kΩ），R3（300kΩ），R4（430kΩ），
R5（4.3kΩ），R6（2.7kΩ），R8（5.6kΩ），R9（1.1MΩ），
R10（22kΩ），R11（20kΩ）
对照元件清单买到电子元器件后，首先对照材料清单将各材料认真清点一遍，并用万用表粗略地（因出厂前已测量过）测量一下各元件，做到心中有数。
焊接时注意先焊接无极性的阻容元件，电阻采用卧装，电容采用直立装，紧贴电路板，焊接有极性的元件如电解电容、话筒、整流二极管、三极管、单向可控硅等元件时千万不要装反，注意极性的正确。
否则电路不能正常工作甚至烧毁元器件。
调试前，先将焊好的电路板对照电路图认真核对一遍，不要有错焊、漏焊、短路等现象发生。
通电后，人体不允许接触电路板的任一部分，防止触电，注意安全。
如用万用表检测时，将万需表两表笔接触电路板相应处即可。
本电路调试时请先将光敏电阻的光挡住，将AB分别接在电灯的开关位上，用手轻拍驻极体，这时灯应亮，若用光照射光敏电阻，再用手重拍驻极体，这时灯不亮。
说明光敏电阻完好，这时表示制作成功。
若不成功请仔细检查有无虚假错焊和拖锡短路现象。
6安装与调试
6.1调试原则
主要是通过实验来调试，将制作的产品检查好后，确定没有问题的基础上才拿去通电实验，以免出现故障。
在通电实验中，首先是将产品的导线与测试中的导线相连接，在开电源前，要用非金属的东西将光敏电阻挡住，让其背光，然后在打开电源；灯亮一会儿后，再将遮挡物拿开。
产品失败的表现：
如过在实验过程灯不亮或者是亮的时间过于长，不熄灭，则表明该实验失败，产品制造不成功。
6.2调试方法和步骤
1.方法：
主要是通过改变电阻和电容的值来进行调节。
2.步骤：
（1）初步检查电路板，看是否有元件没有焊完，位置是否正确；
（2）在上一步的基础上，如果没有问题，就观察是不是元件的正负极接反，元件的参数是否正确。
（3）如果是元件的参数出现了问题，则根据故障来决定是将元件调小还是加大。
（4）还要注意观察话筒和光敏电阻的位置是不是达到要求的位置，是否有被挡住。
7设计总结
我做的课题是“声光控制开关”。
这是一种声音和光照双控照明灯，它可以用于楼梯、过道、库房的场合。
白天光照好，不管过路者发出多大声音，都不会是灯泡发亮。
夜晚光暗，电路的拾音器只要检测到有碎发声响，就会自动亮为行人照明，过几分钟后又自动熄灭，节能节点。
在电源设计中要根据其主体电路及执行机构不同，要求可靠，价廉，有效益。
由于此开关在光线较暗时是否接通取决于声音的强弱，因此为加强其工作效应，设计了信号放大整形电路，微弱的信号经过此电路加工也能使开关工作。
本次的声光控制开关的设计实践将我们学到的知识应用到了实践，深化了对数字电路设计、和模拟电子设计的认识，通常的声控开关，多是由分立元件组成，其缺点是元件较多，组装与调试都较麻烦。
如果采用声控专用集成电路，则结构简单、工作稳定可靠。
这是因为巧妙地利用了集成电路的内部结构，使它具有延时功能，只要拍一下手掌或喊一声，电灯就会立即点亮，经一段时间后电灯便自行熄灭，适于楼梯过道等处安装，有利于节约用电。
参考文献
[1]康光华.电子技术基础数字部分[M].北京：
高等教育出版社，1995
[2]童师白.模拟电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2004
[3]华成英.电子技术[M].北京：
中央广播电视大学出版社，1996
[4]杨旭东等.实用电子电路精选[M].北京：
化学工业出版社，1989
[5]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：
高等教育出版社，1997
[6]陈梓城.电子技术实训[M].北京：
机械工业出版社，2002
[7]王振宇.实验电子技术.北京：
电子工业出版社，2004
[8]陈彭.电子技术[M].长沙：
湖南大学出版社，2004
东北石油大学课程设计成绩评价表
课程名称
电子技术课程设计
题目名称
声光双控开关的设计
学生姓名
张晶
学号
080601141102
指导教
师姓名
任爽
李宏玉
职称
讲师
讲师
序号
评价项目
指标
满分
评分
1
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。
20
2
课程设计质量
课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。
45
3
创新
工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。
5
4
答辩
能正确回答指导教师所提出的问题。
30
总分
评语：
指导教师：
年月日
升级会员 