毕业设计声控音乐彩灯控制器的设计与制作.docx
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毕业设计声控音乐彩灯控制器的设计与制作
毕业设计---声控音乐彩灯控制器的设计与制作
声控音乐彩灯控制器的设计与制作
摘要
当您在欣赏音乐时，若能伴随着乐曲的旋律，彩灯同步闪烁变换，不仅能增添欢乐的气氛，是一种美的享受。
电路简单，成本低，尤其是适合家庭或工作单位节日欢聚之用，增加节日的欢快气氛。
本次设计运用声控电路的原理，声控电路是指以击掌声,口哨声,敲击物体声以及走步声等声响来控制电路开、关的电路。
本设计给出了声控音乐彩灯控制器的方案设计，还对元器件的构成及功能进行了较为详细的分析，运用protel软件，绘制了电路图，并完成了PCB设计。
最终通过电路板的焊接与调试后制作出来了实物。
关键词:
声控电路，音乐彩灯，控制器
Sonicmusiclightscontrollerdesignandproduction
Author:
Adilai
Tutor:
Tanghailing
Abstract
Whenyouenjoymusic,ifcanwithmusicmelody,flashinglightssynchronization,notonlycanaddjoychangetheatmosphere,itisakindofbeautifulenjoyment.Circuitissimple,lowcost,especiallysuitableforhomeorworktogetherwith,theunitfestivalholidaylivelyatmosphereincrease.
Thedesignprincipleofusingsoniccircuits,soniccircuitsreferstostrikeapplause,whistles,percussivesoundandsoundtostopsuchobjectsnoisecontrolcircuitopeningorclosingthecircuit.Thisdesigngivesmusiclightscontrollerschemesonicdesign,butalsothecompositionandfunctionofcomponentsforamoredetailedanalysis,useofprotelsoftware,mappedthecircuitdiagram,andfinishedPCBdesign.Eventuallytheweldinganddebuggingbycircuitafterproducedreal.
Keywords:
Soniccircuits,musiclights,controller
黄河科技学院毕业设计说明第III页
1绪论...............................................................................................................................12声控音乐彩灯控制器控制器的方案设计.......................................................................2
2.1声控电路的原理.......................................................................................................2
2.2声控音乐彩灯控制器的电路设计............................................................................2
2.2.1设计思路........................................................................................................2
2.2.2电路设计........................................................................................................33元器件构成及功能分析..................................................................................................4
3.1单向可控硅...............................................................................................................4
3.1.1晶闸管（SCR）..................................................................................................4
3.1.2普通晶闸管的结构和工作原理..................................................................4
3.2光耦.........................................................................................................................6
3.2.1光耦定义和工作原理.....................................................................................6
3.2.2光耦的结构与种类........................................................................................8
3.3半导体二极管.........................................................................................................10
3.3.1二极管的定义和分类...................................................................................10
3.3.2整流二极管..................................................................................................10
3.3.3开关二极管..................................................................................................11
3.4扬声器....................................................................................................................12
3.4.1扬声器定义和分类......................................................................................12
3.4.2扬声器的工作原理......................................................................................124制作PCB板及电路板..................................................................................................14
4.1制作PCB板...........................................................................................................14
4.2制作电路板.............................................................................................................155电路板的焊接与调试....................................................................................................16
5.1元器件焊接.............................................................................................................16
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5.2电路调试................................................................................................................17结论...................................................................................................................................19致谢.................................................................................................................................20参考文献.............................................................................................................................21附录.................................................................................................................................22
声控音乐彩灯控制器电路原理图.................................................................22附录A
附录B声控音乐彩灯控制器电路PCB板图.............................................................23
附录C原器件清单表.................................................................................................24
1绪论
近年来，随着人们生活水平的较大提高，人们对于物质生活的要求也在逐渐提高，不光是对各种各样的生活电器的需要，也开始在环境的幽雅方面有了更高的要求。
比如日光灯已经不能满足于我们的需要，彩灯的运用已经遍布于人们的生活中，从歌舞厅到卡拉OK包房，从节日的祝贺到日常生活中的点缀。
这些不紧说明了我们对生活的要求有了质的飞跃，也说明科技在现实运用中有了较大的发展。
声控以音乐彩灯能使彩灯随着音乐节奏的起伏有规律地闪烁，起到美化环境，烘托气氛的作用。
它可用来装饰各种室内厅堂，如新房，舞厅，展览室，餐厅、文艺场及广告等。
五彩缤纷的灯光，随着音乐或其它声响而有节奏地跳动，尤其在婚礼等喜庆场面更能增添欢乐的气氛。
声控音乐彩灯控制器中的声控器还可以进行各种灯光的控制，可任意扩大灯泡数，也可用于舞台灯光控制等。
该控制器可用于音乐彩灯.音乐喷泉.电风扇模拟自然风等方面的控制.其工作方式可分为内.外部音源控制.外部音源是自然环境中的音乐或人们的声音对电路进行控制,内部音源则由本身的音乐集成电路产生并对电路进行控制.该控制器使用非常方便.而且十分有趣。
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2声控音乐彩灯控制器控制器的方案设计2.1声控电路的原理
声控电路是指以击掌声,口哨声,敲击物体声以及走步声等声响来控制电路开、关的电路。
它的特点是不需要设专门的控制发送设备，因此使用灵活,方便,结构简单、成本低。
声控电路的接收部分由声电转换、电压放大,开关控制,执行电路和电源供给五部分组成。
下面对各部分进行介绍。
1、声电转换
声音信号不能直接使电路开或关，必须把信号通过转换元件变为电信号，并加以放大，才能控制电路的开或关，常用的声电转换元件有:
压电陶瓷片（压电峰呜器），驻极体话筒（驻极体电容传声器）和永磁扬声器。
2、电压放大
声—电转换元件把接收到的声信号变为电压信号，但这时的电压信号及其微弱，不能用开关的控制，必须加以放大。
常用的放大形式有;复合体管式，晶体管直接耦合式和集成电路式等。
3、开关控制
开关控制部分的作用是:
当接收到控制信号后能使电路开启或关闭，在信号消失后能保持这种开或关的控制状态这种不变，即所谓的记忆功能。
具体这种功能的电路称为双稳态触发电路。
有晶体管双稳态电路和集成双稳态电路。
4、执行电路
执行电路一般有两种:
一种是由晶体管开关电路驱动继电器通过继电器的触点去接通或断开电源电路;另一种是由晶体管开关电路产生的脉冲，触发可控硅的导通或截止。
2.2声控音乐彩灯控制器的电路设计
2.2.1设计思路
本次设计的思路，见图2.2.1所示。
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2.2.1设计思路框图
信号生成及放大电路由话筒担任着声电换能器，电压放大电路是由三极管，光耦，可控硅组成，彩灯控制电路主要由单项晶闸管SCR组成。
控制电路为彩灯电路提供高低控制电平，使彩灯逐亮逐灭。
2.2.2电路设计
本次设计的声控音乐彩灯控制器的原理，如图2.2.2所示。
图2.2.2声控音乐彩灯控制器电路图
声控音乐彩灯控制器的电路如图2.2.2，R1，VD,VS和C1组成稳压源。
220V交流电经R1限流、VD整流、VS稳压和C1滤波后输出约15V稳定的电压供SCR的控制回路用。
R4和R5给三极管提供偏置电路，R4为上偏置电阻，提供基极偏置IBQ，R5为下偏置电阻，对流经R4的电流起分流作用，使其三极管为导通状态。
话筒B拾起室内环境的声波信号并将其转换为电信号，电信号经C2隔直流通交流，经三极管VT级放大使光耦导通状态最后可控硅导通进入放大状态使灯光亮。
故彩灯能随话筒B输出电信号即声波场强变化而闪烁，调节W可改变控制器的声控灵敏度。
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3元器件构成及功能分析
3.1单向可控硅
3.1.1晶闸管（SCR）
晶闸管是半导体闸流管的简称，又名可控硅整流元件（SCR）。
它既有单向导电的整流作用，又有可控的开关作用，是一种新型的可控整流元件。
在性能上，晶闸管不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件更为可贵的可控性，它只有导通和关断两种状态。
晶闸管的优点很多,例如:
以小功率控制大功率,功率放大倍数高达几十万倍;反应极快,在微秒级内开通、关断;无触点运行,无火花、无噪声;效率高,成本低等。
因此,特别是在大功率UPS供电系统中，晶闸管在整流电路、静态旁路开关、无触点输出开关等电路中得到广泛的应用。
晶闸管的弱点:
静态及动态的过载能力较差,容易受干扰而误导通。
3.1.2普通晶闸管的结构和工作原理
、结构1
晶闸管是PNPN四层三端器件,共有三个PN结。
分析原理时,可以把它看作是由一个PNP管和一个NPN管所组成,其等效图解如图3.1（a）所示,图3.1（b）为晶闸管的电路符号。
图3.1晶闸管等效图解图
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2、晶闸管的工作条件
由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见表3.1。
表3.1晶闸管导通和关断条件
状态条件说明从关断到导通阳极电位高于是阴极电位控制极有足够的正向电压和
电流，两者缺一不可维持导通阳极电位高于阴极电位阳极电流大于维持电流，两
者缺一不可从导通到关断阳极电位低于阴极电位阳极电流小于维持电流，任
一条件即可
（1）晶闸管承受反向阳极电压时,无论门极承受何种电压,晶闸管都处于关断状态。
（2）晶闸管承受正向阳极电压时,仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。
（3）晶闸管在导通情况下,只要有一定的正向阳极电压,无论门极电压如何,晶闸管保持导通,即晶闸管导通后,门极失去作用。
（4）晶闸管在导通情况下,当主回路电压（或电流）减小到接近于零时,晶闸管关断。
4、晶闸管的工作过程
晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结，可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管。
当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导通，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。
每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。
因此是两
Ig个互相复合的晶体管电路，当有足够的门极电流流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通。
IICCIa12Ik设PNP管和NPN管的集电极电流分别为和,发射极电流相应为和,电流放
a,I/Iaa,I/IkI1C2CCO12大系数相应为和，设流过J2结的反相漏电流为，晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和:
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Ia=I+I+I=Ia+Ik+IaaCCCO12CO12（3.1）
Ik=Ia+IgIg若门极电流为，则晶闸管阴极电流为:
。
因此，可以得出晶闸管阳极电流为:
IIg，aCO2Ia=1
（2）,，aa1（3.2）
aa12硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数和随其发射极电流的改变而急剧变
Ig=0化。
当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未接受电压的情况下，由式（3.2）中，
（2）aa，IaI,1CO很小，故晶闸管的阳极电流，晶闸管处于正向阻断状态;当晶闸管在正
IgIg向门极电压下，从门极G流入电流，由于足够大的流经NPN管的发射结，从而提
IaC22高放大系数，产生足够大的集电极电流流过PNP管的发射结，并提高了PNP管的
IaC11电流放大系数，产生更大的集电极电流流经NPN管的发射结，这样强烈的正反馈过程迅速进行。
aa（）1aa，,1212当和随发射极电流增加而使得时，由式（3.2）中的分母1（）0,，,aaIa12，因此提高了晶闸管的阳极电流。
这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定，晶闸管已处于正向导通状态。
晶闸管导通后，由式（3.2）中1（）0,，,aaIg=0Ia12,即使此时门极电流,晶闸管仍能保持原来的阳极电流而继续导通，门极已失去作用。
在晶闸管导通后，如果不断地减小电源电压或增大回路电阻，使阳极
aaIa12IH电流减小到维持电流以下时，由于和迅速下降,晶闸管恢复到阻断状态。
3.2光耦
3.2.1光耦定义和工作原理
光耦合器（opticalcoupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器，简称光耦。
光耦里面就是一个发光二极管和一个光敏三极管或者光敏二极管组成。
光耦合器以光为媒介传输电信号。
它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛
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的应用。
目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。
光耦合器一般由三部分组成:
光的发射、光的接收及信号放大。
输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。
这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。
由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。
又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。
所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。
在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。
光耦合器的主要优点是:
信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。
光耦的主要作用就是隔离作用，如信号隔离或光电的隔离。
隔离能起到保护的作用，如一边是微处理器控制电路，另一边是高电压执行端，如市电启动的电机，电灯等等，就可以用光耦隔离开。
当两个不同的型号的光耦只有负载电流不同时，可以用大的负载电流的光耦代替小负载电流的光耦。
以六脚光耦MOC3023为例，说明其原理。
MOC3023MOC3023
图3.2.1MOC3023
图3.2.2光控晶闸管符号
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一个光控晶闸管（photo-thyristor）耦合（coupleto）一个砷化镓（galliumarsenide）红外发光二极管（diode）组成。
左边1和2脚是发光二极管，当外加电压后，驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，以此来触发光控晶闸管。
光控晶闸管的特点是门极区集成了一个光电二极管，触发信号源与主回路绝缘，它的关键是触发灵敏度要高。
光控晶闸管控制极的触发电流由器件中光生载流子提。
光控晶闸管阳极和阴极间加正压，门极区若用一定波长的光照射，则光控晶闸管由断态转入通态。
为提高光控晶闸管触发灵敏度，门极区常采用放大门极结构或双重放大门极结构。
为满足高的重加电压上升率，常采用阴极发射极短路结构。
小功率光控晶闸管常应用于电隔离，为较大的晶闸管提供控制极触发;也可用于继电器、自动控制等方面。
大功率光控晶闸管主要用于高压直流输电。
当1和2脚加上5V以上电源后，就能使发光管发光，驱动光控晶闸管进入通态，此时，5和4脚构成一个电阻，阻值大约为10K。
当1和2不加电压时，则4和5可以看成一个无穷大的电阻。
3.2.2光耦的结构与种类
光电偶合器件（简称光耦）是把发光器件（如发光二极体）和光敏器件（如光敏三极管）组装在一起，通过光线实现耦合构成电—光和光—电的转换器件。
光电耦合器分为很多种类，图3.2.3所示为常用的三极管
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