声光控延时照明灯电路课程设计报告书.docx

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声光控延时照明灯电路课程设计报告书

声光控延时照明灯电路课程设计

第一章设计目的及技术要求·····························1

第一节设计概述····································1

第二节技术要求····································1

第三节设计目的····································1

第二章电路方案的选择·································2

第一节解读技术要求································2

第二节确定方案····································3

第三章电源电路设计···································4

第一节电源电路原理图······························4

第二节电路元件的选择及型号的确定··················5

第四章光控电路设计···································7

第一节电路原理图及各部分电路的功能分析············7

第二节电路元件参数整定····························9

第五章声控延时电路设计·······························10

第一节电路结构及功能分析·························10

第二节元器件参数的计算及型号选择·················12

第六章课程设计总结及体会·····························17

第一节课程设计总结·······························17

第二节设计体会···································18

参考资料··············································19

附录A声光控延时照明电路总图·························20

附录B声光控延时电路印制板图·························21

附录C电路原器件清单·································22

第一章设计目的及技术要求

第一节设计概述

随着社会的不断发展，利用电子技术实现的自动控制，在各个领域种的作用越来越突出。

本设计基于节能性要求，利用所学电子技术基础的相关知识，为照明灯设计了一款自动控制电路，该电路能够实现声光双控功能，可广泛应用于道路，楼梯等不需要连续长时间照明的场所的照明设施的控制，从而实现节约电能的目的。

同时，通过对该课题的设计，来提高自身对实际问题的分析及解决能力。

第二节技术要求

一、要求电路能够通过照明灯开关对光线强弱的感应，控制照明灯第一级开关。

二、要求电路能够通过照明灯开关对声强的感应，在第一级开关开通的前提下，控制照明灯的亮灭。

三、要求电路能够实现照明灯点亮时间t后自动关断，并且可以手动调节。

第三节设计目的

一、利用所学电子技术基本知识来进行综合性设计实验，以巩固所学理论。

二、熟练掌握555定时器的几种工作模式及其应用。

三、学会如何查找器件手册及其参数，进而学会利用元器件。

四、学会利用Protel软件来绘制电路原理图及PCB板图。

五、提高对电路的分析计算能力。

第二章电路方案的选择

第一节解读技术要求

一、要求电路能够通过照明灯开关对光线强弱的感应，控制照明灯第一级开关。

该要求主要针对光控制电路，要使电路能够实现对光线强弱的感应，则应使用对光线强弱敏感的电子器件，如光敏电阻、光敏二极管等光电传感器。

在电路中，光电传感器根据光线强弱的变化而变化，从而使电路参数发生相应的变化。

由于光控电路的输出状态只有两种：

高电平和低电平。

因此，光控电路可使用555定时器来实现对电压变化的转换。

二、要求电路能够通过照明灯开关对声强的感应，在第一级开关开通的前提下，控制照明灯的亮灭。

该要求主要针对声控电路，要使电路能够实现对声强的感应，则应使用对声音信号敏感的电子器件，如小型驻极电容话筒、压电陶瓷片等声电传感器。

由于声电传感器收集来的声音信号都比较微弱，所以要对信号进行放大处理。

又因为声音信号是连续振荡的不确定信号，为了便于处理，先将信号波形进行整形，这可以由模拟迟滞比较器来实现。

模拟比较器的输出为高低两种电平信号，利用该信号可以去控制555定时器的触发输入端。

另外，由光控电路的输出控制此555定时器的复位端，来决定声控电路的开启与关闭。

在这两种控制信号的作用下，达到声音控制照明灯亮灭的目的。

三、要求电路能够实现照明灯点亮时间t后自动关断，并且可以手动调节。

该要求可以通过处于单稳模式的555定时器实现（说明：

此处的555定时器与第二条要求中的555定时器为同一片）。

对时间t的手动调节可利用电位器来实现。

第二节确定方案

由上一节对本设计技术要求的解读可知，该设计主要包含四部分电路，分别为：

电源电路、光控电路、声控延时电路、晶闸管开关电路，下面对其功能进行逐一分析并确定电路结构。

一、电源电路

电源电路主要为控制电路提供工作电压，本设计采用传统的电源电路设计方法，即降压、整流、滤波、稳压，使电路输出12V直流电压供给控制电路。

二、光控电路

光控电路是根据光线的强弱来优先决定电灯的亮灭。

该电路可以对声控延时电路进行控制，在白天光线较强时，光控电路输出低电平将声控电路封锁；在晚上光线较弱时，光控电路输出高电平，则声控功能打开。

本设计采用光敏电阻和其他电阻组成的分压电路来控制555定时器的触发输入端2脚，并且将555定时器的2脚和6脚连接在一起，通过一电容接地，555定时器的输出去控制声控电路中的555定时器的复位端。

三、声控延时电路

该电路主要在光线较弱时起作用。

这主要是通过光控电路的输出来控制的。

在白天，该电路在光控电路的控制作用下，处于关闭状态，对任何声音信号都不响应；在晚上，光控电路将该电路的功能打开，使得该电路能根据外界声音信号作出相应的响应。

本设计采用压电陶瓷片作为声电转换元件，并加入了两级音频信号放大电路和迟滞电压比较器来对声音信号进行处理，经处理后的声音信号控制处于单稳工作模式的555定时器来实现声控及延时功能。

四、晶闸管开关电路

该电路受声控电路555定时器输出端的控制。

当其输出低电平时，晶闸管截止，由于照明灯与晶闸管串联，所以灯熄灭；当其输出高电平时，晶闸管导通，照明灯点亮。

第三章电源电路设计

本设计的电源电路部分为控制电路部分提供12V直流电压。

由于本设计所涉及的电路最终实现对市电照明灯的控制，控制电路对直流电源的稳定性要求不需要很高，故采用传统的电源电路设计方法就可以产生符合控制电路工作要求的直流电压。

第一节电源电路原理图

本设计的电源电路原理图如图3-1所示，电路包含降压、整流、滤波、稳压四部分。

图中T为降压变压器，其作用是将市电v1=220√2sin（100πt）V进行降压处理变成整流桥所要求的交流电压v2=√2V2sin（100πt）V；整流二极管D1~D4组成整流桥，它将变压器的输出电压进行全波整流；C11为滤波电容，用来滤除整流桥输出电压中的纹波，由于控制电路对电源所要求的功率不是很大，所以本电路采用电容输入式滤波电路；再者，为了防止在三端稳压器U1距离整流滤波电路较远时，线路产生电感效应而使电

图3-1电源电路原理图

路自激，所以加入电容C21，该电容一般取0.33uF；U1为三端集成稳压器7812，用来稳定电路的输出电压；稳压器输出端的电容C12是为了滤除低频纹波，它的取值一般较大，主要用来平波；电容C22用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响应，该电容大小为0.1μF。

第二节电路元件的选择及型号的确定

式中，V2=12V，则电容两端电压Vc≈17.0V，符合三端稳压器7812的输入电压要求。

滤波电容C11的选择：

要求电容对电压的耐受能力大于17V，一、元件参数的计算及型号选择

集成三端稳压器7812的有关参数如表3-1所示。

正常输出直流电压（V）

输出电压变化范围（V）

输入电压允许范围（V）

输出电流（A）

电压调整率

最小

最大

12.0

11.5~12.5

15.0~17.0

0.1

0.5

10mV/V

由表可知，要使三端稳压器输出12V的直流电压，则经整流滤波后，滤波电容两端的电压应在15.0~17.0V之间（因为一般输入电压要比输出电压大3～5V，才能保证集成稳压器工作在线性区）。

基于此，变压器选用220V~12V低频电源变压器。

桥式整流电路中的二极管选用最大反向工作电压为400V，额定工作电流为1A的硅整流二极管1N4004。

若设V2为变压器次级线圈的输出电压有效值，Vc为经整流滤波后滤波电容两端的电压。

由于三端集成稳压器的输入阻抗很高，相当于开路，则

Vc≈√2V2（3-1）

由于铝电解电容的耐压范围为6.3V~630V，容值范围为0.45~10000μF，因此，滤波电容C11可以采用铝电解电容CD11-25V。

在三端集成稳压电路中，滤波电容的容值一般为几百到几千微法，由于后面还有电容C21，所以该电容可以取得小一点，可将电容C11取为100μF。

电容C21一般取为0.33μF，可用独石电容，如0.33μF/50V。

电容C12是为了滤除输出直流电压中的低频微波，所以该电容一般也取得比较大，可取用100μF的铝电解电容，其耐压值要大于12V，可采用CD11-16V。

电容C22的选择：

由于电解电容电解电容C11、C12取得比较大，只能滤除低频波动。

对于直流电源中的高频干扰，可通过一小电容C22来滤除，电容C22可选择容值为0.1μF的独石电容器104M/50V（耐压值100V）。

二、电源电路图

根据以上内容，下面给出完整的电源电路图，如图3-2所示。

图3-2电源电路图

第四章光控电路

该电路将外界的光强变化转化为电路输出电平的变化，其输出的电平信号控制声控延时电路，从而实现对照明灯亮灭的控制。

第一节电路原理图及各部分电路的功能分析

通过对技术要求的解读可知，该电路可由光敏电阻和普通电阻组成的分压电路及一片555定时器来实现，其原理电路图如图4-1所示。

图中RL为光敏电阻，在光线较弱或者是无光照射时，光敏电阻RL呈高阻状态，有RL>>R2+RP1，使得555

（1）的触发输入端2脚和阈值输入端6脚均为低电平即均小于1/3VCC，则555

（2）输出高电平，将声控延时电路打开，使得晶闸管开关电路的开闭由声控延时电路控制；在有光照射时，RL呈低阻状态，有RL+R1<

图4-1光控电路原理图

使得开关电路中的晶闸管截止，照明灯熄灭。

原理图4-1中的的电阻R1~R3均为保护电阻。

R1、R2分别与RL和RP1串联是为了防止在光敏电阻RL和RP1阻值过小时电路发生短路。

R3为限流电阻，防止在光线较强时，RL阻值大大下降，造成电路电流过大而烧毁555定时器。

电容C4为保持电容，其具体工作情况如下：

给电路通电之前，电容C4未储存电荷，因此其两端电压VC为零，555

（1）的2脚和6脚则为低电平。

在光线较强时，光敏电阻呈低阻状态，使得R3<