毕业设计论文声控走廊灯开关电路设计管理资料.docx
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毕业设计论文声控走廊灯开关电路设计管理资料
毕业设计（论文）--声控走廊灯开关电路设计
摘要
为了适应发展更好的锻炼自己使理论和实践更好的结合根据学校指示在之际做了这次毕业设计毕业设计是高职教学过程中一个十分重要的环节是锻炼学生运用所学知识正确分析解决实际问题的一个重要方面也是高职培养应用型专业人才的要求我们本着一切从实出发的方针严肃认真独立思考自己动手实事求是的态度完成毕业设计在指导老师的大力帮助下运用自己所学知识做了这个设计这次设计充分体现了学院修德强能严禁精细经世致用的思想
社会的进一步发展各式各样的灯层出不穷为了防止公物损坏节约用电设计了各种控制灯例如公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关由于各种原因往往出现许多灯泡点亮长明的现象故使灯泡寿命短浪费电量为国家单位个人造成经济损失另外由于频繁开关或其他人为因素墙壁开关的损坏率很高既增大了维修量浪费了资金又容易造成事故隐患因此设计研制一种电路新颖安全节电结构简单安装方便的声控灯节能自动开关显得相当有必要使公共场所和居民居住区的公共楼道灯在白天时不亮晚上闻声自亮待人走后几十秒后自动关闭既方便又省电前言1
第1章元器件的介绍和检测2
11电阻2
com定义2
com种类2
com标识3
12电容4
com义4
com检测4
13二极管6
com二极管定义6
com的分类6
14三极管6
com定义6
com极管的结构和类型7
15晶闸管7
com定义7
com的检测8
16压电陶瓷片9
com瓷片的定义9
com瓷片的检测9
17六反相器9
18硅整流桥10
com桥好坏的测试10
com桥四肢引脚的判定10
第2章焊接11
21焊料与焊剂的选择11
22焊接顺序及方法11
第3章声控走廊灯开关电路的原理分析12
31声控走廊灯开关电路工作原理12
32整流降压滤波电路13
com桥式整流电路13
com路13
33声控走廊灯开关电路原理图14
第4章调试16
第5章结语16
51全文总结16
52结论16
致谢18
前言
科技的进步使电灯的样式种类以及对灯的控制方式千变万化随着社会的发展资源的大量开采能源在逐渐的减少所以我们要建立起节约能源的意识电能的节约首当其冲而电灯的使用最为普遍所以设计一种自动控制灯开关的电路是非常必要的声控灯开关就是其中的一种
声控电路已成为人们日常中不可缺少的必须品它不需要开关当有人经过时会自动的亮广泛应用于走廊楼道招待所等公共场所给人们的生活带来及大的方便因此得到了广泛的应用声光控电路是声音和光控制电路工作的电子开关它将声音如跺脚和光转化为电信号经放大整形输出一个开关信号去控制各种电器的工作在自动控制工业电器和家用电器方面有着广泛的用途由于本电路应用于人们的日常生活中所以起到很大的作用该电路在设计时应用了仿真软件来进行仿真然后才确定下来的虽然用的仅仅是EWB软件但是在论文中也上比较有特色的能够使人们在不知不觉感受到方便公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关由于各种原因往往出现许多灯泡点亮长明的现象故使灯泡寿命短浪费电量为国家单位个人造成经济损失另外由于频繁开关或其他人为因素墙壁开关的损坏率很高既增大了维修量浪费了资金又容易造成事故隐患因此设计研制一种电路新颖安全节电结构简单安装方便的声光双控白炽灯节能自动开关显得相当有必要使公共场所和居民居住区的公共楼道灯在白天时不亮晚上闻声自亮待人走后几十秒后自动关闭既方便又省电光敏电阻器又叫光感电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器入射光强电阻减小入射光弱电阻增大光敏电阻器一般用于光的测量光的控制和光电转换将光的变化转换为电的变化
通常光敏电阻器都制成薄片结构以便吸收更多的光能当它受到光的照射时半导体片光敏层内就激发出电子空穴对参与导电使电路中电流增强一般光敏电阻器结构如图所示
根据光敏电阻的光谱特性可分为三种光敏电阻器
紫外光敏电阻器对紫外线较灵敏包括硫化镉硒化镉光敏电阻器等用于探测紫外线
红外光敏电阻器主要有硫化铅碲化铅硒化铅锑化铟等光敏电阻器广泛用于导弹制导天文探测非接触测量人体病变探测红外光谱红外通信等国防科学研究和工农业生产中
可见光光敏电阻器包括硒硫化镉硒化镉碲化镉砷化镓硅锗硫化锌光敏电阻器等主要用于各种光电控制系统如光电自动开关门户航标灯路灯和其他照明系统的自动亮灭自动给水和自动停水装置机械上的自动保护装置和位置检测器极薄零件的厚度检测器照相机自动曝光装置光电计数器烟雾报警器光电跟踪系统等方面
光敏电阻的主要参数有亮电阻暗电阻光电特性光谱特性频率特性温度特性在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压其中便有电流通过受到适当波长的光线照射时电流就会随光强的增加而变大从而实现光电转换没有极性纯粹是个电阻期间使用时可加直流也可以加交流在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压其中便有电流通过受到适当波长的光线照射时电流就会随光强的增加而变大从而实现光电转换光敏电阻没有极性纯粹是一个电阻器件使用时既可加直流电压也可以加交流电压
光敏电阻是采用半导体材料制作利用内光电效应工作的光电元件它在光线的作用下其阻值往往变小这种现象称为光导效应因此光敏电阻又称光导管
它的工作原理是用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物硒化物和碲化物等半导体通常采用涂敷喷涂烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极然后接出引线封装在具有透光镜的密封壳体内以免受潮影响其灵敏度光敏电阻的原理结构如图所示在黑暗环境里它的电阻值很高当受到光照时只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带并在价带中产生一个带正电荷的空穴这种由光照产生的电子空穴对增加了半导体材料中载流子的数目使其电阻率变小从而造成光敏电阻阻值下降光照愈强阻值愈低入射光消失后由光子激发产生的电子空穴对将逐渐复合光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值
在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压其中便有电流通过受到适当波长的光线照射时电流就会随光强的增加而变大从而实现光电转换光敏电阻没有极性纯粹是一个电阻器件使用时既可加直流电压也可以加交流电压
12电容
com义
电容器是储存电荷的容器简称电容用字母C表示尽管电容器品种繁多但它们的基本结构和原理是相同的两片相距很近的金属中间被某物质固体气体或液体所隔开就构成了电容器两片金属称为的极板中间的物质叫做介质电容器也分为容量固定的与容量可变的但常见的是固定容量的电容最多见的是电解电容和瓷片电容
在电子线路中电容用来通过交流而阻隔直流也用来存储和释放电荷以充当滤波器平滑输出脉动信号
电容器的选用涉及到很多问题首先是耐压的问题加在一个电容器的两端的电压超过了它的额定电压电容器就会被击穿损坏
com检测
固定电容器的检测
1检测10pF以下的小电容
因10pF以下的固定电容器容量太小用万用表进行测量只能定性的检查其是否有漏电内部短路或击穿现象测量时可选用万用表R×10k挡用两表笔分别任意接电容的两个引脚阻值应为无穷大若测出阻值指针向右摆动为零则说明电容漏电损坏或内部击穿
2检测10PF～001μF固定电容器是否有充电现象进而判断其好坏
万用表选用R×1k挡两只三极管的β值均为100以上且穿透电流要小可选用3DG6等型号硅三极管组成复合管万用表的红和黑表笔分别与复合管的发射极e和集电极c相接由于复合三极管的放大作用把被测电容的充放电过程予以放大使万用表指针摆幅度加大从而便于观察应注意的是在测试操作时特别是在测较小容量的电容时要反复调换被测电容引脚接触AB两点才能明显地看到万用表指针的摆动
3对于001μF以上的固定电容
可用万用表的R×10k挡直接测试电容器有无充电过程以及有无内部短路或漏电并可根据指针向右摆动的幅度大小估计出电容器的容量
2电解电容器的检测
1因为电解电容的容量较一般固定电容大得多所以测量时应针对不同容量选用合适的量程根据经验一般情况下1～47μF间的电容可用R×1k挡测量大于47μF的电容可用R×100挡测量
2将万用表红表笔接负极黑表笔接正极在刚接触的瞬间万用表指针即向右偏转较大偏度对于同一电阻挡容量越大摆幅越大接着逐渐向左回转直到停在某一位置此时的阻值便是电解电容的正向漏电阻此值略大于反向漏电阻实际使用经验表明电解电容的漏电阻一般应在几百kΩ以上否则将不能正常工作在测试中若正向反向均无充电的现象即表针不动则说明容量消失或内部断路如果所测阻值很小或为零说明电容漏电大或已击穿损坏不能再使用
3对于正负极标志不明的电解电容器可利用上述测量漏电阻的方法加以判别即先任意测一下漏电阻记住其大小然后交换表笔再测出一个阻值两次测量中阻值大的那一次便是正向接法即黑表笔接的是正极红表笔接的是负极D使用万用表电阻挡采用给电解电容进行正反向充电的方法根据指针向右摆动幅度的大小可估测出电解电容的容量
13二极管
com二极管定义
半导体是一种具有特殊性质的物质它不像导体一样能够完全导电又不像绝缘体那样不能导电它介于两者之间所以称为半导体半导体最重要的两种元素是硅和锗二极管最明显的性质就是它的单向导电特性就是说电流只能从一边过去却不能从另一边过来从正极流向负极
com的分类
二极管种类有很多按照所用的半导体材料可分为锗二极管Ge管和硅二极管Si管根据其不同用途可分为检波二极管整流二极管稳压二极管开关二极管等按照管芯结构又可分为点接触型二极管面接触型二极管及平面型二极管
Ω挡红黑表笔随意接光电二极管的两个脚此时是测反向电阻万用表表头指针偏转应很小一般读数应在200KΩ以上注意测量时窗口不要对着光
接着用手电筒的光去照射光电二极管顶端的窗口用自然光也可以着时表指针偏转应加大光线越强光电二极管的反向电阻应越小甚至仅为几欧姆关掉手电光指针所指读数应立即恢复到原来的阻值这样说明被测二极管的质量是良好的
如果正相电阻很大超过15KΩ以上或反向电阻很小窗口不受光照时或受光照后阻值不变移去光照后阻值不恢复到原来的高阻都说明被测光电二极管已坏
14三极管
com定义
半导体三极管也称为晶体三极管可以说它是电子电路中最重要的器件它最主要的功能是电流放大和开关作用三极管顾名思义具有三个电极二极管是由一PN结构成的而三极管由两个PN结构成共用的一个电极成为三极管的基极用字母b表示其他的两个电极成为集电极用字母c表示和发射极用字母e表示由于不同的组合方式形成了一种是NPN型的三极管另一种是PNP型的三极管
com
1晶体三极管得结构和类型三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结两个PN结把正块半导体分成三部分中间部分是基区两侧部分是发射区和集电区排列方式有PNP和NPN两种硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型2常用三极管的封装形式有金属封装和塑料封装两大类引脚的排列方式具有一定的规律对于中小功率塑料三极管使其平面朝向自己三个引脚朝下放置则从左到右依次为ebc3晶体三极管具有电流放大作用其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量这是三极管最基本的和最重要的特性我们将ΔIcΔIb的比值称为晶体三极管的电流放大倍数用符号β表示电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变15晶闸管
com定义
可控硅也称作晶闸管它是由PNPN四层半导体构成的元件有三个电极阳极a阴极k和控制极g
可控硅在电路中能够实现交流电的无触点控制以小电流控制大电流并且不象继电器那样控制时有火花产生而且动作快寿命长可靠性好在调速调光调压调温以及其他各种控制电路中都有它的身影
可控硅分为单向的和双向的符号也不同单向可控硅有三个PN结由最外层的P极和N极引出两个电极分别称为阳极和阴极由中间的P极引出一个控制极
单向可控硅有其独特的特性当阳极接反向电压或者阳极接正向电压但控制极不加电压时它都不导通而阳极和控制极同时接正向电压时它就会变成导通状态一旦导通控制电压便失去了对它的控制作用不论有没有控制电压也不论控制电压的极性如何将一直处于导通状态要想关断只有把阳极电压降低到某一临界值或者反向
普通晶闸管的阳极与阴极之间具有单向导电的性能其内部可以等效为由一只PNP晶闸管和一只NPN晶闸管组成的组合管如图8-5所示
com的检测
1．判别各电极根据普通晶闸管的结构可知其门极G与阴极K极之间为一个PN结具有单向导电特性而阳极A与门极之间有两个反极性串联的PN结因此通过用万用表R×100A或R×1k档测量普通晶闸管各引脚之间的电阻值即能确定三个电极
具体方法是将万用表黑表笔任接晶闸管某一极红表笔依次去触碰另外两个电极若测量结果有一次阻值为几千欧姆kΩ而另一次阻值为几百欧姆Ω则可判定黑表笔接的是门极G在阻值为几百欧姆的测量中红表笔接的是阴极K而在阻值为几千欧姆的那次测量中红表笔接的是阳极A若两次测出的阻值均很大则说明黑表笔接的不是门极G应用同样方法改测其它电极直到找出三个电极为止
2．判断其好坏用万用表R×1k档测量普通晶体管阳极A与阴极K之间的正反向电阻正常时均应为无穷大∞若测得AK之间的正反向电阻值为零或阻值较小则说明晶闸管内部击穿短路或漏电
测量门极G与阴极K之间的正反向电阻值正常时应大大于80kΩ若两次测量的电阻值均很大或均很小则说明该晶闸管GK极之间开路或短路若正反电阻值均相等或接近则说明该晶闸管已失效其GK极间PN结已失去单向导电作用
测量阳极A与门极G之间的正反向电阻正常时两个阻值均应为几百千欧姆kΩ或无穷大若出现正反向电阻值不一样有类似二极管的单向导电则是GA极之间反向串联的两个PN结中的一个已击穿短路
16压电陶瓷片
com瓷片的定义
压电陶瓷具有压电效应的陶瓷称压电陶瓷它通常由几种氧化物或碳酸盐在烧结过程中发生固相反应而形成其制造工艺与普通的电子陶瓷相似烧结出来的陶瓷体是多晶体其自发极化是紊乱取向的主要成分是铁电体因此称铁电陶瓷没有压电性能对这样的陶瓷体施加强的直流电场进行极化处理原来混乱取向的自发极化就沿电场方向择优取向去除电场后陶瓷体仍保留着一定的总体剩余极化遂使陶瓷体有了压电性能
目前最常用的压电陶瓷有钛酸钡钛酸铅锆钛酸铅三元系压电陶瓷透明铁电陶瓷以及铌酸盐系陶瓷等
com瓷片的检测
正常的压电陶瓷片在电性能方面呈电容性因此检测压电陶瓷片时可采用数字万用表具体步骤如下1将数字万用表置200pF电容档2用黑表笔线将V-Ω与COM短接3将被测压电陶瓷片两电极各焊上一条引线再与数字万用表内部所装压电陶瓷片并接4开启万用表电源开关被测压电陶瓷片应发声同时数字万用表显示出数字该读数即为该压电陶瓷片的电容量否则表明该压电陶瓷片已损坏
CD4069是六反相器集成电路IC采用双列式塑封装14引脚该IC内含六个独立的反相器每个反相器均可执行逻辑的反相操作用它还可构成振荡器脉冲整形和小信号的电压放大等器的工作是基于电平通过每个反相器时需要一定的传输时间τ即每个反相器均存在电平传输的延迟而形成的方波输出
图1-2六反相器引脚图
18硅整流桥
com桥好坏的测试
逐个测试法将万用表的量程开关拨至R1kΩ档比如测量1脚2脚间的二极管的好坏先将红表笔接2脚黑表笔接1脚测出正向电阻值然后交换表笔测出反向电阻值照此方法测试其他3只二极管每支二极管测试两次共测八次
比较测试结果若测得的正向电阻值都很小反向电阻值都是无穷大则说明该桥堆是好的若测试到其中一只二极管的正反向电阻值均很大或很小或反向电阻值变小时说明此桥堆已损坏或低效虽说仅有一只二极管损坏但也不能使用
com桥四肢引脚的判定
硅整流桥管脚一般在其外壳上都有表明一目了然但有的标记不清甚至标记有误这时可用下面的方法进行判断
方法是先找出直流输出正端3脚假定某只脚为3脚将万用表的量程开关拨至R1kΩ档红表笔接3脚黑表笔分别去接1脚2脚4脚如3次测得的电阻值均较小则说明这个假定的3脚确实是输出正极倘若3次测试中有一脚通或全不通则说明这个假定是错的需另行假定3脚并重新进行测试
找出3脚后其余各脚便好确定了仍用红表笔接3脚用黑表笔分别接另3只脚其中阻值最大的那只脚为直流电压输出端的负极剩下的两只脚为交流输入端
第2章焊接
21焊料与焊剂的选择
1焊料
一般常用焊锡作焊料它具有较好的流动性和附着性在一定是温度湿度及振动冲击条件下有足够的机械强度而且具有耐腐性使用方便的优点
焊剂作用是除去油污防止焊件受热氧化增强焊锡的流动性
2．电烙铁与电烙铁头的选择
常用的电烙铁有外热式内热式和速热式三种一般功率不能过大选用2050W即可若选用的功率过大不易掌握火候很容易使元件过热而损坏
烙铁头经常加工成各种形状以适应焊接的要求为了保证一定的温度烙铁头要有一定的体积一般焊接较大的元件时烙铁头与焊接物接触面积要大焊接密度较大的小焊点时为了避免伤及周围元件和焊点应采用锥形的烙铁头
3．焊点质量
焊点的质量直接关系到整块电路板能否正常工作也是每个操作人员要学会并掌握的基本功质量好的焊点称标准焊点在交界处焊锡铜箔元件三者较好地融合在一起
虚焊点在交界处从表面看焊锡把引线给包住了但焊点内部并未完全
融合焊点内部有气隙或油污等
22焊接顺序及方法
先测量作好记录再清洁挂锡焊接最后再检查测量杜绝马虎大意
com法
1右手持电烙铁左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线焊接前电烙铁要充分预热烙铁头刃面上要吃锡即带上一定量焊锡
2将烙铁头刃面紧贴在焊点处电烙铁与水平面大约成60度角以便于熔化的锡从烙铁
头上流到焊点上烙铁头在焊点处停留的时间控制在2～3秒钟
3抬开烙铁头左手仍持元件不动待焊点处的锡冷却凝固后才可松开左手
4用镊子转动引线确认不松动然后可用偏口钳剪去多余的引线
第3章声控走廊灯开关电路的原理分析
31声控走廊灯开关电路工作原理
电路原理如图1所示二极管VD4VD7组成桥式整流电路电阻R10电容C4组成降压滤波电路单行晶闸管VS式照明灯HL的无触点开关VS导通HL点亮VS关断HL熄灭
白天由于光电二极管VD1受到环境光线的照射阻值很小反相器F3的脚呈低电位脚呈高电位经反相器F4脚呈低电位二极管VD3呈截止状态反相器F5的脚呈高电位反相器F6的脚呈低电位三极管VT处于截止状态由于单向晶闸管VS无触发电压而关断照明灯HL不亮
天黑时光电二极管的阻值增大虽然F3的脚电位有所上升但仍达不到开启F3的阀值电压故处于预备工作状态此时F6的脚呈低电位照明灯HL依然不亮
当外界有声音发出时其声波被压电陶瓷片BC转换为电信号经两级反相器F1和F2变换脚输出的信号经电容C1耦合有限流电阻R3加给F3的脚F3的脚达到阀值开启电压F3反相器工作脚呈低电位F4的脚呈高地位二极管VD3获得正向电压而导通并给电容C3充电由于这种延时可保证有效的减缓冲击电流从而大大的延长灯泡使用寿命F5的脚电位升高则脚电位降低经F6反相脚呈高电位单向晶闸管VS获得高电位而触发导通HL点亮同时三极管VT导通
无声时F3的脚又回到原等待电位则二极管VD3截止此时充足电荷的电容C3开始向电阻R8放电由于放电过程中F6的脚仍持续高电位HL仍旧保持照明状态随着时间的推移电容C3的端电压放电到一定低电位时促使F5反相脚电位变高则F6的脚电位变低VS关断HL熄灭
电路中三极管VT主要是为了节能而设置的当F6的脚呈高电位时三极管VT导通其集电极电位变低因而使F3的脚电位下降即使F2的脚有信号输出由于VT的集电极的钳位作用使得F3不受F2控制只有当C3放电完毕后VT才会截止所以外界的声音无论怎样连续发出都不会影响电路定时的正常工作这样既满足接受第一次声音控制又达到了节能的目的只有当定时完毕电路在接收信号才开启照明灯工作
R2为负反馈电阻电阻R1R9构成分压电路VD2为隔离二极管C2为抗干扰电容用于消除外界的杂波影响
32整流降压滤波电路
com桥式整流电路
桥式整流电路桥式整流电路的工作原理如下e2为正半周时对D1D3和方向电压DlD3导通对D2D4加反向电压D2D4截止电路中构成e2DlRfzD3通电回路在Rfz上形成上正下负的半波整洗电压e2为负半周时对D2D4加正向电压D2D4导通对D1D3加反向电压D1D3截止电路中构成e2D2RfzD4通电回路同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压上述工作状态分别如图AB所示如此重复下去结果在Rfz上便得到全波整流电压其波形图和全波整流波形图是一样的从图5-6中还不难看出桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值比全波整洗电路小
图3-1桥式整流电路工作状态图
com路
滤波电路是一种能使有频率信号通过同时抑制无用频率成分的电路R10C4组成降压滤波电路经C4的滤波率去交流成分电阻R10分得一部分电压起到降压的作用
33声控走廊灯开关电路原理图
图3-2声控走廊灯开关电路原理图
图3-3声控走廊灯开关电路PCB图
第4章调试
41调试准备检查电路
在通电调试之前必须认真检查电路连线是否正确对照电路图按照一定顺序逐级检测特别要注意电源是否接错电源与地是否有短接二极管是否接反轻轻拨一拨元器件观察焊点是否牢固
42通电观察
安装保险管后才能给电路通电电源接通后首先保证安全观察电路中是否有冒烟起火等现象如果有应立即断电故障排除后继续通电并注意观察各器件引脚电压是否正常打开电源给系统加上激励信号源如系统的啪手声打击声用眼睛直接观察灯泡是否亮和按时熄灭选题资料分析调试毕业设计书写增强对的认识掌握处理方法等基本技能的训练具有一定程度的实际工作能力
参考文献
文献资料名称编著者出版单位《实验电子技术》
《ProtelDXP电路设计预制板》
《模拟电子技术》
《传感器应用技术》
李振声
王浩全
胡宴如
王之芳人民邮电出版社
机械工业出版社
高等教育出版社
冶金工业出版社网站
名称com
com
51电子网
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致谢
首先衷心地感谢我的导师本文从选题到完成从理论上的探讨到实际问题的解决无处不饱含着老师的心血老师的悉心指导和建议给了我极大的帮助和支持使我受益匪浅在此论文完成之际谨向老师致以深深的谢意和崇高的敬意
感谢论文主审和答辩委员会的诸位老师他们辛勤的工作和诚恳的建议会使本文得以进一步完善
感谢所有在我学习和论文写作过程中给予过关心和帮助的人
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