声光控延时开关PCB版Word文档格式.docx
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它为三极管，芯片74LS00和驻极体话筒等提供工作电压。
信号收集模块分为声音信号收集模块和光信号收集模块。
声音信号通过驻极体话筒中收集模块将声音信号转变为音频电信号输入芯片，芯片分析处理作出指令，从而起到控制开关的作用。
光信号收集模块将光强度的改变转变为电压的改变输入到芯片中。
信号处理模块即是芯片74LS00对声音，光信号导致的电信号的改变进行处理，从而驱动被控制电路，并作用于延时模块。
延时模块是在信号处理模块的作用下工作，通过RC电路起到延时的作用。
被控制模块在信号处理模块及延时模块的共同作用下工作。
经过以上概况理解，我们可以得到基本的设计框架如图3-1。
→→→→→
图3-1声光控延迟开关结构框图
3.2单元电路设计（protel仿真与分析）
3.2.1电源模块
电源模块的以变压器，单向整流桥，电解电容组成。
通过变压器把市电220V变压成10V电路稳定直流电源。
电源电路采用降压、整流、滤波和稳压的组合电路如图3-2。
图3-2直流稳压电源的方框图
降压过程将220V单相交流电压直接输入有一定匝数比的变压器，得到降压后的电压。
然后将变压器副边的交流电压通过单相桥式整流电路，得到脉动系数较大的直流电压。
为了减小电压的脉动，将经过整流桥整流后的直流电压通入由滤波电容构成的滤波电路，使输出较为平滑的电压。
要得到稳定的直流电源需将滤波后的电压输入稳压电路。
稳压电路有稳压芯片W7805构成，利用稳压芯片的稳压特性，使得到不受电网电压波动和负载电阻变化影响的稳定性较高的直流电压为逻辑芯片74LS00输出稳定工作电压。
3.2.2
电源电路的工作原理及相关参数的分析
为了得到10V的直流电源，将220V频率50Hz的正弦波交流电输入变压器，稳压电源电路如图3-3。
图3-3稳压电源电路图
原边与副边线圈之比N1/N2=220/10=22（1-1）
交流电
通入单项桥式整流电路经过全波整流得到平均值为
的直流电压，其脉冲系数
相对较小。
然后将
的直流电压通入滤波进行滤波，可以得到平均值为
的直流电压。
理想情况下可将交流分量全部滤掉，使输出电压仅为直流电压，然而，由于滤电波路为无源电路，所以接入负载后必会影响其滤波效果，要得到稳定的直流电源需将滤波后的电压输入稳压电路。
稳压电路采用的是w7805芯片。
3.2.3信号收集模块
3.2.3.1光信号收集电路
光敏电阻的工作原理；
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）。
常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。
光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化，且当有光强时电阻最小，随着光逐渐变弱，电阻变大。
但其受温度影响较大。
光敏电阻的主要参数：
光电流、亮电阻；
暗电流、暗电阻；
灵敏度，光谱响应，光照特性伏安特性曲线，温度系数，额定功率。
光信号电路的设计
光信号的设计，要求在白天与晚上光敏电阻D2间的电压输出有很大的反差，在白天要求输出低电平，而在晚上要求输出高电平。
将光敏电阻D2与R4串联起来，具体图见图3-4
在白天光较强时，光敏电阻D2的阻值较低（约为5kΩ-10kΩ），在电阻R4与光敏电阻D2的两端加有5V的电压，白天要求到D2两端输出低电平，则不管声控部分输出的是高电平或低电平，芯片74LS00最终都输出低电平。
使得被控制电路的晶闸管不导通，继电器上无电流，灯泡不亮。
在晚上光线较暗时，光敏电阻D2的阻值变大（最大约为0.5MΩ），R4、D2串联对5V电压分压。
晚上要求D2两端输出高电平，若此时有声音即声控部分输出高电平，则芯片74LS00最终输出高电平。
使得被控制电路的晶闸管导通，继电器上有电流，灯泡亮。
若无声音，则声控部分输出低电平,最终芯片74LS00输出低电平，灯泡不亮。
3.2.3.2声音信号收集电路
声音信号收集电路的设计
声音信号收集电路由三极管Q2，电容C4、C5，电阻R1、R2、R3和驻极体话筒MK1。
具体图见图3-4。
声音信号电路的工作原理及相关参数的分析
声控电路基本工作原理：
驻极体话筒接收到声音信号后转化为微弱的电信号，经过电容C4的滤波后再经过三极管Q2的放大处理，输入1脚参与与非门的逻辑控制。
R2，R3为三极管放大提供合适的静态工作点。
其中C4，C5的数值为经典值。
图3-4声控电路与光控电路
3.2.4
信号处理模块
3.2.4.1芯片74LS00的介绍
74LS00是四个独立二端输入的与非门集成芯片.其特点有如下几点。
1.LS是低功耗肖特基,HC是高速COMS，LS的速度比HC略快。
2.LS是TTL电平。
3.LS输入开路为高电平。
4.LS输出下拉强上拉弱。
5.工作电压LS只能用5V。
6.电平，LS是TTL电平其低电平和高电平分别为0.8和V2.4。
7.驱动能力,LS一般高电平的驱动能力为5mA,低电平为20mA。
3.2.4.2
延时电路的设计及原理
根据电容的特性，电容两端的电压时缓慢变化的。
由其时缓慢变化的，电容充放每一个值晶闸管都要经历过，晶闸管控制极电流突然的减小不会突然引起晶闸管截止。
晶闸管阳极电流减小到维持电流时存在一定缓冲。
根据这一特性，将电容两端并联一个电阻，从而可以一个延时电路，即设计电路中由电阻R5和电容C6组成的RC延迟电路。
RC延迟电路的工作原理：
当1脚为高电平时，2脚为低电平时，3脚为高电平，二极管1无正偏截止。
电容器C6正极电压基本不会变化，13脚和12脚保持为高电平，11脚为低电平晶闸管不导通，灯泡不亮。
当1脚为高电平时，2脚为高电平时，3脚为低电平。
二极管导通，电容放电。
电容通过电阻R5放电。
由于电阻R5值较大，电容器C6上所充的电需要一定时间才能放完，再加上晶闸管不能立即回到维持电流,而这段时间可以起到延时的作用。
灯泡保持发光。
等到电容器C6放电结束，12脚，13脚将为低电平，经过两个与非门最终使8脚输出低电平。
一段时间后晶闸管截止，灯泡熄灭。
晶闸管控制继电器的工作状态以切断灯泡L的电流回路,实现灯泡L在延时亮一段时间后又自动熄灭如图3-5。
图3-5延时电路
RC电路的放电过程及时间常数的计算
当电容C6已有电压
时，且二极管正向偏置导通时，电容器对电阻R放电，放点开始时的电流为U/R放电电流的实际方向与充电时相反。
放电时的电流i与电容电压
随时间按指数规律衰减。
电压与电流的数学表：
（2-3）
（2-4）
RC电路的时间常数用
表示，
=RC。
的大小决定了电路充放电时间的快慢。
对于充电而言，时间常数
时电容电压
从零增长到63.2%
所需而当时间。
对放电而言，
是电容电容从
下降到36.8%
所需的时间。
R5的值为1.3
，C6为50uF。
（2-5）
所以延迟最多65秒。
3.2.5
被控制模块
被控制电路的设计及相关参数的分析
被控制电路晶闸管Q2、继电器K1、灯泡L1、电阻R6、R7、R8，三极管Q3。
在这部分电路中，继电器K1相当于一个开关，可开通或关断灯泡连接的220V交流电压。
当晶闸管处于饱和导通状态时，继电器工作，衔铁吸合，灯泡回路导通如图3-6。
图3-6被控制模块电路图
当晶闸管Q2处于截止状态时，继电器中无电流通过，故而继电器开关无法动作，导致灯泡回路开路，无电流通过，灯泡不亮。
继电器K1中衔铁开关动作受晶闸管Q2控制，当晶闸管Q2控制极大于维持电流时，驱动继电器K1中的衔铁开关动作，灯泡回路导通。
晶闸管Q2控制极小于维持电流时，晶闸管截止，继电器中无电流通过，其开关无法动作，灯泡回路关断。
如图3-7为声光控延迟开关电路原理图图3-8为PCB制板图
图3-7声光控延迟开关电路原理图
图3-8PCB制板图
四．心得体会及建议
在这两周的时间里的设计中，让我对模电知识更近一步的了解，对模电课程中直流稳压电源所涉及的部分元件有了一定的认识；
掌握了选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源，以及对光敏电阻，驻极体话筒，74LS00等有了一定的了解。
由于对模电知识学习的也不是很透彻，所以有些数据的测试是参考资料测试的。
在设计的过程中我需要解决的问题：
1、在电源设计中要根据主体电路及执行机构不同进行相应的设计，比如说不同的分支电路工作在不同的电压下面。
5、在protel仿真的过程中，74LS00虽然是一个二输入四与非门的集成芯片，实现的是与非门的功能，而且在仿真软件中也找不到，还有灯泡。
自己通过自学protel软件自己绘制模型，过程相当的艰辛。
因为软件菜单好多是英文，对于自己的英语是个不小的挑战。
当然最终还是绘制出来。
成功的喜悦当然不言而喻。
6、在设计电路时对于参数的选取是我在设计中遇到的最大难题。
对于引脚的电位，电流的选取，高电平，低电平时电流的选取，以及稳定电源时的电容，电阻的选择等。
时间虽然短暂，但却过得很充实，因为每一步都得自己动手操作，学到了许多以前没学过的东西，这次设计给了我们一个难得的锻炼机会，由于所学知识有限及个人的技术水平不高，所设计的电路还存在很多问题。
本次课程设计，培养了我运用互联网查找资料和综合应用课本理论知识解决实际问题的能力。
启发了我，在今后的学习过程中不能懒懒散散，学的要懂不懂，要把课本上的知识学精通，同时也要多学习课外知识来扩张自己的知识面；
在计算和动手方面要更加的耐心加细心，才能把事情做得更好。
最后还要感谢在本次设计中给予我帮助的老师和同学，在我遇到困难停滞不前时是老师和同学的点拨让我找到继续前进的方向。
五.附录
元件清单
1.电源部分
器件名称
序号
主要参数
数量
备注
变压器
T1
220v/5v
1
整流桥
D1
2CZ54A-M
电解电容
C0
400uF
C2
1uF
电容
C1
0.33uF
稳压管
W7805
（5V）
2.控制部分
电阻
R1
4k
RJ-1/2W型金属膜电阻器
R2
344K
R3
1K
R4
200K
R5
1.3M
R6
23.2
R7
R8
电容
C4
CT4型独石电容器
C5
10uF
C6
50uF
驻极体话筒
MK1
3V，0.5mA
CRZ2-9
光敏电阻
D2
亮（5k）暗（0.5M）
3516型号
逻辑芯片
U2
74LS00
二极管
D3
5V
IN4148型硅管
晶闸管
Q1
Ig十几毫安
TYN612
电磁继电器
K1
4V/220V
PB1061TR-ND
灯泡
L1
220v/30W
三极管
Q2
NPN型硅三极管
Q3
=400
六．参考文献
【1】童诗白，华成英·
模拟电子技术基础·
高等教育出版社·
2009年8月
【2】邱关源主编·
电路·
高等教育出版社·
2011年7月
【3】方大千主编·
实用电子控制电路·
化学工业出版社·
2011年6月
【4】赵景波主编·
Protel2004电路设计·
电子工业出版社·
2007年4月
【5】孙余凯主编·
教你看懂模拟实用电路·
电子工程出版社·
2009年1月
【6】杨欣等主编·
电子设计从零开始（第二版）·
2010年10月
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