声光控延时开关控制器综述.docx

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声光控延时开关控制器综述

课程设计报告

题目：

声光控延时开关电路的设计

系别：

电子信息与电气工程系

专业：

电子信息工程_______

班级：

姓名：

导师：

成绩：

________________________

年月日

声光控延时开关控制器设计

摘要

介绍一种声光控节能灯的组成性能，适用范围及工作原理，并介绍出了电路原理及元件参数选择。

整个电路由声控电路、延时电路、光控电路、电子开关、电源电路组成。

220V供电电压供电，光敏控电路对外界光亮程度进行检测，输出与亮度程度相对的电压信号。

从而实现白天灯泡不亮，晚上遇到声响时，通过声控电路使灯泡自动点亮，声控电路主要将声音信号转变为电信号，从而要实现自动控制，延时电路声音消失后延长一段光照时间。

关键词：

声光控制开关；声光技术；光电效应；声控电路

Opticaldelayswitchcontrollerdesign

ABSTRACT

Thispaperintroducesakindofacousticelectricenergy-savinglampsperformance,scopeofapplicationandworkingprinciple,andintroducesthecircuitprincipleandcomponentparameterselection.Thewholecircuitbyacousticcontrolcircuit,timedelaycircuit,electriccircuit,electronicswitches,powersupplycircuit.220vpowersupplyvoltageofpowersupply,lightcontrolcircuittotestthedegreeofexternallight,theoutputvoltagesignalwithbrightnessrelatively.Soastorealizethedaylightbulbnotbright,eveningwhenyoumeetthenoiseautomaticallybythevoicecontrolcircuittomakethelightbulblight,acousticcontrolcircuitismainlythevoicesignalintoelectricalsignal,thustoachieveautomaticcontrol,timedelaycircuitnoisedisappearafterprolongedaperiodoflight.

Keywords:

soundandlightcontrolswitch;Acousto-optictechnology;Thephotoelectriceffect.Voicecontrolcircuit

第一章实验目的和任务

1．要求电路能够通过照明灯开关对光线强弱的感应和通过照明灯开关对声强的感应设置两级开关，控制照明灯的亮灭。

2．要求电路能够实现有光线时灭，无光线时有声亮，并且照明灯点亮一段后自动关断。

3．要求电路如果在照明灯点亮期间又有新的声源出现，照明灯应重新开启。

4．根据上述要求选定设计方案，画出系统框图，写出详细的设计过程。

5．学习掌握焊接技术以及电路元件的装配。

熟悉手工焊锡的常用工具的使用及其维护与修理。

6.针对原理电路，通过计算参数，选择合适的元器件，搭建电路，并调试通过。

第二章分析与设计

2.1设计任务与分析

顾名思义，声光控延时开关就是用声音和光来控制开关的“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，变为电子开关的开动作。

明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元，由此可画出图所示的方框图。

图1声光控开光延时控制器方框图

2..2实验原理

2.2.1局部模块工作原理

声光控延时开关电路共有四个模块：

整流滤波模块、光控模块、声控模块、延时模块和集成模块CD4011。

整流滤波模块：

220V交流电经过整流桥整流、200K电阻降压和电解电容100uF滤波输出直流电压3.55V给集成块CD4011供电。

光控模块：

由光敏电阻3K-5M构成，在光控模块电路中，光敏电阻和270K电阻串联形成分压电路，当有光照时，光敏电阻阻值变小，分压小；当无光时，光敏电阻阻值大，分压大。

声控模块：

由驻极体话筒MK1构成，声音信号经过驻极体话筒转化为微弱的电信号，由于驻极体话筒内部有放大电路，可以将微弱的电信号放大，使其能够采集。

延时模块：

由47uF电解电容和1M的电阻构成RC充放电电路，实现延时功能。

集成模块CD4011：

CD4011是由4个与非门模块构成，在本实验中使用了3个与非门模块。

2.2.2整体电路工作原理

为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻R5等元件组成光控电路，R5和R6组成串联分压电路，夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，R5两端的电压高，即为高电平间t=2ΠR4C2，改变R4或C2的值，可改变延时时间，满足不同目的。

D3和D4构成两级整形电路，将方波信号进行整形。

当C2充电到一定电平时，信号经与非门11脚后输出为高电平，使单向可控硅导通，电子开关闭合；C2充满电后只向R4放电，当放电到一定电平时，经与非门11脚D3、D4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关断开，完成一次完整的电子开关由开到关的过程。

二极管VD11～VD44将交流220v进行桥式整流，变成脉动直流电，又经R1降压，C2滤波后即为电路的直流电源，为Mk、CD4011等供电。

220V电压经过整流降压、滤波模块输出电压3.55V左右使集成模块正常工作。

当有声音时MK1驻极体话筒将声音信号转化为电信号，经过瓷片电容C3使集成模块CD4011的8、9引脚由低电平变成高电平，从而使10号引脚由高电平瞬间变为低电平，由于声音信号非常短暂，8、9引脚由刚才的高电平变为低电平，所以10号引脚也会瞬间从低电平变成高电平，在这瞬间变化的过程中，由电流信号经过瓷片电容C5，经过上拉电阻R7使集成模块5号引脚变为高电平；当无光时，光敏电阻R5阻值变大，在与电阻R6串联电路中分压大，集成模块6号引脚得到高电平，从而使集成模块4号引脚输出低电平。

由于集成模块12、13号引脚和4号引脚是由二极管D6连接，当集成模块4号引脚变为低电平时，集成模块12、13号引脚由高电平变为低电平，从而使集成模块11号引脚输出高电平，控制可控硅D5为高电平，使可控硅导通，灯发光。

由于RC充放电电路在集成模块4号引脚变为低电平时，实现充电；当集成模块4号引脚变为高电平时，由于电容两端电压不能跃变，RC电路放电使集成模块12、13号引脚持续为低电平导致集成模块11号引脚持续为高电平，可控硅D5持续导通，实现延时功能。

当有声有光、无声有关、无声无光时都无法使可控硅导通，从而使灯无法发光。

第三章元件原理

3.1光敏电阻

光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。

在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。

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。

3.1.1光敏电阻原理图

图2光敏电阻原理图

3.2驻极体话筒

驻极体话筒体积小，结构简单，电声性能好，价格低廉，应用非常广泛。

高分子极化膜上生产时就注入了一定的永久电荷（Q），由于没有放电回路，这个电荷量是不变的，在声波的作用下，极化膜随着声音震动，因此和背极的距离也跟着变化，也就是锁极化膜和背极间的电容是随声波变化。

我们知道电容上电荷的公式是Q=C·U，反之U=Q/C也是成立的。

驻极体总的电荷量是不变，当极板在声波压力下后退时，电容量减小，电容两极间的电压就会成反比的升高，反之电容量增加时电容两极间的电压就会成反比的降低。

最后再通过阻抗非常高的场效应将电容两端的电压取出来，同时进行放大，我们就可以得到和声音对应的电压了。

由于场效应管是有源器件，需要一定的偏置和电流才可以工作在放大状态，因此，驻极体话筒都要加一个直流偏置才能工作。

3.3集成模块CD4011

3.3.1集成模块CD4011工作原理

管脚功能：

1A数据输入端

2A数据输入端

3A数据输入端

4A数据输入端

1B数据输入端

2B数据输入端

3B数据输入端

4B数据输入端

VDD电源正

VSS地

1Y数据输出端

2Y数据输出端

3Y数据输出端

4Y数据输出端

VDD电压范围：

－０.5Vto18Ｖ

功耗：

双列普通封装700mW

小型封装500mW

工作温度范围：

CD4011BM-55℃-+125℃

CD4011BC-40℃-+85℃      

3.3.2集成电路CD4011各引脚功能图

图3CD4011各引脚功能图

3.4可控硅

可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如右图所示

图4可控硅等效图解图

“一触即发”。

但是，如果阳极或控制极外加的是反向电压，晶闸管就不能导通。

控制极的作用是通过外加正向触发脉冲使晶闸管导通，却不能使它关断。

那么，用什么方法才能使导通的晶闸管关断呢?

使导通的晶闸管关断，可以断开阳极电源（图3中的开关S）或使阳极电流小于维持导通的最小值（称为维持电流）。

如果晶闸管阳极阴极之间外加的是交流电压或脉动直流电压，那么，在电压过零时，晶闸管会自行关断。

第四章实验步骤

4.1电路原理设计步骤

1、查阅相关资料对设计说明

2、先给出总体方案并对工作原理进行说明

3、依次对各部分给出模块设计功能参数计算、分析计算说明

4、列出标准的元件清单

5、利用Protel99SE绘制原理图以及PCB板图

6、总体电路的绘制及电路原理说明

7、绘制实物图

4.2硬件焊接步骤

1分析原理图，掌握其局部原理以及基本功能

2购买元器件

3掌握焊接基本功能与方法，正确使用电烙铁，在焊接过程中不能出现虚焊等问题

4利用工具检测器件是否完好无损，进行筛选

5完成焊接，调试控制器。

第五章电路原理图及元器件库设计

5.1原理图设计

图5声光控延时开光控制器原理图

5.2CD4011原件库设计

图6CD4011

5.3元件清单

图7元件清单

5.4电气规则检查（ERC）

图8电气规则检查

5.5CD4011封装库设计

图9CD4011封装库设计

5.6网表生成/载入

图10网表生成/载入

5.7PCB板图

图11声光控延时开光PCB板图

第六章心得体会

这次课程设计将我们学到知识应用到实践，深化了对传感器设计的认识，是我们从实践中获得新知。

本次设计还有很多的不足，做得比较辛苦效果也许不好，很多东西平时学得也不透彻，我觉得这次课程设计从每一个细节都在锻炼着我们。

我希望我们都能从中收获很多，能把知识变成自己的东西。

在设计过程中，通过查阅资料，阅读文献，我们学到了很多切实有用的分析方法和技巧，这对于我们以后的学习有很大的帮助。

这更使我们认识到，学习学的是方法，设计学的是思想。

因此，要多总结别人的方法，来形成自己的思想，这样学到的东西才实实在在。

在这次课程设计中我们不仅学会了对于电子专业不可缺少的一种软件——PROTEL99SE,而且由于本次实训还使我们更加了解到想要成功设计出一种可以实现并且实用价值的电路是一件困难的事，在实训中了解到更多知识和设计电路时所必要的技巧。

从课程设计的选题，分析、设计到电路的焊接，再到电路的调试，最终完成课程设计，我们小组每一个人都付出了辛勤的劳动，我们每一个人都积极思考，认真对待，将自己的智慧贡献出来，最终完成设计。

在课程设计过程中，我们出现了很多问题，比如：

在设计过程中，面对电路的设计，我们通过信息检索，选择了很多设计方案，最终确定了以集成模块CD4011构成的声光控演延时开光控制器。

在原理图的设计过程中，我们通过学习Protel99se软件，将原理图进行设计，绘制，到最终生成PCB板图，再请商家进行制作。

在焊接过程中，我们首先学习焊接方法以及注意事项，在对器件的检查过程中，我们学会了色环电阻识别法，以及对器件的识别，如驻极体话筒的正负极和电解电容正负极的判断。

最终在调试过程中，我们要从开始检查，一步一步的检查问题，发现问题，最后排除问题，实现功能。

在这次的课程设计学习中，我们对自己的专业有更加正确的认识，在以后的操作中会不断提高自己的能力，不断完善自己，做出一个将理论转化为实践的优秀大学生。

参考文献

[1]常健胜，等.检测与转换技术，北京：

机械工业出版社，2005，NO：

150-193.

[2]邱光源，等.电路（第五版），高等教育出版社，2006.

[3]康华光，张林，陈大钦.电子技术基础模拟部分（第五版），高等教育出版社，2008.

[4]康华光，秦臻，邹寿彬.电子技术基础数字部分（第五版），高等教育出版社，2008.

致谢

本课程设计是在导师高教授的悉心指导下完成的。

导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。

不仅使我树了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。

本课程设计从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。

在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！

附件

图12实物图1

图13实物图2