电工电子课程设计简易声控延时照明灯.docx
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电工电子课程设计简易声控延时照明灯
题目：
___简易声控延时照明灯__
班级：
________________
学号：
__________
：
__________________
指导教师：
___________
时间：
课程设计任务书
班级：
：
指导教师：
设计题目：
简易声控延时照明灯
设计任务
查找一个感兴趣的电工电子技术应用电路，要求电子元件超过30~50个或以上，根据应用电路的功能，确定封面上的题目，然后完成以下任务：
1、分析电路由几个部分组成，并用方框图对它进行整体描述；
2、对电路的每个部分分别进行单独说明，画出对应的单元电路，分析电路原理、元件参数、所起的作用、以及与其他部分电路的关系等等；
3、用简单的电路图绘图软件绘出整体电路图，在电路图中加上自己的班级名称、学号、等信息；
4、对整体电路原理进行完整功能描述；
5、列出标准的元件清单；
设计要求
1、调研，查找并收集资料；
2、总体方案设计；
3、电路设计和电机参数计算；
4、绘制电气原理图；
5、撰写设计说明书（字数约3000左右）；
6、参考资料目录。
参考资料
1、家贵；《电子电路设计》；计量；2005年6月
2、福安；《电子电路设计与实践》；科学技术；2001年10月
3、王澄非；《电路与数字逻辑设计实践》；东南大学；1999年10月
4、银华；《电子线路设计指导》；航空航天大学；2005年6月
5、阎石；《数字电子技术基础》；高等教育；2006年5月
6、天旺；《PROTEL99SE电路设计应用教程》；电子工业2007年6月
7、闫胜利；《AltinumDesigner6.x》；电子工业；2007年6月
8、童诗白；《模拟电子技术基础》；高等教育；2006年5月
教研室主任签字：
年月日
一、总体方案与原理说明………………………………………………….…4
1.1、主要原理说明…………………………………………………...…4
1.2、总体电路原理图………………………………………………..…5
1.3、总体电路原理相关说明…………………………………….……6
二、电路设计……………………………………........................................7
2.1、单元电路一 ——声强监测电路和声强信号处理电路……...….7
2.2、单元电路二——延时控制电路和照明灯开关电路………...…8
2.3、单元电路三——电源电路………………………………,…,…10
三、元件清单……………………………………………………,…,…..11
四、参考文献……………………………………………………,,……12
五、设计心得……………………………………………………,….....13
一、总体方案与原理说明
总体方案
1、查阅相关资料，了解简易声控延时照明灯电路的原理与作用。
2、通过文献了解各种简易声控延时照明灯电路设计方案。
3、自行设计一种简易声控延时照明灯电路。
4、使用protel画图软件画出电路图。
5、列出元件清单。
1.1、主要原理说明
简易声控延时照明灯电路的总体框图
简易声控延时照明灯电路的总体框图如图1所示。
它是由声强监测电路、声强信号处理电路、延时控制电路、照明灯开关电路和电源电路5部分构成的。
声强监测电路的功能是利用MIC（麦克风）的特性，即当MIC接收到足够的声强时，在该电路产生谐振后输出一个微弱脉冲，从而将声音信号转换为电信号。
声强信号处理电路的处理电路的功能是将声强监测电路输出的电信号进行放大和整流，从而得到一个电平信号，为控制电路作准备。
延时控制电路的功能是利用555集成电路构成可重复触发的单稳态电路，从而实现照明灯的延时控制。
照明灯开关电路的功能是实现控制电路和照明灯电路的强弱电转换。
电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电源。
延时照明灯的主要电路如下图所示。
图中K为拉线开关或墙壁开关，当K闭合后，该延时电路不工作，电灯处于正常的发光状态。
当K被关断后，该电压一方面经R1向电容C充电，由于在C的充电期间没有电流流过R2，则三极管V一直处于截止状态；另一方面，该电压经R3、R4向可控硅SCR提供触发电压，使可控硅处于导通状态，因此在关灯后电灯亮一段时间。
当电容C被充足电后，使三极管V由截止转为导通状态，将可控硅SCR关断，电灯也就熄灭了。
本电路关灯延时期间，延时时间由R1、C的取值来确定，也可根据各自需要自行确定。
在关灯延时期间电灯的亮度约为开灯时亮度的一半，以适合人们的视觉上的需要，同时又可节能。
1.2、总体电路原理图
简易声控延时照明灯电路的总电路图
1.3、总体电路原理相关说明
简易声控延时照明灯电路的总电路图如上图所示，它是由声强监测电路、声强信号处理电路、延时控制电路、照明灯开关电路和电源电路5部分构成的。
声控作为智能化电路的一部分是一可缺少的；然而要实现声控也不是一件容易的事，因为声音是一模拟量且非电信号无法在数字电路中使用，所以我们在设计声控电路时就面临怎样把模拟量转化为数字量，把声音信号转化为电信号的问题。
要解决这个问题我们可以设计一个类似于‘窃听器’的接收设备专门用来接听声音信号并将声音信号转化为电信号转送到下一级电路。
但是作为声控电路对声音信号的要求既不能太强也不能太弱，太强声控难以实现；而太弱电路结构复杂也难以实现，所以最好是能接收到如人的讲话声，脚踏地板声。
当这类信号转化为电信号时，电信号一般较弱，必须对其进行放大对此可选择功放电路，运放电路，差分电路等，根据电路对信号的要求一般选择运放电路较好，提高信号输出电压。
经过这一步实现了声音信号到电信号的转换。
有了电信号实现声控就容易了，我们可以让产生的电信号去触发触发器使电路导通。
对于这样的电路设计对外加电源的要求必须稳定，不断电，故最好再为其设计一个稳压电路这样才能使电路稳定工作。
而对元器件的要求也较高，特别是半导体器件必须保证灵敏度高，各电参数精确稳定，这样电路才能高效地工作。
如今对于这样的电路设计我们以不必为其烦恼，因为有了声音传感器，可以直接将声音信号转换为电信号，大简化了电路结构，使声控电路的设计显得更加容易。
下面就运用声音传感器设计的声控照明电路加以分析：
声控照明电路的主要原理是利用了声学和电子学的原理即用声音传感器将声音信号转换成电信号从而推动触发器触发使电路导通工作。
作为一个智能化声控照明电路应具有以下功能：
①能在声音的控制下实现电路的导通与截止。
②声音的发出应是多方面的如脚步声，物体打击声等。
③响应时间应越短越好。
为此在选择电路元器件时应选择灵敏度较高的声音传感器组成声控照明电路控制电路的前端，同时我们还要为该传感器设置传感条件如声音响度必须在20DB以上才能响应等。
中间端采用触发器构成，利用触发器不触不发，一触即发的特点去推动照明电路工作，触发器的选择也应选择灵敏度高，响应时间短的触发器如D触发器，JK触发器等。
二、电路设计
2.1、单元电路一——声强监测电路和声强信号处理电路
如图1所示声强监测电路实际上就是一个MIC，即当MIC接收到足够的声强时，电路产生谐振并输出一个微弱脉冲，从而将声音信号转换为电信号。
图中所示声强信号处理电路包含两个部分，分别为信号放大电路和整流电路。
MIC的输出信号是一个十分微弱的信号，为了后续电路能够对声强信号进行处理，因此必须加入信号放大电路。
图中所示信号放大电路是有电阻R1~R4、T1、T2和C1~C3构成，电路中采用了双三极管构成放大电路，这样就可以使得电路的放大倍数比单管放大电路的放大倍数增加β倍，从而得到更合适的信号。
R2和R3为放大电路的集电极偏置电阻，C1和C2为放大电路的滤波电容。
R1和R4为放大电路的反馈电阻，它们的功能是保证放大电路有一个稳定的静态工作点和稳定的输出电压，C3的作用是减少电路中加入反馈电阻对放大倍数的影响。
电路中的延时控制电路一般采用电平信号触发，因此有必要对放大的交流信号进行整流。
如图1所示电路中采用了由C4、D1和D4构成的倍压整流电路，倍压整流电路不但能够完成整流的任务，同时还可以将输出电压值增大一倍。
这样当MIC接收到了足够大的声强后，声强信号处理电路通过放大和整流就输出了一个高电平信号V。
图1声强监测电路和声强信号处理电路
2.2、单元电路二——延时控制电路和照明灯开关电路
如图2电路所示，延时控制电路的核心部分是555集成电路，555集成电路是一种非常有用的，并且应用十分灵活的集成电路。
555集成电路的引脚图如图3所示。
集成电路共有8个引脚，引脚1为接地端，引脚8为电源端，引脚2为出发电平端，引脚3为输出端，引脚4为清零端，引脚5为控制电平端，引脚6为阀值输入端，引脚7为放电端。
如图2电路所示，延时控制电路包含两部分：
第一部分是由三极管构成的触发信号产生电路；第二部分是由NE555集成电路构成的重复触发的单稳态电路。
首先，声强信号处理电路的输出信号V1接入三极管T1的基极。
因为MIC接收到了足够大声强后，V1为高电平，则三极管T1饱和，使T1集电极和发射极之间的电压VCE约为0.3V，VCE接入555集成电路的TRIG端作为触发
电平。
如图2电路所示，555集成电路构成的可重复触发的单稳态电路处于稳态时，
，
，
，放电管导通。
当
时，电路进入暂稳态，此时
，放电管截止。
同时直流电源通过可变电阻R2对电容C1进行充电，使得VTHR值慢慢升高，当VTHR值升高到
时，电路重新进入稳态，
，放电管导通。
电路暂稳态的持续时间，即C1的充电时间取决于可变电阻R2和电容C1的数值，其计算公式为（设可变电阻
）：
（1）
当MIC持续接收到足够大的声强时，那么V1一直为高电平，T1始终饱和导通，VCE持续为0.3V，这样使得T2始终导通，电容C1就可以通过T2进行放电，电路将无法对电容C1进行充电。
这样电路将一直保持为暂稳态，直到声强信号消失，电路才可能重新进入稳态，从而可以满足设计要求。
由于照明灯通过的是大电流，直流电源一般无法提供大电流和大功率，因此照明灯需要交流供电，从而电路中的开关需要采用继电器电路。
而一般555集成电路的输出电流无法驱动继电器，因此需要加入电流放大电路。
如图2电路所示，三极管T3构成的电流放大电路是一种比较典型和简单的电路。
其中R3为限电流电阻，防止输入电流过大烧毁三极管。
T3接成共集电极电路，当输入电压为高电平时，三极管导通并饱和，将输入电流放大β倍；当输入电压为低电平时，三极管截止，无电流通过。
继电器连接T3的发射极，当有电流驱动时，开关吸合，照明灯通电；当无电流驱动时，开关断开，照明灯不通电，同时在继电器两端并联二极管以利保护。
图2延时控制电路和照明灯开关电路
图3555集成电路的引脚图
2.3、单元电路三——电源电路
电源电路的设计可以采用两种方法来实现：
第一种方法是采用电池供电，需要注意的问题是选择合适电池的指标参数与电路相匹配。
第二种方法是采用如图3所示电路，直接从电网供电，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳态电路将电网的220V的交流电转化为+12V直流电压。
电路中变压器采用常规的铁心变压器，整流电路采用二极管桥式整流电路，C1、C2、C3、和C4完成滤波功能，稳态电路采用三端稳压集成电路来实现。
图3电源电路
三、
元件清单
简易声控延时照明灯元器件清单
符号
类别
数目
R1
300kΩ
1
R2~R5
4kΩ
4
R6
可变电阻
1
R7
10kΩ
1
R8
1kΩ
1
D1~D3
二极管IN4148
3
T1~T3，T5
三极管9013
4
T4
三极管9012
1
C1
4.7µF
1
C2~C4
10µF
3
C6
0.01µF
1
C7
470µF
1
C8，C10
0.1µF
2
C5，C9
47µF
2
T
TRANSI
1
D
BRIDGEI
1
U1
NE555
1
U2
MC78L12CP
1
四、参考文献
1、家贵；《电子电路设计》；计量；2005年6月
2、福安；《电子电路设计与实践》；科学技术；2001年10月
3、王澄非；《电路与数字逻辑设计实践》；东南大学；1999年10月
4、银华；《电子线路设计指导》；航空航天大学；2005年6月
5、阎石；《数字电子技术基础》；高等教育；2006年5月
6、天旺；《PROTEL99SE电路设计应用教程》；电子工业2007年6月
7、闫胜利；《AltinumDesigner6.x》；电子工业；2007年6月
8、童诗白；《模拟电子技术基础》；高等教育；2006年5月
四、设计心得
在此次简易声控延时照明灯设计过程中，熟悉简易声控延时照明灯工作原理和其具体的使用方法，也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。
虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题。
设计本身并不是有很重要的意义，而是同学们对待问题时的态度和处理事情的能力。
至于设计的成绩无须看的太过于重要，而是设计的过程，设计的思想和设计电路中的每一个环节，电路中各个部分的功能是如何实现的。
各个元件能够完成什么样的功能，使用各种元件时应该注意哪些要点。
另外，我们在设计过程中提高了动手能力。
同时，在这次设计过程中，我也对word、画图等软件有了更进一步的了解，这使我在以后的工作中更加得心应手。
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