xx声控小夜灯Finall Vision.docx
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xx声控小夜灯FinallVision
工程技术综合实践
项目设计报告
（电类）
项目名称：
声控小夜灯
指导教师：
项目成员：
西安xx大学工程训练中心
2013年05月25日
工程技术综合实践课程任务书（电类）
项目名称
声控小夜灯
申请日期
2014年3月13日
教师组长
xxx
电话
xxx
E-mail
xxx
成员
xxx
人数
4
功能要求
（1）当有较大的非连续声音（例如击掌）产生时，小夜灯自动点亮，延时一定时间之后自动熄灭。
（2）可以利用计算机的USB口和为小夜灯供电，增强小夜灯的实用性和移动性。
（3）小夜灯可实现多种亮灯模式的切换，方便用户的使用。
要完成内容
项目管理；成本核算与记录；资料的收集整理；项目分析与调研；确定项目方案；元器件选择；硬件电路设计；PCB设计与制作；元器件安装与调试；C语言编程与调试；壳体设计与制作；装配与总调试。
技术及工艺要求
（1）使用简易实验板进行前期实验。
（2）进行PCB电路板的制作、装配与总调试。
（3）完成本“声控小夜灯”的外面包装的设计。
（4）最终实现内部电路稳定、外观美观、操作简便、符合实际要求的声控小夜灯。
主要涉及知识等
单片机基础知识、C语言编程、延时电路的设计、运算放大电路的设计、基本元器件的使用、PCB设计与制作（protel），工业设计。
项目工作分配（包括材料成本核算与记录、项目管理、文档与具体工作任务等）
序号
工作内容
序号
工作内容
1
项目管理，项目分析与调研
6
C语言编程与调试
2
元器件选择与购买，成本核算与记录
7
壳体设计与制作
3
确定项目方案，硬件电路设计
8
产品装配与调试
4
PCB设计与制作
9
5
元器件安装与调试
10
项目论证过程
1.1结构框图及说明
1.2系统原理图及工作原理
从上面结构框图及分析，可以画出AtiumDesigner原理图：
图1-2-1声控小夜灯原理图
由图1-2-1，可以知道该电路的工作原理。
当外界产生声音信号时，驻极体话筒将声音信号转换为微弱的电信号，电信号经阻容耦合后输入到三极管T1的基极，因为三极管工作在放大区，所以集电极电流ic=
*ib,（三极管为S9014,电流放大系数
=380），从而在集电极电阻Rc1=1
的两端产生了放大的电压信号；将此电压信号输入到三级管T2的基极，原理和第一级放大相同；最终将经过两级放大电路放大的电信号从T2管的集电极输入到单片机STC89C52的P3^7口，P3^7口内部有一个施密特触发器，用来判断I/O口的高低电平，若将放大后的电信号输入则P3^7口为低电平；PCB板上的四个按钮分别接P3的I/O端口，用来切换功能以实现控制亮灯的时间及方式，若按钮key1被按下，LED亮10S后自动熄灭，若key2被按下，LED亮20秒后自动熄灭……。
1.3单元电路设计及各电路中元件介绍
1.3.1电源部分
采用USB接口供电，电压VCC=5V,可接计算机，移动电源，手机充电器等等。
相比普通电池组供电，USB供电具有环保，输出电压稳定，重量轻等优势。
图1.3.1USB接口示意图
1.3.2驻极体话筒
驻极体话筒的结构与工作原理
驻极体极头的基本结构由一片单面涂有金属的驻极体薄膜与一个上面有若干小孔的金属电极（称为背电极）构成以及它们中间的几十μm厚的尼龙隔离垫组成，如图一所示。
驻极体薄膜实际上是一种很薄的特氟隆膜。
当此种膜经过高压极化处理之后，在其上面可以长期保留住一定数量的负电荷。
因为在振膜的正面是负电荷，在其感应作用，在具有金属镀层的背面和金属极板上，同时感应出等量的正电荷
驻极体面与背电极相对，中间有一个极小的空气隙，形成一个以空气隙和驻极体作绝缘介质，以背电极和驻极体上的金属层作为两个电极构成一个平板电容器。
电容的两极之间有输出电极。
由于驻极体薄膜上分布有极化电荷。
当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时；改变了电容两极版之间的距离，从而引起电容发生变化，由于驻极体上的电荷量恒定，根据公式Q=CU可知:
当C变化时必然引起电容器两端电压U的变化，从而输出电信号，实现声--电的变换
驻极体话筒的特性参数
工作电压U
U是指话筒正常工作时，所加在话筒两端的最小电压。
视型号不同而不同，即使同一种型号也有较大的离散性，通常在1.5～12V之间
工作电流I
I是指话筒静态时流过话筒的电流，它就等于场效应管的IDS.与工作电压类似，工作电流的离散性也较大，通常在0.1～1mA之间。
负载电阻R的选择
场效应管的电路状态取决于负载电阻R和电源电压U的大小。
R的大小可由下式算得：
本电路中R=4.7K
为方便调整驻极体话筒灵敏度，用一个电位器代替固定电阻R。
1.3.3放大电路
图1.3.3放大电路原理图三极管s9014
图1.3.3两级共射放大电路
放大电路采用分立元件构成的三极管放大电路。
电容C4为耦合电容，作用是“隔直流，通交流”；R5为基极偏置电阻，作用是分压，使三极管发射结正偏；R6,R7的作用是将电流信号转换为电压信号。
1.3.4电路仿真
图1.3.4用protues绘制的仿真原理图
Protues是一款著名的电路仿真软件，protues元件库中包含许多型号的单片机。
进行电路仿真可以事先判断电路能否正常工作，还可以排除电路故障，从而大大提高了效率。
经过仿真后的电路可靠性高。
仿真步骤：
1.从protues库中调用相关元件；
2.照原理图绘制仿真电路；
3.用C语言写单片机程序，并生成hex文件（十六进制文件）；
4.双击单片机，将晶振频率改为6MHz,并把hex文件导入到单片机；
5.运行电路，观察仿真结果。
安装及调试
2.1安装过程
1.元器件检测：
用万能表检测每个电阻的阻值，分别归类，以便后面电路板上的焊接正确；
将万用表打到欧姆档，黑表笔接驻极体话筒负极，红表笔接驻极体话筒正极，然后对着话筒吹气，若示数变化显著则驻极体话筒良好。
三级管引脚的判别：
将三极管9014平面朝上，则三个引脚依次为E,B,C然后将万用表打到hfe档，将9014插入NPN相应插孔，然后可读出三极管电流放大系数
2.的安装及手工焊接：
对于元件安装就是依照电路图将所选元件连接到电路板上，连接时要注意元件按照电路图逐个连接，分类进行，连接电阻时要注意其电阻的阻值和类别，注意焊接电解电容，驻极体话筒，三极管等元件时注意极性。
安装好后要进行焊接，电烙铁要先进行预热，达到一定温度后才能进行焊接，焊接时要注意不要虚焊，不能过长时间焊同一个点，否则会损坏。
下图是焊接完成的声控小夜灯：
Toplayer（实际效果图）Toplayer（AltiumDesigner3D图）
焊接好后的电路板图
BottomLayer（AltiumDesigner3D图）
2.2调试过程
由于前期在原理图生成PCB板图过程中，部分元器件封装没有在protel99se自带的元件封装库中加载不完全，部分元件没有在PCB板图上生成，在自己手工画的封装是按照原理图画出来的封装，因此有部分元件在PCB板图上的管脚与电子元件实物管脚未能对应起来，进而在PCB图制板后生成PCB板与设计时的初衷不完全一样。
第一次调试时，按照原理图把各个元件管脚焊接在PCB板上，当时并没有意识到原理图与实际上的PCB板图上管脚不对应的问题，并且在PCB板上的交流电线的底座两个焊点之间距离设计的大于实际端子距离。
三极管的管脚和实物上的不对应，实物管脚从上到下排列依次为集电极，基极和发射极，如下图所示，
PCB板途中管脚从上至下依次为基集，发射极和集电极，未改正该错误，采取将基集和发射极按照正确的焊点焊接起来，错误的集电极通过一根硬质金属线将焊接与其直接焊接，然后通过这根导线绕过基集和发射极（距离较远，且为硬质金属，并且处于干电池供电工作区，电流、电压均较小，所以在此不考虑其短路状况出现），但为保证三极管能准确无误的处于工作状态，还是采取安全的绝缘措施，在其间充满绝缘胶水，待其凝固即实现上述安全功能。
下图为单片机STC89C52：
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
在生成PCB板图时，元件封装使用的是前者管脚分布，故在生成后的PCB板与实物管脚有所差别，并不能直接焊接到焊点上，需要用导线将对应的管脚焊点和管脚焊接起来，将原PCB板上的几根布线删除（断路，将其拆除），这样改正后功能就可以实现了。
设计不合理的地方还有交流电部分的布线不够粗，部分焊点的孔径应该设置的大一点，这样既安全又容易实现焊接。
电路板也因此损毁，接下来的测试在进行了上述的仔细思考和周密的逻辑推理后动手焊接第二块PCB板，问题得到了解决。
程序设计
程序流程图
YN
Y
N
源程序
/*本程序用来控制声控小夜灯*/
#include/*头文件*/
#defineuintunsignedint/*宏定义*/
#defineucharunsignedchar
sbitIN=P3^7;/*定义P3^7口为信号输入*/
sbitkey1=P3^2;/*定义按钮*/
sbitkey2=P3^3;
sbitkey3=P3^4;
sbitkey4=P3^5;
voiddelay（ucharz）;/*子函数声明*/
voidlight20s（）;
voidlight10s（）;
voidlight_flow（）;
ucharkeyscan（）;
voidsound_scan（）;
/*主函数部分*/
/*****************************************************/
voidmain（）
{uintresult=0;
while（!
result）
{
result=keyscan（）;
}
delay（17）;/*延时3s,目的是避免按键声响使LED点亮*/
while
（1）
{
while（IN）;
if（result==1）
light10s（）;
if（result==2）
light20s（）;
if（result==3）
light_flow（）;
if（result==4）
sound_scan（）;
}
}
/*******************************************************/
ucharkeyscan（）/*定义一个带返回值的按钮扫描程序*/
{
ucharnum;/*按钮被按下时，相应的I/O口被拉为低电平*/
if（key1==0）
num=1;
elseif（key2==0）
num=2;
elseif（key3==0）
num=3;
elseif（key4==0）
num=4;
else
num=0;
returnnum;
}
voidlight10s（）/*定义自动亮10S的灯*/
{
P1=0x00;
P0=0x00;
delay（60）;
P1=0xff;
P0=0xff;
}
voidlight20s（）/*定义自动亮20s的灯*/
{
P1=0x00;
P0=0x00;
delay（115）;/*调用延时函数，延时精确20s*/
P1=0xff;
P0=0xff;
}
voiddelay（ucharz）/*定义延时函数*/
{
uinti,j;
for（i=1000;i>0;i--）
for（j=z*8;j>0;j--）;
}
voidlight_flow（）/*流水灯程序*/
{
ucharx,y;
ucharcodetable[]={
0xff,0xfc,0xf8,0xf0,
0xe0,0xc0,0x80,0xff};
for（y=0;y<10;y++）
{
for（x=0;x<8;x++）
{
P1=table[x];
P0=table[7-x];
delay
（1）;
}
}
}
voidsound_scan（）/*直到下一次次接收到声音信号LED才熄灭*/
{
P1=0x00;
P0=0x00;
delay（30）;
while（IN）;
P1=0xff;
P0=0xff;
delay（13）;
}
学习心得
阶段一：
protel99se软件学习阶段
在学习绘图软件protel99se时，从网上下载了一个8小时protel99速成视频教程
（Wang1jin带您从零学PROTEL99SE8小时视频教程内容简介）
该教程内容围绕一个比较复杂的51单片机元件库实验板为实例，对于数字电路课程还没有学习的初级学者而言还是比较困难的，后来在指导老师和同学推荐的简易视频教程以及各位同学的热心帮助之下，用protel99软件绘制成功元件库、电路原理图及各元件的封装图，在由原理图生成PCB板图时，部分元件未能导入，经过在网上查找资料，查阅相关资料知道是因为封装填写不对应，改正封装并更新到当前PCB板图中，问题的到解决，所有元器件成功的连接在一起，然后先采用自动布线方式布线，然后手动调整部分布线路径，使得布线均匀，并调整布线的线宽。
汉字放置时也出现乱码，放置错误等问题，采用汉字随意放置库文件，按照说明安装，最终成功的将组员名字和项目名称放置在PCB板上，至此PCB制作流程全部完成。
由于protel99SE版本过老，不能高效的完成制作原理图和PCB的要求，所以组员们开始学习AltiumDesignerDXP,学习过程和上述类似。
由于缺乏经验，虽然我们大体上把PCB图制好了，但是还有很多地方不符合规范，例如PCB布线需要泪滴化（Teardrops）,PCB顶层和底层需要覆铜等等，最后在老师的指导下我们小组通过在网上查阅相关资料后终于解决这些问题。
阶段二：
焊接调试阶段
错误：
焊接时候电烙铁温度不够高，导致焊锡未能吸附在元器件的引脚上，造成部分元件虚焊；
教训：
1.一些参数不是很确定的元件尽量使用参数可调节的，例如电位器，可调电容……;2焊接的时候一定要正确使用电烙铁，温度要适宜，多用助焊剂和松香，这样焊接的焊点坚固又光滑。
3.焊接的时候应该一次性把所有元件插在PCB对应位置上，焊接前务必所有组员认真检查，无误后开始焊接，这样可以提高焊接效率。
项目组成员及分工
序号
姓名
学号
班级
工作内容
备注
1
xxx
xx
电信xx
程序书写，电路板焊接调试，任务书书写
2
xxx
xx
电信xx
原理图,protel,PCB制版图绘制，任务书书写
3
xxx
xx
电信xx
采购元器件，电路板焊接，任务书书写
4
xxx
xx
电信xx
查找资料，protel制图
零件清单
序号
名称
规格
型号
数量
1
51单片机
STC89C52
STC
3
2
白光LED
40
3
4脚按钮
10
4
6脚开关
10
5
电阻
110
色环
30
6
电阻
470
色环
30
7
电阻
10k
色环
30
8
电阻
4.7K
色环
30
9
电阻
1M
色环
30
10
电组
1k
色环
30
11
电容
10uF
电解电容
15
12
电容
30pF
瓷片电容
15
13
三极管
9014
15
14
单片机底座
3
15
USB接口
6
16
可调电阻
3296
4.7k
3
17
可调电阻
3296
3k
2
18
驻极体话筒
5
19
白发红led
16
20
白发蓝led
16
21
白发黄led
16
覆铜前的PCB
覆铜之后的PCB
原件封装图
四脚开关封装图实物图
Led封装图
USB接口封装图
驻极体话筒封装图
六脚开关封装图
装置总造价表
组号
F4
项目名称
声控小夜灯
电子原件（元）
电路板（元）
底座制作（元）
合计（元）
填表人：
xx
2014年6月10日
课程总结
这学期选了工程训练实践这门课使我们小组所有的成员都学会了很多。
从确定课程内容，项目原理，protel作图，pcb制图，焊接，调试，到最后的作品。
期间我们遇到了很多的问题，也正是从这些问题中，我们认识到了自己知识储备的匮乏。
一：
刚开始要在众多给定选项中选择制作项目其实是一件比较困难的事，经过商讨我们最终决定选择制作声控小夜灯。
接下来就要考虑是使用纯硬件电路还是程序与电路结合，考虑到将所学编程知识实践化我们选择软硬结合的电路。
对电子设计几乎零基础的我们，一边参考一边学习。
所以我们在网上找了一个电路加以修改，使其达到基本要求并且多样化。
二：
接下来我们便根据电路开始设计原理并绘图。
可是新的问题出现了：
小组所有的成员都不会用protel。
硬着头皮，我们观看教程，请教老师，在花费了一个星期的时间后，终于大家都能较为熟练地操作制图软件了。
在之后的绘图过程中，几乎所有的绘图问题都能得以解决，作图的效率非常高，这使我们感到兴奋和自豪。
学会protel对我们来说无疑是一份宝贵的财富。
三：
在如此高效率的工作下，我们的进展较为顺利。
可是随着时间的持久组内滋生了懒惰的情绪，在组员的相互鼓励与支持下大家又打起了精神完成了作品的后期焊接与调试工作。
经过此次工训综合实践课，我们对电子世界有了更深的了解，走出了纯课本的学习。
在这个过程中我们增强了动手能力，思考能力，将所学知识实践化，这对我们小组每个人而言都是一笔宝贵的财富。
再者就是增强了每一个人的团队协作交流能力，毕竟一个人的力量是有限的，组员间的知识互补能够促进工作的顺利进行。
最后感谢雷老师的耐心帮助，帮我们分析解决过程中遇到的一些问题，这才使得我们的作品顺利完成！
2013年6月10日
工程技术综合实践成绩评定表
姓名
学 号
班 级
组 号
题目：
答辩记录：
成绩评定依据：
序号
评定项目
成绩
备注
1
作品质量
2
文档质量
3
团队协作
4
过程表现
5
答辩
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
年月日
工程技术综合实践成绩评定表（该表每生一张）
姓名
学 号
班 级
组 号
题目：
答辩记录：
成绩评定依据：
序号
评定项目
成绩
备注
1
作品质量
2
文档质量
3
团队协作
4
过程表现
5
答辩
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
年月日
项目组学生成绩统计表
序号
姓名
学号
班级
成绩
备注
1
xx
xx
电信xx
2
xx
xx
电信xx
3
xx
xx
电信xx
4
xx
xx
电信xx
指导教师（签字）：
升级会员 