声光控延时电路课程概要.docx

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声光控延时电路课程概要

课程设计任务书

学生姓名：

XXX专业班级：

电信1104

指导教师：

曾刚工作单位：

信息工程学院

题目：

声光控制路灯电路

初始条件：

具备模拟电子电路的理论知识；具备模拟电路基本电路的设计能力；具备模拟电路的基本调试手段；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。

要求完成的主要任务：

（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1、光控：

白天，光照强，灯灭；晚上，光照弱，灯亮

2、声控在晚上起作用：

有声音，灯亮，延时30秒，灯灭；

无声音，灯灭

3、路灯用25W灯泡模拟

4、安装调试并完成符合学校要求的设计说明书

时间安排：

一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

目录

1声光控制路灯电路设计内容0

1.1设计目的0

1.2设计方案0

1.3原器件的选择1

1.4实物电路元件参数的测量2

1.5原理说明3

2电路焊接及调试4

2.1电路原理图的设计5

2.2焊接元件5

2.3测试与调试6

3元件清单7

4课程设计心得体会8

5参考文献10

本科生课程成绩测定表10

摘要

当代社会提倡节能，在这里我介绍一个声光双控延迟节能照明灯。

它可以直接取代普通照明开关而不必更改原有照明线路。

白天或光线较强的场合即使有较大的声响也控制灯泡不亮，晚上或光线较暗时遇到声响（如说话声，脚步声等）后灯自动点亮，然后经30多秒自动熄灭，适用于楼梯，走廊等只需短时照明的电路，以达到节能的目的。

关键词：

声光控制可控开关延时继电器

1声光控制路灯电路设计内容

1.1设计目的

通过此次声光控制电灯电路的设计，了解常用电子电路设计的思路与过程，了解怎么通过PROTELDXP绘制电路原理图，培养应用所学知识指导实践的能力。

同时，掌握声光控电路的基本原理，其所涉及的声光信号的采集以及信号的处理，将声光信号转换为电信号，然后通过BJT放大以及电容滤波，我们应该了解其时间控制电路，如何通过BJT控制继电器等。

1.2设计方案

方案设计框图如图一所示：

图1-2声光控延时电路方框图

由图可以看出，整个电路分为四大部分：

声光采集部分、控制部分、延时部分、继电器照明部分。

四大部分的工作原理在下面会详细介绍。

1.3原器件的选择

由于需判断声光信号，则需选用可以判断逻辑值的元器件。

这里选用芯片CD4011，CD4011有四个独立的与非门电路，内部功能见图1-3，VSS是电源的负极，VDD是电源的正极。

驻极体选用的是一般收录机用的小话筒，它的测量方法是：

用RX100档将红表笔接外壳的S、黑表笔接D，这时用口对着驻极体吹气，若表针有摆动说明该驻极体完好，摆动越大灵敏度越高.

光敏电阻选用的是625A型，有光照射时电阻为20K以下，无光时电阻值大干100M，说明该元件是完好的。

二极管采用普通的整流二极管1N4001。

延时电路采用RC延时电路，延时电路D、C、R组成。

T=R*C,C放电所需的时间就是白炽灯亮的时间，用0.7估算。

则可知灯亮的时间约为T=0.7R*C改变R和C的值时，可以调整灯亮的时间。

本题要求时间为30秒，则可选择C=10uF，R=4M。

计算大致时间T=0.7*R*C=28S。

继电器采用5V五脚，220V，10A的继电器，灯泡为题目要求的25W灯泡。

图1-3CD4001

图1-4-1声光控延时电路原理图

1.4实物电路元件参数的测量

（1）三极管电流放大系数，β=（Ic-Iceo）/Ib≈Ic/Ib=132.6；

（2）光敏电阻的阻值变化范围，当无光照时，R11≈512K，当有光照时，R11≈76K；

（3）滤波电容C3上的直流电压Uc3=13.62V；

（4）Mic两端电压Um=2.7V；

（5）在无光照的条件下，发出声音时，VT3发射极对地电压Uv=5.43V，没有声音时，VT3发射极对地电压Uv=0V。

1.5原理说明

整个电路分为四大部分：

声光控制部分、逻辑处理部分、延时部分、继电器外电路部分。

原理图为图1-4-1。

用9v直流电压为控制电路提供电源。

整个电路工作的前提是集成块的1、2脚输入高电平，经过三反相，集成块输出端输出高电平，然后触发继电器导通使灯泡发亮

在白天时，光敏电阻很小使得1脚输入低电平，电路封锁了声音通道，使得声音脉冲不能通过，经过三反相后集成块输出端输出低电平，无触发信号继电器不导通所以灯泡不亮；在黑夜时，光敏电阻因无光线照射呈高阻，使得输入端1脚变高电平，为声音通道开通创造了条件。

当没有声音时，三级管9014工作在饱和状态，集电极属于低电平，无触发信号供给继电器。

当有声音出入时，三级管由饱和状态进入放大状态，集电极由低电平转成高电平，使集成块输出一个高电平，触发继电器工作电路导通，灯泡发亮。

电路中应用了一个IN4001二级管来阻断，然后加上了一个4M的电阻与一个10uF的电容来控制电路的延迟时间，这个延迟时间主要是靠电容的放电使集成块持续高电平，让继电器持续在工作状态，当电容放完电后集成块输出低电平使继电器无触发信号而关断，灯自动熄灭。

调整与麦克风串联的电阻阻值或三级管的放大倍数都可以调节声控灵敏度，其工作原理主要是减小基极的工作电压。

声光控制电路电路由光敏电阻R7和驻极体话筒R11MIC构成，其中MIC所采集的声信号通过BJT构成的共射极放大作为芯片2脚的输入,R7则和R6构成串联分压电路，当白天有光照射时，光敏电阻阻值减小，所分的电压降低，则1脚无信号输入，而当夜晚无光时，光敏电阻阻值增大，所分的电压也增大，则1脚信号为高电平输入。

逻辑控制电路有CD4011芯片构成，内部为四个独立的与非门，当同时1、2脚为高电平时，3脚输出低电平，然后通过3脚接到4、5脚，则6脚输出为高电平，导致二极管D5导通。

同时9、10脚输入为高电平，则8脚输出为低电平，同理输入到12、13脚，则11脚输出高电平。

反之，则输出低电平。

延时电路由电容C3和电位器R4构成。

延时时间t的计算公式：

t≈R4*C4。

所以由以上关系式可以算出t、R4、C4的取值关系。

因为所要求设计的可调延时电路是要求30s,则可选R4=4M,C4=10uF。

继电器电路如下图，通过BJT来控制继电器内线圈有无电流：

当11脚输入为高电平时，BJT发射级就正偏，所以就能构成回路，有电流，则继电器工作，开关闭合。

当11脚输入低电平时，发射极无偏置电压，不能构成回路，则继电器线圈中没有电流，不能工作。

图1-4-2继电器电路

2电路焊接及调试

电路板的焊接以电路原理图为根据，实现电路设计者所需要的功能。

电路板的设计主要指版图设计，需要考虑外部连接的布局、内部电子元件的优化布局、金属连线和通孔的优化布局、电磁保护、热耗散等各种因素。

2.1电路原理图的设计

电路原理图的设计是整个电路设计的基础，它的设计的好坏直接决定后面焊接的效果。

具体设计的步骤如下：

第一步，启动ProtelDXP原理图编辑器　

第二步，设置电路原理图的大小与版面　

第三步，从元件库取出所需元件放置在工作平面　

第四步，根据设计需要连接元器件　

第五步，对布线后的元器件进行调整　

第六步，保存已绘好的原理图文档　

第七步，打印输出图纸

第八步，根据图纸作出电路焊接图

2.2焊接元件

焊点的标准：

焊点呈锥形，焊锡要适量，表面有光泽，光滑，清洁等。

根据焊接图，在电路板上焊接元件。

焊接时要特别注意不要出现在虚焊、短路等。

元件布局要美观，均匀，避免导线交叉，分清各个接线脚和正负极。

在布线时，应尽量避免跳线的情况，尽量做到连线整齐，笔直，干净。

焊接图实物如图2-3：

图2-3焊接图实物

2.3测试与调试

第一步：

仔细检查电路板，用表笔查看是否有虚焊、断路等情况；

第二步：

与原理图对应，一一检查元件是否焊在正确位置；

第三步：

观察话筒与光敏电阻的位置是否合格，是否有被挡住；

第四步：

用黑布遮住光敏电阻使其背光，然后说话，观察灯泡是否发光并观察灯是否亮30秒然后熄灭。

调试结果为灯持续亮26S,与原理计算结果28S相差不大，基本符合要求。

调试实物图如图2-3-1,图2-3-2

图2-3-1调试图实物（灯亮）

图2-3-2调试图实物（灯熄）

3元件清单

表3-1元件清单

元器件

型号

数量

芯片

CD4011

1

三极管

9014

2

电解电容

100uf

1

电解电容

10uf

2

瓷片电容

104

1

电磁继电器

5V五脚

1

二极管

IN4001

2

电阻

100

1

电阻

47K

1

电阻

2.2M

1

麦克风

54±2db

1

电阻

470K

1

电阻

1M

1

光敏电阻

625A

1

电阻

10K

1

电阻

4M

1

直流电源

9V

1

4课程设计心得体会

说实话，做这份课设指导书我的收获比以前的要大得多。

从Protuse、MATLAB、protel一路走过来，确实感到了课设是一个能真正让学生学到真东西的地方。

在开始的答辩时，老师注重得最多的应该是格式，我们常常因为一些“小四”“小二”等问题，被老师直接打回。

渐渐的，老师教会了我们学会去描述软件，将所做的东西清清白白描述在纸上，呈现给别人看。

而这次的指导书又不同，老师着重要我们掌握的是如何研究问题。

首先，这个社会必然会出现一种现象，这种现象需要得到改善。

我们作为一个设计者，应该拿出多种解决问题的方案。

就比如此次设计的声光控电路，可以有555计时器，也可以有其他的方案，但最终会产生一个最佳方案。

我们就以这个方案来实践。

在实践方案前，还要对原理，各模块进行展开分析，力求对每一部分了解透彻，而不是一知半解。

俗话说：

“实践出真知。

”只有实践了后才知道结果是否达到了自己的预期，或者说是否在时间过程中产生了更好的思路，这都是一个逐步学习的过程。

完成这次课程设计我觉得收获很多，不但进一步掌握了模电的知识及一门专业仿真软件的基本操作，还提高了自己的设计能力及动手能力。

更多的是让我看清了自己，明白了凡事需要耐心，实践是检验真理的唯一标准。

理论知识的不足在这次实习中表现的很明显。

这将有助于我今后的学习，端正自己的学习态度，从而更加努力的学习。

只有这样我们才能真正的去掌握它，而不是只懂得一点皮毛。

同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。

只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。

团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。

而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。

团队精神同样是很重要的，因为从头到尾，都是大家集体出主意，来解决中间出现的各种问题。

从原理图的最终敲定，到最后实物的焊接与调试，这都是大家分工合作的结果，正是因为大家配合得默契，每项工作都完成得很棒，衔接得很好，才使我们很快的完成了任务。

最后我们每个成员都能从中学到许多知识和经验，这也是我认为课设的目的所在。

5参考文献

[1]吴友宇，伍时和，凌玲.《模拟电子技术基础》北京清华大学出版社，2009

[2]刘华东.《电子CAD技术——Protel电路设计》清华大学，2007.06

[3]舒庆萤，凌玲.《电子技术基础实验.武汉理工大教材中心》2008

[4]康华光.《电子技术基础-数字部分（第5版）》高等教育出版社，2005.12

[5]周仲．《国产集成电路应用500例[M]》北京：

电子工业出版社，1992．

[6]李小坚.《ProtelDXP电路设计与制版实用教程》人民邮电出版社，2009.02.01

本科生课程成绩测定表

姓名

XXX

性别

男

专业、班级

电子信息工程1104班

题目：

声光控制路灯电路

答辩或质疑记录：

成绩评定依据：

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