声控走廊灯开关的设计大学论文.docx

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声控走廊灯开关的设计大学论文

模拟电子技术课程设计

题目：

声控走廊灯开关的设计

院系：

工学院电气与电子工程系

专业：

电气工程及其自动化

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

二〇一五年十二月

模电课程设计任务书

一、基本情况

学时：

30学时学分：

1学分课程设计代码：

07120102

适应班级：

14电气工程、自动化

二、进度安排

本设计共安排1周，合计30学时，具体分配如下：

实习动员及准备工作：

2学时

总体方案设计：

4学时

查阅资料，讨论设计：

14学时

撰写设计报告：

8学时

总结：

2学时

教师辅导：

随时

三、基本要求

1、课程设计的基本要求

模电课程设计是在学习完模拟电子技术课程之后，按照课程教学要求，对学生进行综合性训练的一个实践教学环节。

主要是培养学生综合运用理论知识的能力，分析问题和解决问题的能力，以及根据实际要求进行独立设计的能力。

初步掌握模拟电子线路的安装、布线、焊接、调试等基本技能；熟练掌握电子电路基本元器件的使用方法，训练、提高读图能力；掌握组装调试方法。

其中理论设计包括总体方案选择，具体电路设计，选择元器件及计算参数等，课程设计的最后要求是写出设计总结报告，把设计内容进行全面的总结，若有实践条件，把实践内容上升到理论高度。

2、课程设计的教学要求

模电课程设计的教学采用相对集中的方式进行，以班为单位全班学生集中到设计室进行。

做到实训教学课堂化，严格考勤制度，在实训期间累计旷课达到6节以上，或者迟到、早退累计达到8次以上的学生，该课程考核按不及格处理。

在实训期间需要外出查找资料，必须在指定的时间内方可外出。

课程设计的任务相对分散，每3名学生组成一个小组，完成一个课题的设计。

小组成员既有分工、又要协作，同一小组的成员之间可以相互探讨、协商，可以互相借鉴或参考别人的设计方法和经验。

但每个学生必须单独完成设计任务，要有完整的设计资料，独立撰写设计报告，设计报告雷同率超过50%的课程设计考核按不及格处理。

四、设计题目及控制要求

声控走廊灯开关

要求：

（1）办公楼或居民楼应用的声控开关；

（2）白天光线充足时，灯不亮；

（3）晚上光线暗，如无人声，灯不亮；若有人声，则亮。

五、设计报告

设计完成后，必须撰写课程设计报告。

设计报告必须独立完成，格式符合要求，文字（不含图形、程序）不少于2000字，图形绘制规范。

设计报告的格式如下：

1、封面

2、内容提要

3、目录

4、正文

（1）所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能；

（2）方案选择及论证；

（2）设计步骤及原理图；

（3）元器件的选择；

（4）设计过程中出现问题的解决方法；

5、心得体会

6、参考文献

六、考核方法

模电课程设计的考核方式为考查，考核结果为优秀、良好、中等、及格和不及格五等，分数在90-100之间为优秀，80-89分之间为良好，70-79分之间为中等，60-69分之间为及格，60分以下为不及格。

考核分三个方面进行：

平时考勤：

30%实验及设计成果质量：

40%课程设计报告：

30%

有下列情形之一者，课程设计考核按不及格处理：

1、设计期间累计迟到、早退达8次；

2、设计期间累计旷课达6节；

3、设计报告雷同率超过50%或无设计报告；

4、不能完成设计任务，达不到设计要求；

摘　要

声控灯是一种声控电子照明装置，由音频放大器、选频电路、延时开启电路和可控硅电路组成。

它提供了一种操作简便、灵活、抗干扰能力强，控制灵敏的声控灯，即可方便及时地打开和关闭声控照明装置，并有防误触发而具有的自动延时关闭功能，并没有手动开关，使其应用更加方便。

为了社会的进一步发展，因此，设计研制一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便的声控走廊灯节能自动开关显得相当有必要。

使公共场所和居民居住区的公共楼道灯在白天时不亮，晚上闻声自亮，待人走后，几十秒后自动关闭，既方便，又省电。

关键词：

光敏电阻二极管三极管

目录

第1章绪论-3-

1.1课题背景-3-

1.2声控灯的简介-3-

第2章系统方案设计-4-

2.1设计思路-4-

2.2设计要求-4-

2.3系统框图-4-

2.4系统框图分析-5-

第3章各单元电路设计和参数计算-6-

3.1传感电路-6-

3.2放大电路-6-

3.3T触发器-6-

3.4单稳定性电路-7-

3.5驱动显示电路-8-

第4章电路的调试-10-

4.1调试方法-10-

4.2调试数据-10-

4.3焊接调试过程-10-

总结-12-

参考文献-12-

第1章绪论

1.1课题背景

如今，光电产业的结合已经是未来光机电一体化趋势的代表。

这一结合最与我们息息相关的就是光控走廊灯的使用。

我们经常可以看到，每天傍晚，当天色较暗，走廊灯灯便自动点亮；每到清晨，当太阳照亮整个走廊时，走廊灯就自动熄灭。

其实，实现这些功能的并不是哪位辛勤的街道管理者，而是光电器件的杰作。

其中，其主要作用的，就是光敏电阻的使用。

本文所要做的，便是用软件模拟整个光控路灯的实现过程，仿真成功后制作真实电路[1]。

单片机电路仿真工具能够实现绘制电路原理图并提供连续性的仿真信息。

这样可以极大地缩短系统开发的时间和成本。

1.2声控灯的简介

通过声音和光的强弱来控制灯的亮暗变化。

在光线充足时，发出多大的声音声控灯都不亮,在光线不足时，只要声音达到一定程度它就发出了亮光。

这是由于声控灯是先通过光的强弱进行控制，当光的强度达到标准时就通过声音来控制。

其原理是利用了声学,光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[2]。

其中用到了光敏电阻，555定时器，二极管，三极管，麦克风等元器件所组成的放大电路，延时电路从而达到了对灯亮灭控制的目的。

第2章系统方案设计

2.1设计思路

声控走廊灯是把声音信号（如脚步声）通过传感器转化成电信号，用电信号来驱动电灯泡。

声控走廊灯具有的特点：

（1）．稳定性好，及时的为人们提供照明。

（2）．作用时间合理，人进楼道口时亮，人尽可能离开时熄灭，不要人在中途时就熄灭。

（3）．节能性好，声控走廊灯需很少的电就能工作很长时间。

2.2设计要求

声控走廊灯的设计要求：

（1）开关式控制：

击掌一次灯亮，再击掌一次灯灭。

（2）延时式控制：

一次击掌后灯亮，延时3秒后自动熄灭。

声控走廊灯的设计原理：

根据设计任务的要求，首先要将声音信号转化成电信号，这需要传感器电路，由于传感器电路输出的电信号比较微弱，所以我们需要放大电路，经放大后的电信号要实现开关式控制和延时式控制两种控制方法，开关式控制中要求击掌一次灯亮，击掌一次灯灭，如果将击掌信号视为触发脉冲，这上述现象恰好与T触发器的翻转功能相一致，到另一端所以我们选用T触发器实现开关失控制；延时式控制要求击掌一次后灯亮10秒钟自动熄灭，如果我们将上述击掌信号视为触发信号，将此触发信号加到一个单稳态触发器上恰好可以满足上述要求，所以我们在放大电路后面用一个双路开关实现上述两种控制方式，开关拨到一端实现开关式控制，开关拨到另一端实现延时式控制，经过T触发器或单稳态触发器输出的信号是数字信号[3]，驱动能力略显不足，所以我们考虑增加一级驱动放大电路，然后再输出给电灯控制电路。

2.3系统框图

图2.1电路原理框图

2.4系统框图分析

（1）.传感器是将声音信号转变成电信号，我们常用的是话筒。

市场上话筒的种类很多，我们选用的是驻极体话筒，驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。

属于最常用的电容话筒。

（2）.放大电路是将信号放大，由于这里对放大的信号没什么特殊的要求，所以我们采用LM324即可。

（3）.T触发器，由于厂家一般只生产JK触发器和D触发器，所以T触发器需要用D触发器改装得到。

（4）.单稳态电路，单稳态电路可以用分离元件自己搭，可以用555定时器构成。

我们这里仍用D触发器，因为一片CD4013有两个D触发器，做T只需一个D触发器，还有一个不能浪费，要充分利用资源，这样才会节省成本。

（5）.驱动电路，驱动电路我们采用常规的三极管驱动。

因为这里的信号功率不大，所以我们采用9013.9013是NPN型的小功率三极管[4]，在此电路中已满足条件。

第3章各单元电路设计和参数计算

3.1传感电路

本课题将声音信号转换成电信号的传感器选用驻极体话筒，驻极体话筒的电路如图所示，通过查找驻极体话筒的工作原理，可知输出电阻极高，考虑到电路的匹配，要求后级的放大电路有高输入阻抗与之匹配图中的100千欧电阻是为电容提供一个放电通路。

图3.2驻极体话筒电路图3.3相同比例放大电路

3.2放大电路

选用LM324放大电路如图3.3所示，。

由于驻极体话筒输入阻抗高，我们选用高输入阻抗的同相比例放大电路，反相比例放大电路的输入阻抗较低。

还有后续连接的是数字电路，如果后级选用TTL电路，要求本级输出的电压信号幅度大于2V，如果后级选用CMOS电路，要求本级输出的电压信号幅度大于3.5V如图3.3所示，设经驻极体话筒转换的电信号UA=20mV，经放大后的电压如果选用CMOS电路，则要求放大后输出电压UB>3V，这个放大后的输出电压也不要过高，以免过于灵敏。

这样有下式：

AU=1+Rf/R3=UB/UA>3/0.02=150取Au=200这样Rf=200R3.而在同相比例放大电路中，R3的取值范围为1千欧到几千欧，Rf的取值范围几十千欧到几百千欧，最大可为几兆。

3.3T触发器

采用CMOS电路实现，这是因为TTL电路的功耗大，且要求电源5V稳定，而采用CMOS电路3~18V的电源均可且省电，所以选用CD4013实现触发器和单稳态电路[5]。

CD4013的引脚图如图3.4所示。

根据设计要求，将击掌信号即为触发信号，利用CD4013中的一个D触发器实现触发器的电路图如图3.5示

图3.4CD404013的引脚图图3.5触发器与单稳态电路

3.4单稳定性电路

选用CD4013加外围电路实现，如图3.5单稳态电路所示，这里运用三要素法对电路中的R,C进行计算。

CMOS电路的阈值电压Ut=0.5Vcc。

当有击掌信号即触发脉冲到来时，Q置1对C开始充电，当充电电压到达阈置电平时UT时复位信号R有效，Q复位，单稳态过程结束。

f（t）=f（∞）+[f（0+）-f（∞）]e-t/T

上式中f（∞）=Vcc,f（0+）=0,以t=5～10s为例进行计算，代入上式得：

1/2Vcc=Vcc+[0-Vcc]e-5/T

得t=7.14～14.2

由于T=RC，取C=220微发，R=51千欧。

在图3.1的电路原理框图中，开关放在数字电路，但考虑到上述T触发器和单稳态电路之间不能直接线与，所以将上述开关修正到数字电路后。

3.5驱动显示电路

选用三极管电流放大电路，采用发光二极管模拟灯的显示，如图3.6所示。

下面对基极电阻Rb和集电极电阻Rc的选取进行计算。

图3.6驱动显示电路

图3.7总电路图

第4章电路的调试

4.1调试方法

首先对各单元电路进行调试，驻极体话筒接受声音信号并将其转化为电信号，但电信号比