声控 走 廊 灯.docx

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声控走廊灯

电子技术课程设计报告

设计课题：

声控走廊灯

姓名：

彭光林

学号：

08020423

专业：

电子科学与技术

指导老师：

郭建江

电子信息与电气工程学院

设计时间：

2010.6.30~2010.7.10

目录

1.摘要··················································3

2.课题简介··············································3

3.方案设计··············································4

系统框图··············································4

系统框图分析··········································4

4.各单元电路设计和参数计算······························5

传感器电路············································5

放大电路··············································5

T’触发器·············································6

单稳态电路············································7

驱动电路··············································7

5.系统调试和测试结果·····································9

测试仪器··············································9

测试环境··············································9

测试方法··············································9

测试数据··············································9

6.设计总结··············································10

7.参考文献··············································10

8.附····················································10

摘要

本系统用驻极体话筒来接受声音信号,并将其转化为声音信号.用LM324构成运放将微弱的信号放大.用两片CD4013分别构成T'触发器和单稳态电路,再加上一个单刀双置开关，当开关接在T'触发器即可实现击掌一次灯亮，再击掌一次灯灭。

当开关接在单稳态电路上即可实现击掌一次灯亮，过一段时间灯自动熄灭。

我们用三极管来作为发光二极管的驱动。

关键词：

驻极体LM324CD4013三极管

一．课题简介:

声控走廊灯在目前已得到广泛的使用，它给人们的生活带来了很大的方便，与其他灯相比最突出的优点就是节约了很大一部分电能。

生活中，不管是在居民的小区里，还是在工作的高楼大厦里，我们都能看到声控走廊灯的声影。

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。

声控走廊灯的设计要求：

（a）开关式控制：

击掌一次灯亮，再击掌一次灯灭。

（b）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，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。

二.方案的论证

单稳态电路部分

方案一:

用分立元件构成单稳态电路,不过此电路得到的波形不是相当可靠,可能会引起较大的误差.

方案二:

用555定时器来作单稳态电路,此电路能产生较好的波形,电路如图4.23和4.24所示:

方案三:

用CD4013来作单稳态电路,此电路也能产生较好的波形.

方案的选取:

从上面三个方案可以看出,方案二和方案三符合题意,但是从资源的利用上来说,方案三更好,故选择方案三.

三．方案设计

系统框图：

图1电路原理框图

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，在此电路中已满足条件。

四．各单元电路设计和参数计算：

1.传感器电路

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2驻极体话筒电路图3同相比例放大电路

2.放大电路

选用LM324放大电路如图3所示，LM324引脚图如图4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。

图4LM324引脚图因此取R3=1千欧，Rf=200千欧。

对于LM324的电源，我们采用6V的干电池单电源连接方式供电，故R3上再串联上一个小电容接地。

放大后的输出信号最好再经过一次整形处理我们采用图5的二极管1N4148和电容C构成的滤波电路，图中的10千欧电阻是为滤波电路的电容C提供了一个放电通路。

图6CD4013的引脚图

3.T’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到18V的电源均可且省点，所以选用CD4013实现T’触发器和单稳态电路。

CD4013的引脚图如图6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T’触发器的电路图如图7所示。

图7T’触发器和单稳态电路图8驱动显示电路

4.单稳态电路

选用CD4013加外围电路实现，如图7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。

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的显示，如图8所示。

下面对基极电阻RB和集电极电阻Rc的选取进行计算。

发光二极管如果选用普亮的发光二极管，流过的电流要求为5～10mA，选用高亮的发光二极管，流过的电流要求为1mA，发光二极管的管压降为1.8～2V。

下面以选用普亮的发光二极管ID=5～10mA为例进行计算。

Rc=Vcc-UD-UCES/ID=（6-2-0.3）V/5～10mA=370～740欧，

故图8中的R7=510欧。

三极管选用NPN型三极管9013，其电流发达倍数为60～120，Ics=5～10mA。

取放大倍数为100，Ics=10mA，故IBS=100微安。

IB=（Vcc-0.7）/RB，而IB=（3～5）IBS较好，代入上式得到RB=10～17千欧，故取RB=10千欧，即图8中的R6=10千欧。

综上所述，各单元电路计算完毕，总电路图如图9所示：

图9

五．系统调试与测试结果

4.1调试的仪器：

EE1641B1函数信号发生器

CS-183030M模拟示波器

DT890D数字万用表

DF1731SD3A直流稳压电源

4.2调试的环境：

时间2010-7

温度27度

4.3调试的方法：

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，但电信号比较微弱不能进行有效的测量，微弱的电信号经放大电路放大后的信号我们可以测量其电压的大小，看放大后的电压能否达到所要求的，如果没有，可以调节放大电路的反馈电阻增大其放大倍数。

再测试T＇的输出端Q经一次击掌后有没有达到高电平，二次击掌后是否为低电平。

最后再测试单稳态电路的输出端看是否得到所需的波形。

等单元电路测试都成功后，再把整个电路都连接好，看灯的亮灭情况。

4.4调试的数据：

击掌的次数

灯亮情况

击掌一次

灯亮

击掌二次

灯灭

击掌的次数

灯亮情况

延迟多长时间后灯灭

击掌一次

灯亮

3.0s

击掌二次

灯亮

2.9s

击掌三次

灯亮

3.0s

六．设计总结：

本系统采用驻极体话筒，LM324，CD4013等器件出色的完成了本题目的各项要求。

本系统当开关拨到T＇触发器，击掌一次灯亮，再击一次灯灭。

当开关拨到单稳态电路，击掌一次灯亮，过三秒后自动熄灭。

而且本系统采用的器件都非常便宜，在市场上都能买到。

七．参考文献：

1.江键,夏钟福,崔黎丽.神材妙用丛书:

神奇的驻极体[M].北京:

科学出版社,2003.

2.张新昌集成运算放大器的应用1985

3.王卿WANGQin 新余高专学报 浅谈器件CD40132005 10

（2） 

4.学位期刊论文电极结构优化对大功率GaN基发光二极管性能的影响-物理学报2007,56（10）

5.论文1.R面蓝宝石上生长的A面GaN;2.GaN基发光二极管的光电性能2004

八．附：

实物图