声光控制楼道灯开关设计4.docx

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声光控制楼道灯开关设计4

榆林职业技术学院神木校区

2010级毕业设计（论文）

声光控制楼道灯开关设计

题目声光控制楼道灯开关设计

班级矿山机电

专业矿山机电

学生姓名穆小翠

指导教师马小荣

二零一五年三月二十日

院系专业

年级姓名

题目

指导教师

评语

指导教师（签章）

评阅人

评语

评阅人（签章）

成绩

答辩委员会主任（签章）

年月日

毕业设计任务书

班级学生姓名学号专业

发题日期：

年月日完成日期：

年月日

题目

题目类型：

工程设计技术专题研究理论研究实验论证

一、设计任务（课题背景、意义和培养目标，工程设计类应有技术经济分析要求）

二、具体工作内容（原始数据、技术要求、工作要求）

三、应交出的设计文件及实物（包括设计论文、论文字数、图纸规格、数量，外文翻译字数，程序清单或磁盘、实验装置或产品等）

四、指导教师提供的设计资料

五、要求学生搜集的技术资料（指出搜集资料的技术领域）

六、设计进度安排

第一部分（4周）

第二部分（6周）

第三部分（2周）

评阅及答辩（1周）

指导教师：

年月日

系主任审查意见：

审批人：

年月日

榆林职业技术学院神木校区2015年制

摘要

为了适应发展，更好的锻炼自己，使理论和实践更好的结合，根据学校指示做了这次毕业设计。

毕业设计是高职教学过程中一个十分重要的环节，是锻炼学生运用所学知识正确分析解决实际问题的一个重要方面，也是高职培养应用型专业人才的要求。

我们本着一切从实出发的方针，严肃认真，独立思考，自己动手，实事求是的态度完成。

在指导老师的大力帮助下运用自己所学知识做了这个设计。

这次设计充分体现了学院修德强能、严谨精细的思想。

社会的进一步发展，各式各样的灯层出不穷，为了防止公物损坏，节约用电，设计了各种控制灯，例如公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关,由于各种原因往往出现许多灯泡长明的现象,故使灯泡寿命短,浪费电量,为国家、单位、个人造成经济损失。

另外，由于频繁开关或其他人为因素，墙壁开关的损坏率很高，既增大了维修量、浪费了资金，又容易造成事故隐患。

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非常必要。

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。

下面主要介绍声控走廊灯开关的原理。

关键词：

节约，安全，声控，自动开关。

目录

前言…………………………………………………………8

第1章元器件的介绍和检测………………………9

1.1电阻………………………………………………………………9

1.1.1电阻的定义……………………………………………………9

1.1.2电阻的种类………………………………………………………9

1.1.3电阻的标识………………………………………………………10

1.2电容…………………………………………………………………10

1.2.1电容定义…………………………………………………………10

1.2.2电容的检测………………………………………………………10

1.3二极管……………………………………………………………11

1.3.1二极管定义………………………………………………………11

1.3.2二极管的分类……………………………………………………11

1.4三极管……………………………………………………………11

1.4.1三极管定义………………………………………………………11

1.4.2晶体三极管的结构和类型………………………………………12

1.5晶闸管……………………………………………………………13

1.5.1晶闸管定义………………………………………………………13

1.5.2晶闸管的检测……………………………………………………13

1.6压电陶瓷片……………………………………………………15

1.6.1压电陶瓷片的定义………………………………………………15

1.6.2压电陶瓷片的检测………………………………………………15

1.7六反相器…………………………………………………………16

1.8硅整流桥…………………………………………………………16

1.8.1硅整流桥好坏的测试……………………………………………16

第2章焊接………………………………………………17

2.1焊料与焊剂的选择…………………………………………………17

2.2焊接顺序及方法……………………………………………………17

第3章声控走廊灯开关电路的原理分析………18

3.1声控走廊灯开关电路工作原理……………………………………18

3.2声控走廊灯开关电路原理图……………………………………………19

第4章调试……………………………………………20

第5章结语………………………………………………20

5.1全文总结……………………………………………………………20

致谢…………………………………………………………21

参考文献………………………………………………………21

前言

随着社会和科学的发展，节能和可持续发展已经成为热点话题，在我国这样一个人口众多的国家，对于电的需求更是日益迫切，以至于出现一种供不应求的势态。

每年在很多地方，特别是在冬天的时候，经常会因为电的供给不足，而不得不择时或者择期供电。

但就在我国的电力资源如此短缺之下，电的浪费现象任然比较严重，我们经常可以看到，在许多公共场合的楼道和楼梯间在夜深人静时，依然是灯火通明，有的地方的灯甚至会昼夜不关，因为没有专人管理，人们都其视而不见，所以出现了电的严重浪费。

应社会发展和人们生活所需，我们应该设计一种智能开关，这样不仅仅可以方便人们的生活，而且可以节约能源。

故我认为声光控开关是一个不错的设计理念。

声光控开关不仅可以起到普通开关的作用，它还可以实现智能控制，它不用用手去触碰，这样不仅仅提高了开关的使用寿命，而且可以防止小孩误触而发生触电，还能实现智能控制，达到节能的要求。

因此，这种智能声光控开关在我们未来的生活中一定会成为生活的必需品，我们未来的时代应该是智能的时代，我想在未来的几年中，那些老旧的普通开关都会被智能开关所代替。

第一章元器件的介绍和检测

1.1 电阻

1.1.1 电阻的定义 

  电阻是导体的一种基本性质，与导体的尺寸、材料、温度有关。

它的基本单位是欧姆。

1.1.2 电阻的种类

  电阻的种类有很多，通常有三大类：

固定电阻，可变电阻，特种电阻。

  光敏电阻 是一种电阻值随外界光照的强弱的变化而变化的元件，光越强阻值越小，反之，光越弱阻值越大。

光敏电阻又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值岁入射光的强弱而改变的电阻器；可以将光的变化转换为电的变化。

   通常，光敏电阻器都制成薄片结构，便于吸取更多的光能。

当他受到光的照射时，半导体片内部就激发出电子空穴对，参与导电，增强电路的电流。

 根据光敏电阻的光谱特性，可分为紫外光敏电阻器、红外光敏电阻器和可见光光敏电阻器。

紫外光敏电阻器用于探测紫外线。

红外光敏电阻器应用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱、红外通信等国防、科学研究和工农业。

可见光光敏电阻器主要用于各种光电控制系统，光电跟踪系统等方面。

  光敏电阻的主要参数有 亮电阻、暗电阻、光电特性、光谱特性和频率特性、温度特性。

  光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。

原理是用于制作光敏电阻的材料主要是硫化物、石西化物和碲化物等半导体。

通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳内，以免受潮影响其灵敏度。

当收到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，价带中就会产生正电荷的空穴，使其电阻率变小，从而组值下降。

光愈强阻值越低，反之。

 1.1.3 电阻的标识

   国际上惯用色环标注法，规则是最后一圈是代表误差，对于四环电阻，前两环代表有效值，第三环代表乘上的次方数。

1.1．4 电阻的检测

 将两表笔分别于电阻的两引脚相接即可测出实际电阻值。

1.2 电容

1.2.1 电容的定义

电容是储存电荷的容器，用字母C表示。

1.2.2 电容器的检测

1.固定电容器的检测

（1）、检测10PF以下的小电容

  因10PF以下的固定电容器的容量太小。

用万用表测量，只能定性的检查其是否有漏电、短路还是击穿。

测量时，万用表选用R*10K档，两表笔接两引脚，组值应为无穷大，否则说明电容漏电或者已被击穿。

（2）检测10PF~0.01μF固定电容是否有充电现象，并判断其好坏。

  万用表选用R*1K档，两只三极管的β值均在一百以上，且穿透电流很小。

两表笔分别与发射极和集电极相接。

指针摆动幅度应加大。

（3）对于0.01μF以上的固定电容

    可以用R*10K档直接测试电容器是否有充电现象以及有无短路或漏电现象，并根据指针摆动大小估计出其容量。

2. 电解电容器的检测

（1）因为电解电容的容量比一般的固定电容大得多，所以，测量时，应针对不同的容量选用不同的量程。

一般是1~47μF间的用R*1K档，大于47UF的用R*100K档。

（2）将万用表的红笔接负极，黑笔接正极，在刚接触时万用表指针向右偏转较大（对于同一电阻档，容量越大，偏转越大），接着向左回转，知道停在某一位置。

这时的阻值就是正向漏电阻，略比反向漏电阻大，一般数值应在几百千欧姆以上否则不会正常工作。

指针不动说明正反向均无充电现象，则容器容量消失或内部断路：

若阻值很小几乎为零，说明电容漏电或已被击穿不能再使用。

（3）对于正负极标志不明的电解电容，可利用上述方法辨。

 即两引脚分别加黑红表笔，比较阻值，大的一次是正向接法，即是“黑正红负”。

1.3 二极管

1.3.1二极管的定义

 半导体是一种具有特殊性质的物质，它不完全导电，又不是完全不导电，它介于两者之间，所以叫半导体。

其明显的特征是单向导电性，

1.3.2 二极管的分类

 二极管的种类也有很多按材料分有锗管和硅管按用途有检波管，整流管和稳压等。

光电二极管的检测

  光电二极管是一种把光照强弱转换成电信号的半导体器件，可以用万用表测量，使用R×1kΩ档，红黑表笔随意接两引脚，指针偏转应很小，一般应在200千欧姆以上（注意要避开光）。

若有光指针偏转应很大。

去掉光应恢复无光的组值。

这样二极管才是良好的。

1.4 三极管

1.4.1 三极管的定义

 半导体三极管也叫晶体三极管，可以说它是电子电路中的重要器件。

主要功能是放大电流或者开关作用。

它有两个PN结共用的一个极是基极B,其他两个是集电极C和发射极e。

由于结合方式不同，分为NPN型和PNP型两种。

1.4.2三极管

（1）三极管的结构和类型  

   　晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。

三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种，如图从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集电极c。

　　发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。

基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区"发射"的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。

发射极箭头向外。

发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。

硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。

（2）三极管的封装形式和管脚识别

　　常用三极管的封装形式有金属封装和塑料封装两大类，引脚的排列方式具有一定的规律，如图对于小功率金属封装三极管，按图示底视图位置放置，使三个引脚构成等腰三角形的顶点上，从左向右依次为ebc；对于中小功率塑料三极管按图使其平面朝向自己，三个引脚朝下放置，则从左到右依次为ebc。

目前，国内各种类型的晶体三极管有许多种，管脚的排列不尽相同，在使用中不确定管脚排列的三极管，必须进行测量确定各管脚正确的位置，或查找晶体管使用手册，明确三极管的特性及相应的技术参数和资料。

（3）三极管的电流放大作用

　　晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。

这是三极管最基本的和最重要的特性。

我们将ΔIc/ΔIb的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“β”表示。

电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。

1.5 晶体管

 1.5.1 晶闸管的定义

   晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电器公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：

阳极，阴极和门极；晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。

1.5.2 晶闸管的检测

1．判别各电极 用万用表R×1或R×10档分别测量双向晶闸管三个引脚间的正、反向电阻值，若测得某一管脚与其它两脚均不通，则此脚便是主电极T2。

找出T2极之后，剩下的两脚便是主电极T1和门极G3。

测量这两脚之间的正反向电阻值，会测得两个均较小的电阻值。

在电阻值较小（约几十欧姆）的一次测量中，黑表笔接的是主电极T1，红表笔接的是门极G。

螺栓形双向晶闸管的螺栓一端为主电极T2，较细的引线端为门极G，较粗的引线端为主电极T1。

金属封装（TO–3）双向晶闸管的外壳为主电极T2。

塑封（TO–220）双向晶徊管的中间引脚为主电极T2，该极通常与自带小散热片相连。

2．判别其好坏 用万用表R×1或R×10档测量双向晶闸管的主电极T1与主电极T2之间、主电极T2与门极G之间的正、反向电阻值，正常时均应接近无穷大。

若测得电阻值均很小，则说明该晶闸管电极间已击穿或漏电短路。

测量主电极T1与门极G之间的正、反向电阻值，正常时均应在几十欧姆（Ω）至一百欧姆（Ω）之间（黑表笔接T1极，红表笔接G极时，测得的正向电阻值较反向电阻值略小一些）。

若测得T1极与G极之间的正、反处电阻值均为无穷大，则说明该晶闸管已开路损坏。

3．触发能力检测 对于工作电流为8A以下的小功率双向晶闸管，可用万用表R×1档直接测量。

测量时先将黑表笔接主电极T2，红表笔接主电极T1，然后用镊子将T2极与门极G短路，给G极加上正极性触发信号，若此时测得的电阻值由无穷大变为十几欧姆（Ω），则说明该晶闸管已被触发导通，导通方向为T2→T1。

再将黑表笔接主电极T1，红表笔接主电极T2，用镊子将T2极与门极G之间短路，给G极加上负极性触发信号时，测得的电阻值应由无穷大变为十几欧姆，则说明该晶闸管已被触发导通，导通方向为T1→T2。

若在晶闸管被触发导通后断开G极，T2、T1极间不能维持低阻导通状态而阻值变为无穷大，则说明该双向晶闸管性能不良或已经损坏。

若给G极加上正（或负）极性触发信号后，晶闸管仍不导通（T1与T2间的正、反向电阻值仍为无穷大），则说明该晶闸管已损坏，无触发导通能力。

对于工作电流以8A以上的中、大功率双向晶闸管，在测量其触发能力时，可先在万用表的某支表笔上串接1~3节1.5V干电池，然后再用R×1档按上述方法测量。

对于耐压为400V以上的双向晶闸管，也可以用220V交流电压来测试其触发能力及性能好坏。

将电源插头接入市电后，双向晶闸管处于截止状态，灯泡不亮（若此时灯泡正常发光，则说明被测晶闸管的T1、T2极之间已击穿短路；若灯泡微亮，则说明被测晶闸管漏电损坏）。

按动一下按钮S，为晶闸管的门极G提供触发电压信号，正常时晶闸管应立即被触发导通，灯泡正常发光。

若灯泡不能发光，则说明被测晶闸管内部开路损坏。

若按动按钮S时灯泡点亮，松手后灯泡又熄灭，则表明被测晶闸管的触发性能不良。

1.6 压电陶瓷片

1.6.1 压电陶瓷片的定义

   当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变化产生机械变形。

另一方面，当振动压电陶瓷时，则会产生一个电荷。

利用这一原理，当给由两片压电陶瓷或一片压电陶瓷和一个金属片构成的振动器，所谓叫双压电晶片元件，施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声波。

相反，当向双压电晶片元件施加超声振动时，就会产生一个电信号。

基于以上作用，便可以将压电陶瓷用作超声波传感器。

1.6.2压电陶瓷片的检测

    第一种方法：

将万用表的量程开关拨到直流电压2.5V挡，左手拇指与食指轻轻捏住压电陶瓷片的两面，右手持万用表的表笔，红表笔接金属片，黑表笔横放陶瓷表面上，然后左手稍用力压一下，随后又松一下，这样在压电陶瓷片上产生两个极性相反的电压信号，使万用表的指针先向右摆，接着回零，随后向左摆一下，摆幅约为0.1一0.15V，摆幅越大，说明灵敏度越高。

若万用表指针静止不动，说明内部漏电或破损。

　　切记不可用湿手捏压电片，测试时万用表不可用交流电压挡，否则观察不到指针摆动，且测试之前最好用R×l0k挡，测其绝缘电阻应为无穷大。

　　第二种方法：

用R×10k挡测两极电阻，正常时应为∞,然后轻轻敲击陶瓷片，指针应略微摆动。

 1.7 六反相器

CD4069由六个COS/MOS反相器电路组成。

此器件主要用作通用反相器、即用于不需要中功率TTL驱动和逻辑电平转换的电路中。

1.8硅整流桥

1.8.1 硅整流桥好坏的测试

测量每个桥臂的正反向电阻值,若正向电阻为几欧到十几欧姆,反向电阻几千欧至几兆欧,这一桥臂的二极管就是好的.若四个桥臂都好,整流桥就好用.若有一个桥臂不好,即它的正,反向电阻都十几欧,甚至零欧,或都为几兆欧,甚至无穷大,那么,这个整流桥就坏了,不能用了。

二  焊接

2.1 焊料与焊剂的选择

1.焊接

  一般常用焊锡做焊料。

它具有较好的流动性和较好的附着性。

在一定的湿度、温度及振动冲击下有足够的机械强度。

而且具有耐腐蚀性，使用方便的优点。

焊剂：

作用是除去油污，防止焊件受热氧化，增强焊锡的流动性。

2.电烙铁和电烙铁头的选择

  常用的电烙铁有外热式、内热式和速热式三种。

一半功率用20—60w即可。

如果功率过大，容易使元件过热而损坏。

烙铁头要有一定的体积，焊接较大的元件时要选用烙铁头与焊接物接触面较大的。

焊接密度较大的小焊点时采用锥形的烙铁头。

3.焊点质量

 焊点的质量直接关系到整块电路板能否正常工作，不要出现虚焊等问题。

2.2 焊接的顺序及方法

  先测量，作好记录：

再清洁，挂锡焊接：

最后再检查测量。

杜绝马虎大意。

 2.2.1 焊接方法

  　手工焊接握电烙铁的方法,有正握、反握及握笔式三种。

焊接元器件及维修电路板时以握笔式较为方便。

　　手工焊接一般分四步骤进行。

①准备焊接:

清洁被焊元件处的积尘及油污,再将被焊元器件周围的元器件左右掰一掰,让电烙铁头可以触到被焊元器件的焊锡处,以免烙铁头伸向焊接处时烫坏其他元器件。

焊接新的元器件时,应对元器件的引线镀锡。

②加热焊接:

将沾有少许焊锡和松香的电烙铁头接触被焊元器件约几秒钟。

若是要拆下印刷板上的元器件,则待烙铁头加热后,用手或镊子轻轻拉动元器件,看是否可以取下。

③清理焊接面:

若所焊部位焊锡过多,可将烙铁头上的焊锡甩掉（注意不要烫伤皮肤,也不要甩到印刷电路板上!

）,用光烙锡头"沾"些焊锡出来。

若焊点焊锡过少、不圆滑时,可以用电烙铁头"蘸"些焊锡对焊点进行补焊。

④检查焊点:

看焊点是否圆润、光亮、牢固,是否有与周围元器件连焊的现象。

第三章 声控走廊灯开关电路的原理分析

3.1电路分析

 电路原理如图一所示，二极管vd4、cd7组成的桥式整流电路。

电阻r10、电容c4组成压降、滤波电路。

单行晶闸管vs式照明灯HL的无触点开关。

vs导通，HL点亮：

反之。

白天，由于光电二极管vd1受到环境光线的照射阻值很小，三极管vt处于截止状态，由于单向晶闸管vs无处发电压而关断。

照明灯HL不亮。

天黑时，光电二极管的阻值增大因电压不足还是不能使照明灯HL亮。

当外界有声音发出时其声波被压电陶瓷片BC转换为电信号再经电容c1耦合使得二极管vd3获得正向电压而导通。

并给电容c3充电，从而单向晶闸管VS获得高电位导通，HL点亮。

同时三极管VT导通。

无声时则二极管vd3截止，此时电容c3向R8放电持续照明，由于电容3储存电荷有限，当电容3的端电压到一定低电位时，VS关断，HL熄灭。

3.2声控走廊灯开关电路原理图

第4章调试

4.1调试准备----检查电路

 在通电调试之前，必须认真检查电路连线是否正确，对照电路图逐一检测，要注意电源是否接错，二极管是否接反轻轻拨一拨元器件，观察焊点是否牢固。

4.2通电观察

 安装保险管后才能给电路通电。

电源接通后首先保证安全，如有冒烟、起火等现象。

应立即切断电源，排除故障后再通电，并注意观察各器件引脚下电压是否正常。

4.3调试

 先用万能表测量电路有关点电位是否正常。

检查发光二极管是否正常工作。

如有不正常，应及时修改，注意接线无误，接入电源，是脉冲发生电路正常工作。

在光电二极管有光与无光的情况下看总体电路的工作情况。

观察灯泡是否进行暗亮变化。

如不能顺利完成以上功能，则应检查电路的连接及功能设计是否有误并作出相应调整。

 在本电路调试中，发现无论光电二级管遮光与否，灯一直保持亮的状态不变，测得三极管各引脚、单向晶匣管两端、及六反相器均无电压，用万能表测量整流桥损坏。

换上新的整流桥后测得：

 三极管基极电压0.6v、集电极电压0.1v、发射电压0v

 单向晶匣管A级4.5v、G极0.8v、k极0v

 反相器电压4.0V

第5章结语

5.1全文总结

本次设计给我们带来了许多的新知识，增强了我们的动手能力，让我们清楚的知道我们三年来学到了什么还缺少什么，找到自己的不足之处，本次设计巩固了我的理论知识，并提高了我理论知识运用到实际的能力，总之，这次毕业设计是我在电子道路上的良好开端，我会更加努力在以后的电子区域取得更好的成绩。

致谢