闪烁灯光门铃电路.docx
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闪烁灯光门铃电路
前言
随着社会的发展，人们的生活水平逐渐提高，人们的生活方式已经不像以前那样一成不变，电子门铃已经逐渐走进千家万户，人们从原始的手动敲门变成现在的电子门铃，可以说是社会的一大进步。
随着科技的进步，门铃已不再局限于普通的电子门铃，门铃的种类不断增加，功能也不断加强，如语音门铃、可视门铃等。
语音门铃客人可以在门口与楼上家里的主人讲话，验明真声后主人再给客人开门。
可视门铃不但可以叫门对话，还可以通过摄像头让家中的主人在屏幕上看到远在门外楼下的来客。
本次实验设计的是一种能实现视听双功能的闪光门铃，他不但能发出声音，还能发出闪烁的灯光。
这种门铃适合用于室内嘈杂环境时使用，也适用于有聋哑人的家庭。
一．总体方案设计
1.方案论证
闪烁灯光门铃电路由基本的门铃电路和灯光、声音延迟控制电路两部分组成。
门铃电路选用由基本门铃芯片KD9300及扬声器组成的基本门铃电路，这里就不做过多研究。
灯光、声音延迟控制电路的核心电路是一个多谐振荡器电路，下面对此进行方案论证。
方案一：
用NE555定时器组成的多谐振荡器
用NE555定时器组成的多谐振荡器采用时基电路NE555与外接的电阻和电容构成多谐振荡器电路原理如图5所示。
该电路是靠电容cl充电来维持第一个暂稳态，其持续时间为输出正脉冲宽度rwh，靠电容cl的放电来维持第二个暂稳态，其持续时间为输出负脉冲宽度Twl。
电路起振后，电容器C1两端电压总是在1／3—2／3Voo之间变化。
图中接入二极管VD1、VD2，将电容C1的充放电回路隔开，并且通过改变R2阻值大小，使Twh和Twl得到改变，因而占空比得到调节。
图1-1用555组成的多谢振荡器
方案二：
用同型号三极管组成的多谐振荡器
同型号三极管组成的多谐振荡器为两只完全对称的单管放大电路，其电路原理如图l所示。
两管之间采用阻容耦合，vTl集电极经电容器cl接在vT2的基极输入端，vT2集电极经电容器c2接在VTl的基极输入端，构成了闭合环路，两晶体管交替地饱和导通、截止，工作于开关状态，使两管的集电极周期性地在高电平和低电平之间交替转换，输出连续的矩形脉冲，矩形波的宽度与频率由电路中的R2、C1或R3、c2调节。
图1-2用同型号三极管组成的多谐振荡器
方案三：
用集成运放LM324组成的多谐振荡器
用1／4LM324等组成的多谐振荡器电路原理如图3所示。
该运放工作在电压比较器的状态，正反馈网络中的电阻R2、R4对输出电压uo分压后，作为同相输入端的基准电压u+，反相输入端的电压u一取自R3、C组成的积分电路c两端，U一与u+进行比较，决定着输出电压Uo电平的高低。
南于C不断在正反两个方向充电和放电，使U一电压不断地高于u+和低于u+，输出电压Uo也随之在低、高电平之间翻转，输出端就会得到一定周期和频率的方波信号。
该振荡器的特点是：
频率稳定度高、温漂小，振荡频率仅与R3、c有关，而与所用运放特性无关；输出幅度较大、电源电压范围宽等。
图1-3用集成运放LM324组成的多谐振荡器
2.方案选择：
方案一虽然电路原理略显复杂，但采用集成芯片易于电路的集成化，而且输出矩形脉冲宽度容易调整，便于整体电路的调试。
方案二不具备方案一上面所阐述的各种优势.而且采用的是比较原始的电路和实施方法,不能突出电子专业的特色。
方案三频率稳定度高、温漂小，输出幅度较大，电压范围广，但考虑到应用环境、电路的易于理解和易于整体调试，方案三没有方案二优点显著。
综合以上分析，故采用方案一来进行电路设计。
二．总体电路设计
1.闪烁灯光门铃电路的组成
闪烁灯光门铃电路主要由3V直流电源、门铃芯片、运放电路、扬声器、光耦合器、振荡电路、晶闸管、灯、～220交流电等组成。
其结构图如图1：
3V直流电源
开关
扬声器
门铃
芯片
运放电路
光耦合器
振荡电路
晶闸管
灯
～220交流电
图2-1闪烁门铃电路组成框图
2.各单元模块功能介绍及器件选择；
（1）3V直流电源主要给基本门铃电路部分供电，这里选用2节5号电池。
（2）开关、门铃芯片、运放电路和扬声器组成基本门铃电路，开关充当门铃按钮，这里选用PB-305B轻触无锁按钮开关；门铃芯片内存储了一段音乐程序，选用普通的门铃芯片KD9300；运放电路将门铃芯片输出的信号放大，让后输入给扬声器，扬声器发出音乐，运放电路用一只硅NPN型9013三极管，扬声器选用Φ27mm×9mm、8Ω、0.1W超薄微型动圈式扬声器。
（3）光耦合器链接基本门铃电路和主电路，并控制振荡电路导通或截止，选用4N25型光耦合器。
（4）振荡电路产生矩形脉冲，触发晶闸管导通，使灯泡发光，这里用NE555定时器组成振荡电路。
（5）晶闸管工作在开关状态，控制灯泡的开关，选用MR100―8型晶闸管。
3.特殊器件的介绍；
NE555内部框图，工作原理
555定时器由3个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G4组成。
虚线边沿标注的数字为管脚号。
其中，1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.7V）可使555定时器直接复位；5脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V—3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；8脚为电源端，可在5V—18V范围内使用。
图2-2NE555内部框图
555定时器工作时过程分析如下：
5脚经0.01uF电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：
UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。
当VI1＞2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。
当VI1＜2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。
当VI1＞2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。
当VI1＜2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。
NE555极限参数：
表2-1NE555极限参数
NE555极限参数
电源电压
允许功耗
工作温度
储藏温度
最高温度
+18V
600mW
-10—+70℃
军用-55—+125℃
-65—+150℃
300℃
三．总体电路图及其工作过程
1.总体电路图
图3-1闪烁灯光门铃电路
2.电路工作过程
按下门铃按钮SB，IC1KD9300音乐集成电路的TRIG端得到一个高电平，O/P输出音乐集成电路中所储存的音乐信号，并通过三极管VT9013的放大后从扬声器B中发出音乐。
三极管VT1组成的放大电路通过集电极向三极管VT2基极输入一个放大信号，在二极管VD1的整流作用下，使得三极管VT2饱和导通。
光耦合器IC2中的发光二极管发出亮光，使得光耦合器的4、5脚之间呈现低阻抗性，使得IC3555时基电路的4脚为高电平，IC3电路电路开始起�（IC3555时基电路接成低频自激振荡），3脚输出低频方波脉冲，通过R3触发晶闸管VT3的门极，VT3导通，门灯开始闪烁。
当音乐播完后，扬声器B停止发声，三极管VT1、VT2截止，使得IC2光耦合电路的4、5脚之间呈现高阻抗性，则IC3555时基电路的4脚为低电平，使得555电路处于强制复位状态，此时3脚输出低电平，晶闸管VT3在交流过零时截止，门灯熄灭。
此时电路处于等待下次按钮SB按下的初始状态。
四．系统调试
本电路结构简单、使用方便，只要焊接正确，选用元件正确都能正常工作。
可以通过可调电阻器控制灯亮的时间长短，用户根据自己的需要可以自由调节。
五．结语
经过数天的努力，我终于完成了闪烁灯光门铃电路的设计。
通过本次设计，不但使我更加熟悉了数字电子课的知识，而且让我知道了在课本上没有的东西。
通过查找资料图书，上网搜索，掌握了由555定时器组成的低频自激震荡电路的方法和原理，了解了555定时器的工作原理和使用方法，还学会了555定时器的其他几种用途。
此次课程设计意义很大，不但让我懂得了以前没有理解的东西，而且使我明白学习知识的意义。
通过画图和仿真不但使我更深的理解了课上学的知识，还提高了独立思考和动手能力。
通过本次课程设计，使我知道我现在所学到的知识还远远不够，在实际操作中有很多问题还不能解决，所以我要在今后的学习中更加努力，学好本专业的知识。
我相信通过这次课程设计，我一定会在以后的学习中更上一层楼。
参考文献
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高等教育出版社，2006.168～187，487～497.
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科学出版社，2003.126～134，167～168.
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国防工业出版社，2003.238～264.
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人民邮电出版社，2002.266～268.
[5]李忠波,袁宏,（等）.电子设计与仿真技术.北京:
机械工业出版社,2004
附录
1.由555定时器组成的低频自激震荡电路及其仿真电路
2.闪烁灯光门铃电路器件列表
零件种类
零件型号
数量
门铃芯片
KD9300
1
光耦合器
4N25
1
555定时器
NE555
1
三极管
NPN型9013（β>=100）
2
可调电阻器
100Ω——1MΩ卧式兰白可调电阻
1
晶闸管
MR100-8
1
扬声器
φ27mm*9mm、8Ω、0.1W超薄微型动圈式扬声器
1
电容器
瓷介电容器0.01μ*2，1μ*1
电解电容器33μ*1，220μ*1
CBB-400型聚丙烯电容器*1
6
电阻器
200Ω*1，1K*2，1M*1
4
二极管
IN4004型硅整流二极管*2
12V、1W的2CW105硅稳压二极管*1
IN4148*1
4
灯泡
220V，15W灯泡
1
开关
PB——305B轻触无锁按扭开关
1
其他材料
电池座（装2节5号电池）*1
220V交流电源插头*1
电路板150mm*120mm*1
焊接用导线2m*1
4
致谢
本次广角杯电子设计大赛是学校给我们学生提供的一次绝好的锻炼动脑和动手能力的机会，通过自己动脑构思电路原理，计算电路参数，自己动手绘制电路图和焊接电路器件，使我受益良多。
对我而言这不仅仅是一次实验，更是一次锻炼和展现自我的机会，我不但从中学会了许多知识，而且增强了动手能力，以后如果有类似的活动，我还会积极参加的。
电子设计的成功离不开学校的支持和老师的指导，学校给我们提供了有力的条件和良好的实践环境，让我们不用为一些硬件问题发愁。
在我们设计中遇到问题时老师会耐心的帮助和指导，使我们自己想很长时间而不不得其所的问题迎刃而解。
在这里我仅代表我小组所有成员，感谢学校的大力支持，感谢老师的耐心指导。
希望学校能多举办一些类似的活动，祝所有指导老师身体健康、工作顺利。
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