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1、我是一颗小草我是一颗小草声光控节电开关摘要此设计的是一个灵敏度较高的声光控节电开关，行人只要拍个巴掌或合适的脚步声就能电路触发。本电路仅使用一只CMOS门电路TC4081BP、一个CRZ2-113F型小型驻极体式电容话筒、一个CdS型光敏电阻器以及若干电阻、电容配合就能将电路触发，使其导通，将电灯打开。它不需要发送关闭信号，由电路自身的延时电路将灯关闭。当灯被打开后，延时电路延时约20s后将灯自动关闭。该电路还具有自动光控作用，在白天由光敏电阻器控制着电路。即使受到声音信号的触发，开关也不会打开。在此电路的设计中，有三个重点，第一是要合理设计三极管的静态工作点，使之处于饱和或截止两状态；第二要

2、调节好电位器，从而使声控开关和光敏电阻具有良好的灵敏度；第三要合理设定延时RC，实际和理论延时时间总会有差距的。声光控节电开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公室、教学楼等公共场所，它具有体积小，外形美观，制作容易，工作可靠等优点，而且降低能耗，节约能源，注重环保是当今世界的主潮流。此外，它在一定的场所使用还可起防盗作用。它是公共场所照明开关的理想选择，被人们誉为“长明灯的克星”。 第一章 设计流程-2 第二章 电源模块-2第三章 信号收集模块 声信号模块-3 光信号模块-4第四章 信号处理模块-5第五章 延时模块-7第六章 被控制模块-8第七章 Protus仿真-10结论-10致

3、谢-11参考文献-12第一章 设计流程此设计是为了实现声光控节电开关控制照明灯的功能。在白天时无论是否有声音，照明灯都不会被点亮，即白天时不需要光照，在夜晚当有任何声音产生时，照明灯被点亮，且在声音消失后，照明灯能够维持一段时间亮度，即在夜晚有人经过的时候，灯被点亮，并有足够的时间让人通过。设计的电路分为五个模块：1. 电源模块 整个电路提供稳定的直流电源，使驱动三极管，芯片TC4081BP和小灯。2. 信号收集模块 1.1声音信号收集模块 将声音信号转变为音频电信号从 而能够输入电路，起到控制开关的作用。 1.2光信号收集模块 将光强度的改变转变为电压的改变，与声音信号一起控制芯片的输入。3

4、. 信号处理模块 芯片TC4081BP对声音，光信号导致的电信号的改变进行处理，从而驱动被控制电路，并作用于延时模块。4. 延时模块 在信号处理模块的作用下工作，起到延时的作用。 5. 被控制模块 在信号处理模块及延时模块的共同作用下工作，达到设计的目的。第2章 电源模块电路采用降压、整流、滤波和稳压的组合电路，将220V的交流电压变为5V和12V的直流电压，如图2-1。 图2-1 将市电的担心正弦波交流电输入变压器，其原边与副边的比为,经过变压器得到=12.5V，所以=15。变压得到的交流电经过桥式整流得到平均值为=0.9的直流电压，其脉冲系数很大。单相桥式电路中的整流桥的二极管选用IN40

5、07。然后将平均值进行滤波，得到一个直流电压值为18V。理想情况下可将交流分量全部滤掉，使输出电压仅为直流电压，然而，由于滤波电路为无源电路，所以接入负载后必会影响其滤波效果，要得到稳定的直流电源需将滤波后的电压输入稳压电路。为了得到12V的直流电压，稳压电路中得稳压管D1选用稳压值为12V的稳压二极管，其型号2CW19。经查阅得到稳压管D1的最小工作电流为2mA，最大的工作电流为17mA，内阻小于或等于35，所以R1的取值在120到222之间，取200为了得到5V的直流电压，稳压电路中得到稳压管D2选用稳压值为5V的稳压二极管，其型号为2CW12。经查阅得到稳压管D2的最小工作电流为10mA

6、，最大工作电流为45mA，内阻小于或等于50。R2与D2对D1上的电压进行分压，所有R2的值为500。 因此，得到C的取值为1uF.。 第3章 信号收集模块3.1 声信号收集电路 图3-1 顾名思义，声光控延时开关就是用声音来控制开关的“开启，若干分钟后延时开关“自动关闭。因此，整个电路整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的开动作。明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元。仿真电路原理如图3-1示。在仿真当中，声音输入部分我们用开关代替，同样电容C2具有通交流阻直流的作用，由于声音输入相当于一个正弦信号输入。所以在仿真中，我们把麦克风用导线代替，电容也用

7、开关代替。当外界有声音发出时，开关闭合，可使三极管VT瞬间截止，集成电路A的2脚便通过电阻器R4连接12V电压正极，又因A的一脚在晚上也是高电压，便相继使A的3脚输出低电压，5脚和6脚也为低电压，4脚则输出高电压。该电压经二极管VD1正偏导通，向电容器C2充电，又使A的8脚和9脚为高电压，继续控制A的10脚输出低电压，12脚和13脚为低电压，11脚输出高电压。使三极管导通，便使继电器工作，开关闭合，从而驱动灯泡H放光。 当外界没有声音发出时，开关断开，三极管输入到集成电路A的2脚一个低电平。又因A的一脚在晚上也是高电压，便相继使A的3脚输出高电压，5脚和6脚也为高电压，4脚则输出低电压。该电压

8、经二极管VD1正偏导通，又使A的8脚和9脚为低电压，继续控制A的10脚输出高电压，12脚和13脚为高电压，11脚输出低电压。三极管不工作，继电器无法产生电流，继而无法导通开关，从而灯泡H不亮。3.2光信号收集电路对于光信号的设计，我们要求在白天与晚上R5与RG间的电压输出有很大的反差，在白天要求输出低电平，而在晚上要求输出高电平，所以必须要用光敏电阻RG。将光敏电阻RG与R5串联起来。如图3-2所示。 图3-2在白天光较强时，光敏电阻RG的阻值较低（约为1.2k），在R5与光敏电阻的两端加有12V的电压，在白天我们要求此端输出低电平，则不管声控部分输出的是高电平或低电平，芯片TC4081BP最

9、终都输出低电平，则使得控制电路的三极管不导通，继电器上无电流，由继电器的工作原理可知灯泡不亮。所以R5的阻值要远大于1.2k，近似使得R5短路。在晚上光线较暗时，光敏电阻RG的阻值变大（最大约为50M），R5、RG串联对12V电压分压，在晚上我们要求此端输出高电平，若此时有声音即声控部分输出高电平，则芯片TC4081BP最终输出高电平，使得控制电路的三极管导通，继电器上有电流，由继电器的工作原理可知灯泡亮。若无声音，则声控部分输出低电平芯片TC4081BP最终输出高电平，灯泡不亮。通过对光电路的工作原理分析我们要求R5阻值要远大于1.2k，同时又要远小于50M。由于在白天RG 约为1.2k，晚

10、上RG约为50M，Vcc=12V我们综合各种因素最终选择R5为1M。第四章 信号处理模块41 芯片TC4081BP TC4081BP是一种将四个基本二输入与非门电路集合在一起制成的集成电路，因此称为二输入四与非门集成电路。利用该集成电路既可以设计放大器，也可以设计振荡器，还可以设计控制开关，因此被广泛应用于各种电子设备中。另外，TC4081BP内部四个二输入与非门电路各自独立，实际中可选用其中一个，也可以四个全用，还可进行并联、串联应用，这又给我们的设计带来了极大的方便。4、2 芯片TC4081BP的工作原理TC4081BP的外形如图4-1所示。 图4-1它是采用晶体管制造工艺在硅晶片上生产四

11、个各自独立的二输入与非门电路，然后采用DIP-14标准封装而成的双列14脚直插式结构。TC4081BP的14个引脚的排列、引脚名称及内部结构如图4-2所示，可以很清楚的看到四个二输入与非门相互独立，每个单独的与非门有两个输入端和一个输出端。四个与非门被集成后，TC4081BP的1脚、2脚、3脚属于第一个与非门电路，其中1脚的1IN1端为该与非门的输入端，2脚的1IN2端为该与非门的另一个输入端，3脚的1OUT端为该与非门的输出端；4脚、5脚、6脚属于第二个与非门电路，其中4脚的2IN1端为该与非门的输入端，5脚的2IN2端为该与非门的另一个输入端，6脚的2OUT端为该与非门的一个输出端；8脚、

12、9脚、10脚属于第三个与非门电路，其中8脚的3IN1端为该与非门的输入端，9脚的3IN2端为该与非门的另一个输入端，10脚的3OUT端为该与非门的一个输出端；11脚、12脚、13脚属于第四个与非门电路，其中11脚的4IN1端为该与非门的输入端，12脚的4IN2端为该与非门的另一个输入端，13脚的4OUT端为该与非门的一个输出端；7脚、14脚为TC4081BP的工作电源输入端，7脚位电源的负极Vss，14脚为电源的正极Vdd。在TC4081BP中，每个与非门的两个输入端与一个输出端之间所呈现的关系见表4-1。 第一个输入端（1脚）第二个输入端（2脚）输出端（3脚）011101001110表中以T

13、C4081BP的第一个与非门为例，“0”表示低电压，“1”表示高电压 表4-1与非门集成电路是一种价格最低廉的集成电路，而且工作损耗小，适应电压范围宽，可在318V的范围内正常工作，因此得到广泛应用。其电路如图4-2所示。 图4-2 第五章 延时模块5.1 延时电路的设计 根据电容的特性，电容两端的电压时缓慢变化的，譬如说：灯泡要通电，它的电压在通电一刻有0变为另一个值，如1V。但是由于其时缓慢变化的，即01V中间的每一个值灯泡都经历过，突然的变化不会到时突变，时存在电容缓 冲的。根据这一特性，将电容两端并联一个电阻，从而可以一个延时电路，如图5-1所示。5.2 延时电路的工作原理灯泡H在晚上

14、受声音控制发光后，若不再有响声输入到话筒B，三极管VT又受R2、R3分压正偏导通，使A得3脚输出高电压，A的4脚输出低电压，二极管VD1无正偏截止。但是电容器C2正极电压不会很快降低，它通过电阻器R6放电。由于电阻器R6的阻值较大，电容器C2上所充的电需要一定时间才能放完。这样就使A的10脚保持为低电平，11脚保持为高电平，灯泡保持发光。只有等到电容器C2放点结束，使A的8脚，9脚将为低电平，10脚输出高电平，12脚、13脚位高电压，11脚输出低电压后，通过三极管控制继电器的工作状态，以切断灯泡H的电流回路，实现灯泡H在延时亮一段时间后又自动熄灭，从而实现了延时功能。5.3 RC电路的放电过程

15、当电容C2已有电压U0时，且二极管无正偏截止时，电容器立即对电阻R6惊醒放电，放点开始时的电流为,放电电流的实际方向与充电时相反，放电时的电流与电容电压随时间均按指数规律衰减为。5.4 RC电路的时间常数RC电路的时间常数用表示， ,的大小决定了电路充放电时间的快慢。对于充电而言，时间常数时电容电压从零增长到63.2%所需而当时间；对放电而言，是电容电压从下降到36.8%所需的时间。R6的阻值为250K，C2为100,则有。=250K*100=25，所以延迟时间为25。5.5 延迟时间的可优化性 在电路中，电路的延迟时间是由电阻和电容协调控制的，因此，可以通过改变电容和电阻的值来增长或缩短延迟

16、时间。譬如说在一栋小区中，可以通过先调查小区内居民的平均年龄，在合理的装置延迟时间不同的照明灯，如果偏于老龄化的小区就把延迟时间增长一些，如果不是的话可以稍微缩短一下其延迟时间，这样做会更加人性化，更加节约能源，切实符合当今时代的主潮流。 第六章 被控制电路6.1 被控制电路工作原理 图6-1被控制电路被控制电路三极管T2、继电器H、LED灯D3、电阻R8、R9，二极管D2组成，在这部分电路中，继电器和三极管相当于一个开关，可开通或关断灯泡连接的5伏直流电源，。当三极管T2处于饱和导通状态时，集电极电流驱动继电器H动作，开关闭合，灯泡回路导通，此时在灯泡回路中，电流从直流电源沿电阻R8继电器中

17、的开关LED灯D3，最后流回直流电源，就这样灯泡亮也。当三极管T2处于截止状态时，继电器H中无电流通过，故而继电器开关无法动作，导致灯泡回路开路，无电流通过，LED灯D3不亮。继电器H中开关动作受三极管T2控制，当三极管T2处于饱和状态时，其集电极有电流通过，从而驱动继电器H中的开关动作，灯泡回路导通；而当三极管T2处于截止状态时，其集电极无电流通过，继电器中无电流通过，其开关无法动作，灯泡回路关断。三极管H是处于饱和导通还是处于截止断开，则由其基极B控制。当B极电压处于高电平时，其值高于集电极C的电压，而且大于三极管T2的开启电压Uon,三极管处于饱和导通状态，集电极上的继电器中有电流通过；

18、当基极B处于低电平状态时，其值小于三极管开启电压Uon，三极管处于截止状态,其集电极中无电流，三极管这个“开关处于断开状态。二极管D2的作用是保护继电器。当三极管T2饱和导通时，继电器中有电流通过，此时是二极管D2相当于开路，对电路无影响，；当三极管在转换到截止状态的瞬间，由于继电器中含有电感元件，那么必然会在此刻产生极大的电流，如果不加二极管D2，电路可能会因电流过大而损坏，而加上二极管后，电流改变流向，通过二极管D2和继电器中的电感组成的回路完成放电过程，不会损坏电路。6.2 电路参数分析1. 计算三极管深度饱和时所需基极电流IBS： IBS称为饱和基极电流。为使三极管处于饱和工作状态，必

19、须保证iBIBS。用于开关电路的三极管一般都具有很小的VCE(sat)和RCE(sat)。.在VB4VCE(sat)、RHRCE(sat)的情况下，可将式（5.2.1）近似为 VB4=12V, RH=1.2，=400 IBS =0.025A2. 计算R9的阻值因为声音和光信号经过TC4081BP芯片处理后，得到输出电压VB=12V。VBE(sat) =1.0V, 根据iBIBS，得IBS R9要选用阻值小于440的电阻。3. 灯泡回路相关参数灯泡额定功率P=60W，R=1936，电源为U=220V，f=50HZ的交流电。 第七章 Protus 仿真 将电路图完整的画在软件中，进行仿真调试，电路

20、如图7-1所示。结论在这段时间里的设计中，我做的课题是“声光控延时开关”。这是一种声音和光照双控制的照明灯，它可以用于楼梯，过道，库房的场合。白天光照好，不管过路者发出多大声音，都不会使灯泡发亮。夜晚光暗，电路的拾音器只要检测到有碎发声音，就会自动为行人照明，过一会儿后有自动熄灭，节能节电。这次的声光控延时开关的设计实践将我们学到的只是应用到了实践，深化了对数字电路设计和模拟电子设计的认识，使我们在设计的实践中获得新知。学习了一年的理论知识和实践操作，我不仅仅得到的是课本上的东西，更重要的是我一、通过自己的独立动手，老师和同学的耐心知道下，我学会了分析电路、设计电路的步骤等。在此设计中利用到了

21、三极管的特性，光敏效应，特别是芯片的一些功能，让我们进一步巩固和掌握了前面所学的基础知识，加深了对模拟电路，数字电路的理解，对元器件的使用更加深刻。当然了，第一次经历课程设计这东西，在设计的过程中难免会出现种种这样那样的问题及我们解决办法：1、在电源设计中要根据器主体电路及执行机构不同进行相应的设计，比如说不同的分支电路工作在不同的电压下面，这就要让一个电源电路提供不同的电源（+5v，+12v）；2、在延时电路中，电阻R6的阻值不能过小，在仿真的时候就出现过意外状况，当其阻值小到一定程度的时候，电路就不能实现其功能，因为当其阻值过小时，8,9管脚将会处于低电平状态，这样就会影响到电路既定的理想

22、功能；3、在仿真的过程中，TC4081BP虽然是一个二输入四与非门的集成芯片，实现的是与非门的功能，而且在仿真软件中也找不到，但不能仅仅用四个二输入的与非门替换，因为不同类型的芯片之间存在差异，CMOS型就是CMOS型，不能与其他混用，否则不能达到既定的效果，这次的设计中就充分是我认识到这一点；4、在设计过程中为了安全起见，我们尽量把电压减小，如在面包板上进行实物图的测试过程中，直接把手机或者mp3，mp4的充电器拆掉，改装成一个提供小电压的物件，这样在面包板上进行测试的时候比较安全。5声控开关在仿真软件中找不到，对此我们用开关代替，通过其开与断模拟声控开关，同时亦用开关替换与之连接的电容C1

23、，以为当用普通开关模拟声控开关时，也就无法完成将声音信号转换成音频信号的任务，而电容C1的作用就是把音频信号耦合到三极管VT上，所以此时用普通开关替换电容C13. 灯泡回路部分和被控制电路部分在仿真中我们是这样处理的：灯泡选用发光二极管，两部分电路选用的电源均是直流电源，被控制电路12V，灯泡回路5V，所以继电器上的保护二极管就没加上。致谢大学三年的学习生活即将结束了，这篇论文作为我在校期间学习的最后一份答卷，敬献给各位老师。在大学这三年的学习和生活，我不仅学到了丰富的专业知识，更学到了各位老师认真工作、爱岗敬业、为人师表的优良品质。在此，谨向各位老师表示深深的敬意和谢意！尤其感谢我的指导老师

24、，他在毕业设计过程中给予我极大的关心和帮助。同时也感谢在毕业设计过程中给予我精神上的鼓励和支持的同学，在我遇到困难时尽其所能地为我排忧解难。在写论文的整个过程中使我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了自己查阅资料检索资料的能力，使我充分体会到了在创作过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个毕业设计做的不是非常理想，但是在写的过程中所学到的东西是我这三年来最大收获。参考文献【1】童诗白 模拟电子技术基础 高等教育出版社 2010.【2】华成英 数字电子技术基础 高等教育出版社， 2010.【3】龚华生 实用电路创意制作自学通 电子工业出版社， 2006.【4】朱清慧 Proteus教程电子线路设计、制版与仿真 清华大学出版社，2008.【5】刘天旺 PROTEL99SE电路设计应用教程 电子工业出版社， 2007.【6】 何小艇 电子系统设计 浙江大学出版社，2001年6月【7】，姚福安 电子电路设计与实践 山东科技技术出版社，2001年10月【8】，王澄 非电路与数字逻辑设计 实践东南大学出版社，1999年10月【9】康华光 电子技术基础 高教出版社，2003年