声光控延时开关综述.docx

1、声光控延时开关综述课程设计报告课程名称：电子技术课程设计 设计题目：声光控延时开关 院 系：班 级：学 号：指导教师：时 间：电子技术课程设计摘要光控灯和声光控灯是居家照明的重要组成部分（如楼道、卫生间、 小巷等），它们的出现使我们的生活方便许多，既可避免摸黑找开关造成的 摔伤碰伤，又可杜绝楼道灯有人开、没人关浪费能源的现象。此次设计通过模拟电子技术的学习，提出了一种基于晶体三极管工作 状态的系统设计方法，结合光敏电阻的随着外部环境的阻值改变的特性， 给出光控灯的设计方案，在此基础上结合数字电子技术的优点，引入拾音 器将声控功能加如其中，同时实现声控和光控，以下给出了二者详细的设 计过程，包括

2、软件设计、软件仿真，以及测试和实验结果 。电子技术课程设计第 1 章 绪论 3第 2 章 设计方案 4第 3 章 电路设计 53.1 单元电路设计 53.2 总体电路设计 7第 4 章 软件设计 8第 5 章 电路调试与程序测试 9第 6 章 总结 10电子技术课程设计第 1 章 绪论随着现代科学技术的发展，越来越多的高科技节能产品出现在我们 生活的方方面面，声控灯、光控灯是居家照明的重要组成部分，光控灯是 由光控开关和 LED灯组合而成。声控灯由麦克风，放大电路和 LED灯组成。 在地球资源日渐衰竭的今日，环保、节能是当今各产业发展的重心，尤其 是需要消耗大量电力的照明产业，基于此目的的研发

3、工作更是趋向环保、 节能的特性上著眼。因此，开发新型高效、节能、寿命长、环保的电路对 居家照明节能具有十分重要的意义。由此声控、光控 LED 灯的诸多优点在现在正逐渐取代传统的照明设备，是照明产品的新兴光源，有绿色照明 光源之称，未来将光芒耀眼，发展潜力无限。声控、光控 LED 具有节能、 体积小、发热量低、寿命长、耗电量小、反应速度快、易控制等众多优点， 极大的满足了人们日常生活的需要，因此十分被灯饰业者看好。光控灯，安装方便，使用寿命长。集光学、材料和电路技术为一体 组成的自动照明开关， 白天或光线较强时， 开关电路为自锁状态， LED灯不 亮，当光线黑暗时或晚上来临时，开关自动打开， L

4、ED灯亮，从而实现了白 天自动熄灭夜间自动打开的目的，节省了人为的控制。声光控集声控、光控、延时自动控制技术为一体 ,内置声音感应元件 , 光效感应元件 ,白天光线较强时，受光控自锁，有声响也不通电开灯；当傍 晚环境光线变暗后，开关自动进入待机状态，遇有说话声、脚步声等声响 时，会立即通电 ,亮灯，延时半分钟后自动断电；能延长灯泡寿命 6 倍以上， 节电率达 90。二者都为人们的日常生活提供诸多方便。电子技术课程设计第 2 章 设计方案 此设计是为了实现声控光控延时开关的功能。在白天时无论是否有 声音，小灯都不能被点亮，即白天时不需要光照，在夜晚当有声音产生时， 小灯被点亮，且在声音消失后，小

5、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。 所设计的电路分为五个模块：电源模块，信号收集模块，信号处理 模块，延时模块和被控制模块。 （模块图如 2.1）电源模块为整个电路提供稳 定的直流电源，使驱动三极管，芯片 TC4081BP和小灯。信号收集模块分为 声音信号收集模块和光信号收集模块。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。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。信 号处理模块即是芯片 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

6、作用于延时模块。延时模块是在信号处理模 块的作用下工作，起到延时的作用。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。电路方框如所示：图 2.1 声光控延时开关电路方框图电子技术课程设计第 3 章 电路设计3.1 单元电路设计可以将此电路分为主电路、电源电路、光控电路、声控电路、逻辑 电平反转及触发电路、延时电路等几个单元电路 :1)主电路和电源电路主电路由整流桥 D1D4 、晶闸管 T1 组成。T1 为开关执行器件。晶 闸管 T1 被触发导通后 ,电路接通 ,白炽灯发光。当晶闸管的控制极上无触发 信号时,晶闸管 T 1正向阻断 ,电路呈关断状态。电源电路其作用是给电路

7、提供电源， 使电路能正常的工作。 由 R1、D5、 C1、 C2等元件组成，它是一个简单的直流稳压电源，给整机供电。先将交 流 220v 进行桥式整流，变成脉动直流电，又经 R1 降压， C1 滤波使波形变 得平滑，最后经稳压二极管稳压得到较为稳定的直流电源，为驻极体话筒 (MIC)、放大电路( VT)、逻辑电平反转及触发电路( CD4011 芯片)等供 电。2)光控电路主要由 R5、RG 组成。电路中晶闸管的通断 ,取决于控制极信号的有 无。光敏电阻 RG 的阻值随着光照强度的变化而变化 ,当光照达到一定强度 时,其阻值变小到与 R5 分压后使 IC(a) 的(13) 脚处于逻辑低电平 ,

8、(13) 脚所 在的与非门被封死 ,这时不管有无声音信号输入 ,IC(d) 的(10) 脚都是低电平 , 晶闸管正向阻断。随着光照强度的减弱 ,RG阻值逐渐增大 , (13) 脚电位逐渐 上升 ,当(13) 脚电位上升到逻辑高电平后 ,即满足了开门条件 ,此时声控开始 起作用。 (11) 脚是否反转只取决于 IC(a) 的(12) 脚电位(声控电路的输入端 ) 是否达到了逻辑高电平。3)声控电路由麦克风 MIC、三极管 T2、电容 C3 及电阻 R2R4等组成 ,其中 MIC 为 声检测元件。当环境声音信号很弱时 ,三极管 T2 处于饱和状态 , IC(12) 脚为 低电平, (10) 脚亦为

9、低电平 ,晶闸管 T 1阻断。当环境声音信号达到一定强度电子技术课程设计时,通过 MIC拾音输出经 C3 耦合到 T 1的基极,使集电极亦即 IC(12) 脚电位 随着声强而高低变化 ,当(12) 脚处于高电平时 ,由于 (13) 脚早已处于高电平 而满足了与非门反转条件 , (11) 脚跳变为低电平。4)延时电路由 R6 、C4、D6 等元件组成。结合声控电路及主电路分析 , 当晶闸管 T1 被触发导通时 ,C1上的电压降低 ,MIC 拾音灵敏度降低 ,T2 重新饱和, (11) 脚为高电平 , (3) 脚变为低电平 ,由于 D6 的隔离作用 ,C4 上的电压仍维持 (5) 、(6) 脚高电

10、平 , (10) 脚也为高电平。 C4上的电压通过 R6 放电 ,直至 C4 上的电压降至 IC 逻辑低电平时 , (10) 脚变为低电平 ,晶闸管 T 1 在正、负极 间的电压过零时被正向阻断 ,C1 上的电压重新升高 MIC 恢复拾音灵敏度 ,等 待下一次声控信号输入 , IC(5) 、 (6) 脚电位从高电平降低为低电平的时间 , 即为开关接通的维持时间 ,由 C4 和 R6 的数值确定。电子技术课程设计3.2 总体电路设计电路功能： 白天灯不亮，夜间有声音（喊话拍手）时灯亮，延时一段时间后自动关闭， 起着节约用电、方便控制的作用。工作电压：本电路设计工作电压为市电 220V，用于控制

11、5-60W 以内的白炽灯通断电。 实际应用时，改变 R1 的阻值可以改变本电路的工作电压，电压范围控制在 5-250V 的交流电为宜，可控制带有钨丝不同电压下的小灯泡 （如汽车灯泡）， 220V时 R1阻值为 150K，22V 时为 15K，其它电压按比例增减。图 3.2 声光控延时开关原理图电路原理：220V交流电通过灯泡流向 D1D4，经 D1D4整流， R1限流降压， LED稳 压（兼待机指示），C1滤波后输出约 1.8V 左右的直流电给电路供电。由于 LED采用发光二极管， 一方面利用其正向压降稳压， 同时又利用其发光特性 兼作待机指示。控制电路由 R2、驻极体话筒 MIC、C2、R3

12、、R4、VT、RG组 成。在周围有其它光线的时候光敏电阻的阻值约为 1k左右， VT的集电极 电压始终处于低电位，就算此时拍手，电路也无反应。到夜间时，光敏电电子技术课程设计阻的阻值上升到 1M 左右，对 VT解除了钳位作用，此时 VT处于放大状态， 如果无声响，那么 VT 的集电极仍为低电位，晶闸管因无触发电压而关断。 当拍手时声音信号被 MIC 接收转换成电信号，通过 C2耦合到 VT的基极， 音频信号的正半周加到 VT 基极时，VT由放大状态进入饱和状态， 相当于将 晶闸管的控制极接地，电路无反应。而音频信号的负半周加到 VT 基极时， 迫使其由放大状态变为截止状态，集电极上升为高电位，

13、输出电压触发晶 闸管导通，使主电路有电流流过，等效于开关闭合，而串联在其回路的灯 泡得电工作。此时 C2 的正极为高电位，负极为低电位，电流通过 R3缓慢 地给 C2充电（实为 C2放电），当 C2两端电压达到平衡时， VT 重新处于放 大状态，晶闸管关断，电灯熄灭，改变 C2 大小可以改变电灯熄灭时间。此 开关可带 100W 以下的负载，适用于家庭照明和楼梯走廊等场所。第 4 章 软件设计（有程序设计的，画出程序流程图。无程序设计的不写此项）电子技术课程设计第 5 章 电路调试与程序测试调试前，先将焊好的电路板对照印刷电路图认真核对一遍，不要有 错焊、漏焊、短路、元件相碰等现象发生。通电后，

14、人体不允许接触电路 板的任一部分，防止触电，注意安全。如用万用表检测时，只要将万用表 两表笔接触电路板相应处即可。将本电路分为主电路、电源电路、光控电路、声控电路、逻辑电平 反转及触发电路、延时电路等几个单元电路进行调试 。1、断开光敏电阻 RG、电容 C3 ,由原理图图可知 ,与非门 IC(a) 的 (13) 脚为 高电平, (12) 脚为低电平 ,(11) 脚输出为高电平 ,经 IC(b) 、IC(c) 、IC(d) 逻 辑电平转换 ,IC(10) 脚输出为低电平 ,晶闸管 T 1不被触发 ,灯不亮。2、断开三极管 T 2的集电极或发射极 ,同时断开光敏电阻 RG,由图可知 ,与非 门 I

15、C(a) 的(12)脚、 (13) 脚为高电平 , (11) 输出为低电平 ,经 IC(b) 、IC(c) 、 IC(d) 逻辑电平转换 , IC(10) 脚输出为高电平 ,晶闸管 T1被触发,灯亮。经上述 二步调试 ,电源电路、主电路及逻辑电平反转及触发电路工作正常。3、断开光敏电阻 RG,接通电源 ,这时灯不亮。击掌触发声控电路 ,灯亮。经 一段时间延时 ,灯灭。说明声控电路及延时电路电路正常。4、最后检查光控电路。 电路全部复位 ,接通电源 ,灯不亮。 用深色物品 (如绝 缘胶布 ) 将光敏电阻 RG遮挡,击掌触发声控电路 ,灯亮。至此电路调试完毕电子技术课程设计第 6 章 总结刚开始拿

16、到设计课题时，不知道从那边下手，经过在图书馆翻阅相 关书籍和在网上查阅相关资料，对我这次的课程设计有很大的帮助。经过 不同方案的比较与仿真，结合本次设计要求，选定了此次方案。此次设计 我学到了很多东西，比如：1.学会使用仿真软件，及其调试。虽然不是精通，但为以后的深入学习 打下课良好基础。2.了解了 PCB电路板制作的过程，以及相关软件的应用。3.对整个课题设计需要考虑的各方面的要素，并不是将各个元件连接起 来就行的。整个方案的可行性，是必须提前考虑的。通过本次设计，我学到了很多知识，虽然设计不够完美，但已经达 到本次设计的目的，及巩固了所学知识，也为以后的学习打下基础。是我 对本专业所学知识有了更加深刻的理解，使我对本专业的知识产生了浓厚 的兴趣。通过本次设计，我也越发深刻的认识到节能的重要性。10电子技术课程设计附录附录 1：（如有 PCB图请附 PCB图）附录 2：（如有实物请附实物图片）白炽灯11