声光控制开关设计说明书.docx

1、声光控制开关设计说明书广 西 工 学 院 电子技术 课程设计说明书课题名称 _声光控制开关设计_ _ _ 系 别 _信息与计算科学系_专 业 _电子信息科学与技术_班 级 电 科 071 学 号 200700902029 姓 名 黄 征 指导教师 _刘 青 正_2009年 9月 21日 目 录1 绪论1.1 设计要求1.1.1 研究的目的及意义1.1.2主要研究方向和要求1.1.3 基本思路1.2 电路工作原理1.2.1 电路原理1.2.2 基本系统1.2.3 元件的选择1.3 电路仿真1.4 电路板的制作与元件的安装及调试1.4.1 安装制作1.4.2 调试2 PCB图3 结论4 致谢5 参

2、考文献1 绪论1.1 设计要求1.1.1 研究的目的及意义声光控制延时开关可以代替住宅小区或办公大楼内楼道上电灯手动的开关。天黑有人走过楼梯通道时，当有脚步声或其它声音（如人的说话声或拍手声）时，楼道灯会接收到感应自动点亮，提供照明，当人们走远后进入家门或走出公寓，此时楼道灯延时一段时间后会自动熄灭。在白天，即使有声音。楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。声光控制延时开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等许多公共场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，也不像以往的手动开关那样易于损坏，为人们生活和工作提供了更大方便，适合于许多地方安装应用。1.1.2 主

3、要研究方向和要求方向：传感器技术研究+数字电路技术研究要求：1光线较强或无声音，开关关闭；2光线较弱并且有声音，开关闭合，延时十秒后自动断开开关；3器件：功率集成电路+分立元件；4仿真设计与硬件设计1.1.3 基本思路顾名思义，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，整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的开关动作。明确了电路的信号流向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元。电路中的主要元器件是使用了数字集成电路 CD4011 。其内部含有 4 个独立的与非门 D1 D4 ，电路结构简单，可靠性高。1.2 电路工作原理1.2.1 电路

4、原理为了使声光控开关在白天开关断开，即由光敏电阻 RG 等元件组成光控电路。 R6 和 RG 组成串联分压电路，夜晚无环境光时，光敏电阻的阻值很大， RG 两端的电压高，则与非门 D1 的 1 脚为高电平“ 1 ” 。通过与非门 D1 则为低电平“ 0 ” 。再通过二极管 D1 输入到控制门 D4 的 13 脚，也为低电平“ 0 ” 。使声光控电路工作具备了光控条件。白天较强的环境使 RG 的阻值很小。 RG 两端的电压几乎为 0 ，即为低电平“ 0 ” ，则与非门 D1 的 1 脚为低电平“ 0 ” ，使声光控电路不具备光控条件，电子开关处于断开状态。当夜晚同时又有外界声音信号时，控制门 (

5、 与非门 )D4 的输入端，有一端为低电平“ 0 ” ，输出为高电平“ 1 ” 。使单向可控硅导通，电子开关闭合；同时给 C3 充电， C3 和 R5 构成延时电路延时时间 T=2 R 5C 3 ，改变 R5 或 C3 的值，可改变延时时间，满足不同的延时要求， C3 充满电后只向 R5 放电，当放电到一定电平时，与非门 D2 的输入端 5 、 6 脚为低电平，输出为高电平与非门的 12 脚为高电平“ 1 ” ，同时没有声音信号时与非门的 13 脚也为高电平“ 1 ” ，与非门 D4 ，的两个输入端为高电平，则它的输出为低电平“ 0 ” ，使单向可控硅截止。电子开关断开。完成一次完整的电子开关

6、由开到关的过程。二极管 VD1-VD4 将交流 220V 进行桥式整流变成脉动直流电。又经 R9 降压， C4 滤波后即为电路的直流电源，为 BM 、 IC 等供电。其电路原理图如图1所示，1.2.2 基本系统声音信号 ( 脚步声、掌声等 ) 由驻极体话筒 BM 接收并转换成电信号，经 C1 耦合到 D3 进行电压放大，与非门 D3 此时是一个放大电路，放大的信号送到 R3 的一端。 R3 、 R4 构成分压电路，并接到控制门 D4 的 13 脚，作为声控信号。当有声音信号时， IC 的 10 脚为高电平“ 1 ” ，则 R3 、 R4 的中间分压为低电平“ 0 ” ，即控制门 D4 的 13

7、 脚为低电平。其基本系统如图2所示， 图 21.2.3 元件的选择IC 选用 CMOS 数字集成电路 CD4011 ， CD4011 有四个独立的与非门电路，内部功能见图 3 ， Vss 是电源的负极， VDD 是电源的正极。可控硅 T 选用 1A 400V 的进口单向可控硅 1006 型，如负载电流大可选用 3A 、 6A 、 10A 等规格的单向可控硅，它的测量方法是：用 RX1 档，将红表笔接可控硅的负极，黑表笔接正极，这时表针无读数，然后用黑表笔触一下控制极 K ，这时表有读数，黑表笔马上离开这时表仍有读数 ( 注意触控制极时正负表笔是始终连接的 ) 说明该可控硅是完好的。驻极体选用的

8、是一般收录机用的小话筒，它的测量方法是：用 RX100 档将红表笔接外壳的 S 、黑表笔接 D ，这时用口对着驻极体吹气，若表针有摆动说明该驻极体完好，摆动越大灵敏度越高；光敏电阻选用的是 625A 型，有光照射时电阻为 20K 以下，无光时电阻值大干 100M ，说明该元件是完好的。二极管采用普通的整流二极管 1N4001 1N4007 。总之，元件的选择可灵活掌握，参数可在一定范围内选用。其它元件按图 1 所示的标注即可。元件清单：名称型号规格位号数量集成块CD4011IC1话筒54+-2DBBM1二极管1N4148D11二极管1N4004D2D65电解电容10uF/16VC3、C42瓷片

9、电容103C1、C22电阻82KR3、R6、R93电阻56KR81电阻120KR41电阻5.1MR51电阻1MR21电阻15KR11单向可控硅1006SCR1光敏电阻器3K5MR711.3 电路仿真对电路进行仿真测试的软件我们采用multisim 8。按照元件清单在软件中找出与电路相匹配的所需元件，并按照电路原理图将各元件按位置摆放好和用导线相互连接起来，检查电路连接无误，按下仿真按钮，对电路进行仿真。如电路仿真结果出现错误或有所偏差，检查电路，对电路连接做些调整或稍微改动元件的参数。然后反复进行仿真测试，直到仿真结果合适，能够达到设计要求，确定电路方案。1.4 电路板的制作与元件的安装及调试

10、1.4.1 安装制作按照电路原理图制作好的PCB图制作出电路板的铜导线线路，然后转孔与安装元件。对照元件清单买到电子元器件后，首先对照材料清单将各材料认真清点一遍，并用万用表粗略地 ( 因出厂前已测量过 ) 测量一下各元件，做到心中有数。焊接时注意先焊接无极性的阻容元件，电阻采用卧装，电容采用直立装，紧贴电路板，焊接有极性的元件如电解电容、话筒、整流二极管、三极管、单向可控硅等元件时千万不要装反，注意极性的正确。否则电路不能正常工作甚至烧毁元器件。1.4.2 调试调试前，先将焊好的电路板对照电路图认真核对一遍，不要有错焊、漏焊、短路等现象发生。通电后，人体不允许接触电路板的任一部分，防止触电，

11、注意安全。如用万用表检测时，将万需表两表笔接触电路板相应处即可。本电路调试时请先将光敏电阻的光挡住，将 AB 分别接在电灯的开关位上，用手轻拍驻极体，这时灯应亮，若用光照射光敏电阻，再用手重拍驻极体，这时灯不亮。说明光敏电阻完好，这时表示制作成功。若不成功请仔细检查有无虚假错焊和拖锡短路现象。2 PCB图3 结论这次声光控制开关的设计，对于第一次对电路板进行设计和制作的我们的确是有不小的难度，也是一种对自己的挑战。经过几星期的忙碌，从对方案的初步设想，电路连接与仿真，元件挑选到电路板制作，元件焊接与调试。由于能力有限，虽然最终制作出来的电路还未能达到设计所需要的要求，但在今后的学习中我们会继续

12、努力。同时，声光控制开关在如今的应用是相当普遍的，节约能源的同时也极大方便了广大用户，依然有着相当可观的利用价值和开发前景。相信在今后的努力研发中一定会有更优越和更方便于人们的声光控制产品产生。4 致谢经过两星期的搜集资料和紧张制作，在这次课程设计中得到了不少的收获，学到了自己应该要学到的东西。感谢学校给我们创造了这次得以动手实践的机会，感谢老师在整个课程设计过程中给予的指导和提供元件的帮助。让我们能够提高自己的设计思考能力和动手制作能力，以及进一步接触和了解有关我们专业方面的知识。同时，还要感谢的是在设计和制作过程中一同努力，相互帮助的同学们，在我做不出来的时候是你们在身边鼓励我，在我出现错误的时候是你们在身边提醒我，共同努力才使我获得进步。5 参考文献1 陈光明等. 电子技术课程设计与综合实训. 北京：北京航空航天大学出版社，2007.12 谢自美. 电子线路设计实验测试. 武汉：华中科技大学出版社，2000.73 杨欣.电路设计与仿真基于Multisim8与Protel2004.北京：清华大学出版社.2006.44 彭介华. 电子技术课程设计指导.北京：高等教育出版社，2007.125 王彦朋. 大学生电子设计与应用. 北京：中国电力出版社，2007.3