声光控制灯感应系统

课程设计名称：电子技术课程设计题目：声光控制灯感应系统学期：2014-2015学年第2学期专业：电气工程及其自动化班级：电气12-*班姓名：***学号：1206****指导教师：***辽宁工程技术大学课程设计成绩评定表评定标准评定指标标准评定合格不合格单元电路及整体设计方案合理性正确性创新性仿真是否进行仿真技术指标或性能符合设计要求有完成结果设计报告格式正确内容充实语言流畅标准说明：以上三大项指标中，每大项中有两小项或三小项合格，视为总成绩合格。总成绩日期年月日课程设计任务书一、设计题目声光控制灯感应系统二、设计任务1.设计课题任务设计一个应用声光控制原理的声光控制灯感应系统。2．要求如果有光有声音控制灯不亮，没光有声音控制灯亮。三、设计计划通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《模拟电子技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握常用模拟电路的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。1、学习声光控制灯感应系统的设计方法；2、研究声光控制灯感应系统的研究方案；3、掌握声控原理、光控原理﹑以及可控硅的工作原理；4、掌握三极管管脚极性的判断方法；5、掌握电烙铁的使用方法。四、设计要求光照度强（白天）路灯不点亮，光照度弱（夜晚）路灯由声音控制；有声音时路灯点亮，否则不点亮。（1）电路稳定性和可靠性要高。这是控制电路性能的最基本要求，否则自控能力弱，严重时会失去自动控制功能；（2）功耗要小。控制电路一直接于交流220伏电路上，若功耗特别是静态功耗大，则不利于节能，甚至还会大大缩短控制电路的寿命；（3）灵敏度要能调节。这是控制电路正常工作时，对声光控制信息信号的最低要求，控制信号的灵敏度应满足不同的环境要求；（4）带负载能力要强。被控灯的功率不尽相同，因此要求控制电路的一定范围的驱动能力；（5）触发延时时间要能按要求调节。延时时间至少在1分钟内可以调节。指导教师：日期：2015年1月23日摘要本文设计的声光控制开关电路是一种利用声音信号和光信号双重控制且具有定时功能的电子开关，它主要有电源电路、声控电路、光控电路、延时电路及开关电路等部分组成，实质上就是个替代传统手动开关的受声、光双重控制的电子开关。白天或光线较亮时，光控电路通过光敏电阻对外界光照强度进行检测，将外界光强信号转化为电信号，此时开关电路输入端为低电平，开关不导通，无论外界有没有声音信号灯都不亮，从而实现控制灯白天不亮的功能；晚上或光线较暗时，光控电路通过光敏电阻将光照强度信号转化为电信号，外界有声音信号时，声控电路将检测到的声音信号转化为电信号并与光控电路转化来的电信号经与非门一起送入后续电路，此时开关电路输入端为高电平，开关导通，灯点亮，并延时一段时间后自动熄灭从而实现控制灯晚上受声音信号控制的功能。而且对于声音信号感应的灵敏度和对光信号感应的灵敏度能够调节还可以人为设定延时时间。本系统使用的是分离元器件电路明了结构简单克服了现有声光控制开关成本高、体积大等缺点，同时还大大减少了维修量，不仅节约了资金，更节约了能源是家庭及公共场所理想的照明开关特别适用于楼梯、走廊、仓库、厕所等公共场所的照明自动控制。关键词：自动控制；声控电路；光控电路；放大电路；延时电路目录综述：...................................................11课程设计的目的.........................................12课程设计的任务与要求...................................12.1设计任务...................................................................................12.2设计要求...................................................................................23设计方案与分析........................................23.1方案选择与分析.........................................................................23.2声光控制灯的原理方框图.........................................................54设计原理与功能说明.....................................64.1元器件选用原理.........................................................................64.2总体电路图...............................................................................105单元电路设计..........................................115.1整流电路...................................................................................115.2声控电路....................................................................................125.3光控电路...................................................................................136硬件的调试与仿真......................................156.1电子产品的调试与仿真...........................................................157课程设计体会..........................................16参考文献................................................17附录一：总体电路图......................................17附录二：元器件清单......................................18辽宁工程技术大学电子课程设计1综述：通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《模拟电子技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握常用模拟电路的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。生活用照明灯大多数都是由普通开关控制，但在现实生活中普通开关控制不仅在晚上使用不方便，而且由于没有及时关闭造成大量能源浪费，尤其是在教室等公共场所长明灯现象更为严重。随着电子技术的快速发展，尤其是数字电子技术的发展，用数字电路技术实现灯的自动点亮、节能节电、延长灯的使用寿命已变得越来越成熟，而且也贴近我们的实际生活。1课程设计的目的1、学习声光控制灯感应系统的设计方法；2、研究声光控制灯感应系统的研究方案；3、掌握声控原理、光控原理﹑以及可控硅的工作原理；4、掌握三极管管脚极性的判断方法；5、掌握电烙铁的使用方法。2课程设计的任务与要求2.1设计任务设计一个应用声光控制原理的声光控制灯感应系统。李钦崇：声光控制灯感应系统22.2设计要求光照度强（白天）路灯不点亮，光照度弱（夜晚）路灯由声音控制；有声音时路灯点亮，否则不点亮。（1）电路稳定性和可靠性要高。这是控制电路性能的最基本要求，否则自控能力弱，严重时会失去自动控制功能；（2）功耗要小。控制电路一直接于交流220伏电路上，若功耗特别是静态功耗大，则不利于节能，甚至还会大大缩短控制电路的寿命；（3）灵敏度要能调节。这是控制电路正常工作时，对声光控制信息信号的最低要求，控制信号的灵敏度应满足不同的环境要求；（4）带负载能力要强。被控灯的功率不尽相同，因此要求控制电路的一定范围的驱动能力；（5）触发延时时间要能按要求调节。延时时间至少在1分钟内可以调节。3设计方案与分析3.1方案选择与分析一般声光控制楼道灯的原理很简单，声光即声音与光线，声音的控制是由一个拾音器（俗称话筒）来做传感器的，声音的大小直接可以引起拾音器内金属膜震动，就像我们耳膜一样，震动即引起了电路内电容的变化，声控电路是根据电容的变化来控制开关的。光线就更简单了，里面有一个光敏器件作传感器，光敏器件在不同的光线下电阻是不一样的，光控电路是根据电阻的大小来控制开关的。方案一：此声光控制电路主要由六非门IC(TC4069UBP)，光敏器件，辽宁工程技术大学电子课程设计3压电陶瓷片MIC和单向晶闸管VTH等元件组成。系统框图如图所示。图3-1TC4069UBP系统框图电路工作原理：与照明电路中白炽灯串联的是经过VD1-VD4整流，R1限流降压，C1滤波后为IC14脚提供约3.2V的工作电压。白天，光敏器件因受光阻值很低，IC13脚呈低电平，继而使8脚保持低电平，把晶闸管VTH的G极拉为低电平，使晶闸管失去触发而截止，照明灯BCD没有电源通路而熄灭。黑夜到来，光敏器件失去光照，呈高阻值，但因其一端接地，所以IC13脚仍为低电平。一旦有脚步声等声音信号被MIC检测到，就有脉冲电压从IC1脚输入，继而使4脚输出正脉冲信号，经C3耦合至13脚，从而在IC内部各反相器及外围阻容元件的作用下，令8脚输出高电平，再经R2到晶闸管的G极，触发晶闸管导通，使照明灯BCD有电源回路而点亮。方案二：声光控制延时节能电灯电路图,延时节能电灯电路包括声控,光控传感元件,放大器和由555构成的单稳态时电路及降压整流电路。李钦崇：声光控制灯感应系统4图3-2555系统框图方案三：此声光控制楼道灯电路中BCD是被控制的照明灯，单向晶闸管V5和晶体二极管VD1-VD4组成了开关的主回路。CMOS数字集成电路CD4011与光敏器件和声控器件等组成了自动控制电路：电阻器R7,R8和电容器C3组成了电阻降压滤波电路，输出直流电，供电制电路工作用电。辽宁工程技术大学电子课程设计5图3-3CD4011系统框图电路工作原理：接通220V电源，控制电路处于守候状态，与非门U1的两个输入端电压中至少有一个低于其值电平（1/2VDD）,与非门U2和与非门U4均输出低电平，VS因无触发信号而阻断，被控电灯BCD不亮。当夜晚话筒B接收到附近走路的脚步声或说话声时，三极管VT输出放大后的音频信号，人器正脉冲电压经与非门U1,与非门U2整形后，使与非门U2输出高电平。该高电平一面通过VD1向C2充电，一面通过与非门U3整形后控制与非门U4输出高电平，使VS导通，BCD通电自动发光。声响过后，C2通过R5缓慢放电，维持与非门U4继续输出高电平，使EL延时点亮约1min。随后，C2两端电压下降至1/2VDD以下。控制电路恢复守候状态，EL自动熄灭。如果是白天，由于光敏器件，受光照呈现阻值，与RL相连接的与非门U1输入端为低电平（1/2VDD），与非门U1被“封锁”，声音信号无法加到后面的延时电路，故VS始终保持关断状态，BCD不亮。综上所述，故选定方案三,电路中使用了数字集成电路cd4011，其内部含有4个独立的与非门VD1～VD4，使电路结构简单，工作可靠性高，且成本较低。3.2声光控制灯的原理方框图李钦崇：声光控制灯感应系统6图3-4声光控制灯原理方框图如图3-4所示,本设计主要由桥式整流电路、降压滤波电路、声音信号输入电路、光信号输入电路、延时控制电路以及外接电路6部分组成。桥式整流电路将220V市电变成脉动直流电压，再经过限流、稳压、滤波输出12V直流电压，为集成块及