课设脚步声控照明灯

I目录一、预备知识...................................2二、课程设计题目：脚步声控制照明灯错误!未定义书签。三、课程设计目的及基本要求.....................4四、设计内容提要及说明.........................54.1设计内容...................错误!未定义书签。4.2设计说明...................错误!未定义书签。五、原理图及原理...............错误!未定义书签。5.1功能模块电路原理图.........错误!未定义书签。5.2模块工作原理说明...........错误!未定义书签。六、课程设计中涉及的实验仪器、材料和工具错误!未定义书签。七、课程设计心得体会...........................6八、参考文献..................................12九、附录......................................122一、预备知识声控灯是一种声控电子照明开关装置。它提供一种操作简便,实用可靠,控制灵敏的装置。此外，利用此装置可以达到省电的目的，响应国家节能的号召。通过将声光信号转化为电信号进而对电路进行控制在此选取部分元器件进行介绍：1、二极管：二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode);它只往一个方向传送电流的电子零件。它是一种具有1个零件号接合的2个端子的器件，具有按照外加电压的方向，使电流流动或不流动的性质。晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。作用：整流、钳位、稳压、续流2、三极管：晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管；是一种控制元件，主要用来控制电流的大小；作用：电流放大、电流饱和、电流截至；三极管的识别：1脚：发射极、2脚：基极、3脚：集电极；3、光敏电阻光敏电阻是一种特殊的电阻，简称光电阻，又名光导管。它的电阻和光线的强弱有直接关系为：光强度增加，则电阻减小；光强度减小，则电阻增大。原理：当有光线照射时，电阻内原本处于稳定状态的电子受到激发，成为自由电子。所以光线越强，产生的自由电子也就越多，电阻就会越小。暗电阻：当电阻在完全没有光线照射的状态下（室温），称这时的电阻值为暗电阻（当电阻值稳定不变时，例如1kM欧姆），与暗电阻相对应的电流为暗电流。亮电阻：当电阻在充足光线照射的状态下（室温），称这时的电阻值为亮电阻（当电阻值稳定不变时，例如1欧姆），与亮电阻相对应的电流为亮电流。光电流=亮电流-3暗电流我们当然希望光敏电阻的灵敏度较高，也就是说光电流较大。4、咪头：是将声音信号转换为电信号的能量转换器件，是和喇叭正好相反的一个器件（电→声）。咪头和喇叭是声音设备的两个终端，咪头是输入，喇叭是输出。又名麦克风，话筒，传声器，咪胆等。判断咪头的正负极：和外壳连通的是负极，接屏蔽层。5、芯片CD4011：CD4011数字集成芯片IC选用CMOS数字集成电路构成四个独立的与非门电路；通过对不同引脚的连接它可实现振荡、单稳、双稳、整形、反相等功能。在本电路中CD4011仅用作反相和整形以及控制门的作用。CD4011引脚图如下：6、电容因本次设计多处应用到电容，因此在此简述几项电容的不同应用：耦合：用在耦合电路中的电容称为耦合电容，在阻容耦合放大器和其他电容耦合电路中大量使用这种电容电路，起隔直流通交流作用。定时：用在定时电路中的电容器称为定时电容。在需要通过电容充电、放电进行时间控制的电路中使用定时电容电路，电容起控制时间常数大小的作用。滤波（本次设计未应用）：用在滤波电路中的电容器称为滤波电容，在电源滤波和各种滤波器电路中使用这种电容电路，滤波电容将一定频段内的信号从总信号中去除。4二、课程设计题目：脚步声控制照明灯脚步声控制照明灯，能自动控制白天开关灯、夜晚亮灯、人走灯灭。它具有灵敏、低耗、性能稳定、使用寿命长、节能明显等特点。可用于楼梯、厕所等公共场所照明灯的自动管理。功能目标：（a）开关式控制：击掌一次灯亮（b）延时式控制：一次击掌后灯亮，延时10秒后自动熄灭。三、课程设计目的及基本要求1．电子技术课程设计是机电系电类专业学生一个重要实践环节，主要让学生通过自己设计并制作一个实用电子产品，巩固加深并运用在“模拟电子技术”、“数字电子技术”课程中所学的理论知识；2．经过查寻资料、选择方案、设计电路、撰写报告、问题答辩等，加强在电子技术方面解决实际问题的能力，基本掌握常用模拟电子和数字电子线路的一般设计方法、设计步骤以及相关软件的应用如protel、proteuse等，提高模拟电子和数字电子线路的设计、制作、调试和测试能力；3．课程设计是为理论联系实际，培养学生动手能力，提高和培养创新能力，通过熟悉并学会选用电子元器件，为后续课程的学习、毕业设计、毕业后从事生产和科研工作打下基础。5四、设计内容提要及说明4.1设计内容提要：针对要求（1）简介：白天光线强，开关中的光控电路工作，将电路切断；声控是用人走动时，脚步发出的声音控制电路，将电路接通。两个部分的控制相当于两个开关串联。从数字电路来讲，就是假定：对于光，1为暗，0为亮；对于声音，1为有，0为无。则两者关系用真值表表示如下：声音光亮灯00（有光）001（无光）0100111满足这两个条件，电路接通，灯亮。因此为了实现这样的要求电路设计的第一步就是将声光信号转化为电信号，进而通过逻辑电路实现上述的逻辑输入与输出。（如何实现由下文讲解）针对要求（2）：灯泡持续亮10秒后熄灭。因声音信号是瞬时信号，所以为了达到10秒的延时需要在上述的逻辑输出后加上延时电路以电容的充放电过程维持高电平1的输出。4.2设计说明：（1）、声光双控延时开光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。（2）、设计合理的控制电路控制灯泡：设计一个灵敏度较高的声光控制开关，行人只要发出声音就能将电路触发，电路仅使用一只咪头、一个光敏电阻器以及若干电阻、电容和二极管三极管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10s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。6五、原理图及原理说明5.1整体原理图（详图见附录）：为使电路达到所需的自控模式，首先能实现对外界信息的接受与处理，并对所接受的信息实施逻辑处理后实现所需的逻辑目标，进而对终端设备进行自动控制。因此该电路共分三大功能模块部分：（1）信号的接受与转换模块（2）逻辑处理与波形整理模块（包含逻辑电路，延时电路，稳压电路）（3）控制终端模块75.2工作原理：第一模块：信号的接受与转换（包含AD转换）（1）声电信号的转换及处理：1、声电信号的转换（原理图如下）：由咪头的工作原理可知，当有声波振荡时咪头会产生一个类似正弦波动的脉冲经过与R1、C1组成的耦合电路会在电容C1右端产生同样的脉冲波动，但此时的脉冲波动值十分微小无法达到控制后续电路的电平需求。因此需要对其进行放大处理。2、信号的放大处理（原理图如下）：8三级管的放大原理在此不做详解，本次只简要阐述对三极管放大特性的应用。对其放大特性的应用及对静态工作点的应用。静态工作点：三极管静态工作点就是交流输入信号为零时，电路处于直流工作状态，这些电流、电压的数值可用BJT特性曲线上一个确定的点表示，该点习惯上称为静态工作点Q置静态工作点的目的就是要保证在被放大的交流信号加入电路时，不论是正半周还是负半周都能满足发射结正向偏置，集电结反向偏置的三极管放大状态。静态工作点的确定是根据：为偏置电阻及（注：在后续的实物焊接中因实际问题而选用若干电阻和一滑动变阻器串联代替），调整合适的阻值进而使符合实际需要。及电路处于合理的放大状态。3、对信号的AD转换（原理图如下）：在对信号的模数转换中我们应用了三极管的另一功能：开关功能利用开关功能实现的AD转换原理：因为受到电阻的限制（是固定值，那么最大电流为U/，其中U为电源电压），集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib*β〉Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时（及十分微小），三极管集电极电流为0（这叫做三极管截止），相当于开关断开，此时下端的输出电压为高电压及1；当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合，此时9下端的输出电压相当于接地及输出为0。以此实现信号的模数转换。（2）光电信号的转换与AD处理（原理图如下）：前文已介绍了光敏电阻的特性：有光时阻值十分微小近似于0，无光时电阻很大，本次实验选用的光敏电阻最大阻值为10K。利用光敏电阻的此特性设计如上电路，利用、阻值的特定配比使、间的输出电压U（）随光亮的改变而在高低电平间转变。第二模块：对输入信号的逻辑处理（1）逻辑电路(原理图如下)由前文提到的输入与输出的关系C(声音)B(光亮)A(灯)00（有光）001（无光）0100111可知：A=B·C。因所提供材料中只有与非门，所以在此将一个与非门的两个输入端连接在一起构成一个非门，加在第一个与非门之后，则输出4与输入1、2的关系即为所需逻辑关系。10（2）延时电路（原理图如下）因设计需要无声后十秒灯暗，而前文提到咪头所提供的输入信号近似于一冲击脉冲，为一瞬时信号，所以为实现设计要求的第二点需增加一延时电路。本次设计对延时电路的设计选择了最为普通的RC延时电路，R及电阻，C及电容。RC延时电路主要利用了电容的定时原理，再次重述：通过电容充电、放电进行时间控制的电路中使用定时电容电路，电容起控制时间常数大小的作用。图中二极管D1的作用是在左侧输入端回到接地状态后，当电容开始放电时禁止电流从此流过直接导入地下，及钳位功能。（3）稳压电路（原理图如下）因RC组成的延时电路在电压输出时波形逐渐下降，并非稳定输出。因此增加两个由与非门构成的非门使输出电压稳定。在此简要阐述COMES构成的与非门内部原理（原理图如下）：11由CMOS的特性以及上述原理图可知，尽管输出状态Y由输入A、B值决定，但输出状态值并不随输入变化而变化，因此实现了稳定电压的功能。第三模块：终端控制（原理图如下）该处再次应用三极管的开关原理，当左端输入刚电压时三极管导通，电流从D2流过，灯亮；反之，当左端输入低电压后，三极管截止，电路断开灯暗。至此，原理图原理分析完结。12六、课程设计中涉及的实验仪器、材料和工具1：材料（电子器件）：1电阻22M个02电阻4.7M个53电阻22K个14电阻1K个25电阻470个36滑动变阻器10K个17滑动变阻器500K个18光敏电阻个19104瓷片个110电容10uf个111三极管9013个3123mm红led个113二极管1N4148个114咪头Mic个115Cd4011个116插针个217万用板9*12块12：制作工具电烙铁、烙铁架、镊子、吸锡器、斜口钳、松香、锡丝、万用表、等其他工具。3：辅助软件PROTEL、PROTEUS13七、课程设计心得体会在本次课设中，因最初的课设详情没有掌握清楚，固在任务安排上出现一些混乱。当然这是题外话，但也让我们认识到理清任务要去的重要性。在接到课设任务后经初步讨论我们四人实施了分工，本人负责论文的撰写，因为这属于实物理