应物-源-长延时光控开关电路的设计

东北石油大学课程设计2013年3月1日课程光电检测技术题目长延时光控开关电路的设计院系电子科学学院专业班级应用学生姓名学生学号0909指导教师大庆石油学院课程设计任务书课程光电检测技术题目长延时光控开关电路的设计专业姓名学号0主要内容：应用光敏电阻，HTD，与非门等器件，设计一长延时光控开关电路，实现当有声音开始照明3-5分钟的声光控制。基本要求：1）研究光敏电阻，HTD功能特性。2）设计长延时光控开关电路的设计的功能框图。3）设计长延时光控开关电路中的各器件的参数。4）有声时自动照明3-5分钟。5）调试安装。6）完成课程设计总结报告。主要参考资料：1）陈有卿编著.新颖集成电路制作精选[M].人民邮电出版社,2005.4.2)陈振官,陈宏威等编著.光电子电路制作实例[M].2006.4.3)黄继昌等编著.检测专用集成电路及应用[M].2006.10.完成期限2013.2.25~2013.3.1指导教师专业负责人2013年2月25日第1章概述我的设计主要介绍的是长延时光控开关电路的设计。声光控是通过光敏电阻来实现的，当光敏电阻在背光的的时候灯就会慢慢的熄灭，即这时也是人走过了的时候。这样就给路人提供了相应的方便，同时，也达到了节电和节能的目的；延长灯的寿命。在本设计中介绍了多种声光控路灯控制器的组成、性能，适用范围及工作原理，给出各电路原理图及元件参数选择，节电效果十分明显，同时也大大减少了维修量、节约了资金，使用效果良好。白天光照好，不管过路者发出多大声音，都不会是灯泡发亮。夜晚光暗，电路的拾音器只要检测到有碎发声响，就会自动亮为行人照明，过数几分钟又自动熄灭，节能节电。1.1课题研究意义用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。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，适合于各种楼房走廊的照明设备。降低能耗、节约能源、注重环保是当今世界的主潮流，高能耗且会加剧温室效应的白炽灯越来越不受欢迎。继公布“欧盟后年封杀白炽灯”的时间表后，世界各地陆续抛弃白炽灯已成定局，环保型节能荧光灯是白炽灯的替代者。节能荧光灯VS白炽灯，胜券在握已无悬念，但楼道照明却限制了荧光灯的使用，因为楼道照明是非持续性的，有人经过才需要光亮，而不断的开关通断会影响荧光灯的使用寿命，所以声光控白炽灯在楼道照明领域得到广泛应用。1.2发展趋势随着全球经济一体化，发达国家产业调整的步伐进一步加快，一般照明电器产品生产大量向发展中国家转移，而中国又是一个比较适合的国家，一是中国具备生产这些产品的条件，二是劳动力成本比较低，从而使中国逐步成为照明电器产品出口大国。展望未来的国内市场，需求仍会呈逐年增长趋势，以上强力因素都预示着我国照明市场仍有很大的潜力可挖。基础设施建设方面：机场、铁路、港口、城市轨道交通等讯速发展，每一项工程均需要照明。城市亮化工程方面：城市广场、绿地、道路、建筑物泛光照明，已从大城市发展到中小城市。根据国内外市场需求预测，我国照明电器行业的高速增长期还将继续，对未来的预测如何更加科学化是我们面临的问题。进一步提高照明产品的质量和档次进一步提高照明产品的质量和档次，这既是当前摆在我们面前的课题，同时也是全行业共同努力的长期目标。就国内市场需求而言，人们生活水平逐步提高，对生存环境质量的要求也越来越高，对照明电器产品提出更高的要求。新的建筑照明标准已完成制订工作，即将批准执行，新标准基本与国际接轨，对不同场合的照明提高了要求，也需要我们生产企业适应新标准的要求，为各类照明场所提供相应的产品。第2章长延时光控开关电路设计原理2.1工作原理220V的灯充电直接整流。在输出端串联25W灯泡，输出端接可控硅（负载）供电电路稳压电路，稳压电路是给话筒放大，音频放大等提供8.2V直流电，话筒放大，可以把声音信号转换为电信号并放大，然后，经过音频放大器使信号达到足够大；检波音频信号的正半周，即把音频信号转换为直流信号。经过延时电路以后送到控制电路，由控制电路去控制可控硅，若可控硅断开，则整流电路负载断开，若导通，则整流电路负载导通。光敏控制电路把光照变成电信号，从而去控制音频信号往后边输送情况。可见：本电路灯泡要受可控硅的控制，可控硅受话筒取得的音频信号和光敏电阻的控制，从而可以实现声控和光控；灯亮的时间由延时电路的时间长度决定。2.2框图声光控延时开关的电路原理图见图2所示。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VD1～VD4，使电路结构简单，工作可靠性高。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，由此可画出图1示的方框图：图1第3章长延时光控开关电路设计3.1电路设计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。电路图如下：11223366778899101011111212131314144455CD4011ICVD1-VD4R1120KR247KR422MR51MR347KR7470KR85.1M1234VD1-VD4IN4011C1100uLLAMPT100-6VD5IN4001VT9014+C310uRg625AR610K+C210uAC220BM54+2dB图23.2整体电路工作原理结合图2来分析图1。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到VT的基极进行电压放大，放大的信号送到与非门(VD1)的2脚，R4、R7是VT偏置电阻，C2是电源滤波电容。为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻Rg等元件组成光控电路，R5和Rg组成串联分压电路，夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，Rg两端的电压高，即为高电平间t=2πR8C3，改变R8或C3的值，可改变延时时间，满足不同目的。VD3和VD4构成两级整形电路，将方波信号进行整形。当C3充电到一定电平时，信号经与非门VD3、VD4后输出为高电平，使单向可控硅导通，电子开关闭合；C3充满电后只向R8放电，当放电到一定电平时，经与非门VD3、VD4输出为低电平，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R1降压，C2滤波后即为电路的直流电源，为BM、VT、IC等供电。3.3部分数值计算3.3.1单管放大电路参数的设置经测试，得知r=164,实测9013的导通电压为Uon=Ube=0.4V，给定电源电压Vcc=+6V。在静态工作的时候，要使三极管发处于放大状态，则Vce一般取大于2V小于Vcc的2/3。又由于Vce是根据公式Vce=Vcc-Vr4-Vr5,Vr4+Vr5=(Rc+Re)*Ice而得，而Ice=(Vr3-0.4)/Re,Vr3=[Rb2/(Rb2+Rb1)]*Vcc。先假定Rb2=6.8K，则有：Rb1=75K，Rc=24K，Re=2K。此时Ice=(Vr3-0.4)/Re=0.1mA,Vce=Vcc-(Rc+Re)*Ice=3.43VVbe=0.4+Ice*Re=0.50V这些参数满足使三极管工作在放大状态。3.3.2Au的计算Au=Uo/Ui=-(r*Rc)/Rbe其中r=164,Rbe=Rbb+[(1+r)*Ut]/Ice,Ut=26mV经计算得出：Rbe=43.1k,Au=95.47。图三中C1的作用是对电源进行滤波，通常取得较大，这里取C1=100UF。R1取10K是为了给麦克风起保护作用。第4章安装与调试4.1对实际购买元件进行测试4.1.1电解电容器的极性检测电解电容的正负极性不允许接错，当极性接反时，可能因电解液的反向极化，引起电解电容器的爆裂。当极性标记无法辨认时，可根据正向连接时漏电电阻大、反向连接时漏电电阻相对小的特点判断极性。交换表笔前后两次测量漏电电阻，阻值大的一次，黑表笔接触的是正极，因为黑表笔与万用表内电池正极相接（采用数字万用表时，红表笔接电池正极）。但用这种办法有时并不能明显地区分正、负向电阻，所以使用电解电容时，要注意保护极性标记。4.1.2二极管测试二极管主要分为三种：整流二极管、稳压二极管、发光二极管；此外，还有开关二极管。先打磨引脚，再用指针表测试，因二极管具有单相导电性，所以，在测试时，红笔接负极，黑笔接正极，若是导通，且红笔接正极，黑笔接负极，为截止，则表明二极管是正常的，若不是则表明二极管是坏的。注：发光二极管用10K，其它用1K档；发光二极管的光线是非常微弱的，因此，在观察是要仔细。半导体二极管的极性判别一般情况下，二极管有色点的一端为正极，如2AP1-2AP7，2AP11-2AP17等。如果是透明玻璃壳二极管，可直接看出极性，即内部连触丝的一头是正极，连半导体片的一头是负极。塑封二极管有圆环标志的是负极，如1N4000系别。4.1.3三极管测试：和所有元件一样三极管也要打磨引脚，然后在进行测试。用手拿住元件，用指针表来回测量六次，判断出基极、是PNP型还是NPN型。若：红笔不动——PNP型；黑笔不动——NPN型。如果是NPN型：用手捏住三支引脚，用表笔测试两边引脚，并交换表笔；若指针偏转较大，黑表笔接的是集电极，另一方则是发射集。如果是PNP型：步骤与NPN型一样，但当指针偏转较大是，黑笔接的是发射极，另一方则是集电极。三极管除了判断其管型和极点外，还要判断出它所处的状态，是截止、饱和、还是放大。4.1.4光敏电阻测试：光敏电阻的检测：先用手拿住两只引脚，使其对着光，然后，用数字表测出值；再用握住使其背光，测出其值。4.2元器件清单序号名称型号规格位号数量1集成电路CD4011IC1块2单向可控硅100-6T1支3三极管9014VT1支4整流二极管IN4011VD1-VD55支5驻极体54+2dBBM1支6光敏电阻625ARG1支7电阻器10K、120KR6、R12支8电阻器47KR2、R32支9电阻器470K、1MR7、R52支10电阻器2.2K、5.1KR4、R6各1支11瓷片电容104C11支12电解电容10uf/10VC2、C32支第5章结论5.1实验结果白天当光线照射到光敏电阻上时，其通过感应使电路封锁声音通道，使声音脉冲不能通过，则灯泡不受声音控制，即声控传感器暂时失去作用，灯泡不亮。夜间或光线较暗时，光敏电阻因无光照呈低阻，经感应使声音通道开通，当有人走动或有人谈话时，通过声控传感器的感应，使得灯泡自动点亮，经过内部设定的时间后，灯泡自动熄灭。5.2实验结论（1）、设计原理清晰，设计性能指标的灵敏度基本达到设计的要求。（2）、在整个设计过程中，本着节约的精神，我们用的都是简单廉价的元器件，降低了系统成本。（3）、这次课程设计对我们所学摸电知识起到了加深和巩固的作用，也使我获得了搭建和调试实验电路的能力。（4）、锻炼了我主动学习的能力、与他人合作的能力。还可以从各种渠道获得一定的资料共同加以研究学习，提高了我们的综合动手能力。参考文献[1]何小艇，电子系统设计[M].浙江大学出版社，2001年6月.[2]姚福安，电子电路设计与实践[M.]山东科技技术出版社，2001年10月.[3]王澄非，电路与数字逻辑设计实践[M].东南大学出版社，1999年10月.[4]李银华，电子线路设计指导[M].北京航空航天大学出版社，2005年6月.[5]康华光，电子技术基础[M].高教出版社，2003年.[6]韩振振，数字电路逻辑设计[M].大连理工大学出版社，2000年.东北石油大学课程设计成绩评价表课程名称光电检测技术题目名称长延时光控开关电路的设