声光控路灯课程设计

武汉理工大学《模拟电子技术基础课程设计》课程设计任务书学生姓名：王薇专业班级：电信1003指导教师：杨媛媛工作单位：信息工程学院题目：声光控制路灯电路初始条件：具备模拟电子电路的理论知识；具备模拟电路基本电路的设计能力；具备模拟电路的基本调试手段；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、光控：白天，光照强，灯灭；晚上，光照弱，灯亮2、声控在晚上起作用：有声音，灯亮，延时30秒，灯灭；无声音，灯灭3、路灯用25W灯泡模拟4、安装调试并完成符合学校要求的设计说明书时间安排：一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《模拟电子技术基础课程设计》目录1课题研究的目的和意义............................................12方案的选择.....................................................12.1方案1....................................................22.2方案2....................................................23元器件的选择和测试方法.........................................23.1二极管的选择..............................................23.2电解电容器的极性检测......................................33.3二极管测试................................................33.4晶闸管的选择..............................................33.5电阻的选择...............................................43.6CD4011中文资料...........................................44设计原理........................................................85系统调试和故障分析.............................................96总结...........................................................97参考文献.......................................................10附录1原理图附录2原件清单武汉理工大学《模拟电子技术基础课程设计》11.课题研究的目的和意义研究目的：通过这次的课题研究我们希望在理清它的发展脉络上进一步了解它的发明原理，将平时所学习的知识运用到实验探索上，这对提高我们的动手能力，创新意识，及锻炼思维活动无疑是一个莫大的帮助。同时我们也希望这次的研究能让同学进一步地了解照明灯，而不是仅局限与课本知识以内。从小的突破点入手，掌握又一项科技知识，从而实现课堂外的又一次提高,为现代教育科学尽一份力量！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。声光控延时照明电路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，因此声光控白炽灯在楼道照明领域得到广泛应用。2方案论证和选择1方案1：RC电路延时：由一个电阻和一个电容并联组成的RC延时电路。但输入电压为高时，电容充电，但输入电压为低时电容放电。达到延时目的。武汉理工大学《模拟电子技术基础课程设计》22方案2：555单稳态触发器：电路个稳定状态和一个暂稳状态。在触发信号作用下，电路将由稳态翻转到暂稳态，暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中RC延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态3方案选择由于555定时器在声强50dB时，对照明灯的有效控制率高于94％，过于敏感。很小的声音也会促使灯发光，会造成能源的浪费。RC电路简单，成本低，适合课题。3元器件的选择及检测方法3.1二极管的选择：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，参武汉理工大学《模拟电子技术基础课程设计》3数可在一定范围内选用。在测试时先把指针表满偏同时将指针表打到1K档，其次：用表笔对电容进行放电，在用表进行测试，用红笔接负极，黑笔接正极；最后：看指针的偏转，且还要指针还原，如能还原就表明电容正常，不能回到原位则表明电容漏电。测试漏电电容方法：用万用表的电阻挡（R*100和R*1K），将表笔接触电容器两引线。刚接触时，由于电容充电电流大，表头指针偏转角度大，随着充电电流减小，指针逐渐向R=无穷方向返回，最后稳定处即漏电电阻值。一般电容器的漏电电阻为几百至几千兆欧，漏电电阻相对小的电容质量不好。测量时，若表头指针指到或接近欧姆零点，表示电容器内部短路。若指针不动，始终指在R=无穷处，则意味着电容器内部短路或已失效。对于电容量在0.1μF以下的小电容，由于漏电电阻接近无穷，难以分辨，所以不能用此法测漏电阻或判定好坏。3.2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。3.3二极管测试：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,如果是透明玻璃壳二极管，可直接看出极性。3.4晶闸管的选择：晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。从晶闸管的内部分析工作过程：晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结，可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复武汉理工大学《模拟电子技术基础课程设计》4合管。若阳极加正电压，只有在门极加正电压是晶闸管才会导通，导通后门极不起作用；否则不会导通；导通后只有阳极加负电压后晶闸管才会截止。3.5电阻的选择：电阻器简称电阻，通常用“R”表示,是所有电子电路中使用最多的元件。电阻的主要物理特征是变电能为热能，即它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。电阻在电路中通常起分压分流的作用，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。电阻的阻值标法通常有色环法，数字法。色环法在一般的电阻上比较常见。由于手机电路中的电阻一般比较小，很少被标上阻值，即使有，电阻一般也采用数字法，即：10^1——表示10Ω的电阻；10^2——表示100Ω的电阻；10^3——表示1KΩ的电阻；10^4——表示10KΩ的电阻；10^6——表示1MΩ的电阻；10^7——表示10MΩ的电阻。如果一个电阻上标为22*10^3，则这个电阻为22KΩ。数码法用三位数字表示元件的标称值。从左至右，前两位表示有效数位，第三位表示10n(n=0～8)。当n=9时为特例，表示10^(-1)。塑料电阻器的103表示10*10^3=10k。片状电阻多用数码法标示，如512表示5.1kΩ。电容上数码标示479为47*10^(-1)=4.7pF。而标志是0或000的电阻器，表示是跳线，阻值为0Ω。数码法标示时，电阻单位为欧姆，电容单位为PF，电感一般不用数码标示。电阻的种类很多，通常分为碳膜电阻，金属电阻，线绕电阻等：它又包含固定电阻与可变电阻，光敏电阻，压敏电阻，热敏电阻等。通常来说，使用万用表可以很容易判断出电阻的好坏：将万用表调节在电阻挡的合适挡位，并将万用表的两个表笔放在电阻的两端，就可以从万用表上读出电阻的阻值。应注意的是，测试电阻时手不能接触到表笔的金属部分。3.6CD4011中文资料CD4011功能及真值表:四2输入与非门CMOS芯片逻辑表达式：Y=A.B真值表A=Y.BXYQ动作武汉理工大学《模拟电子技术基础课程设计》500?禁止011设定100重置11不变无(1)当X=0、Y=0时，将使两个NAND门之输出均为1，违反触发器之功用，故禁止使用。如真值表第一列。(2)当X=0、Y=1时，由于X=1导致NAND-A的输出为”1”，使得NAND-B的两个输入均为”1”，因此NAND-B的输出为”0”，如真值表第二列。(3)当X=1、Y=0时，由于Y=0导致NAND-B的输出为”1”，使得NAND-1的两个输入均为””1，因此NAND-A的输出为”0”，如真值表第三列。(4)当X=1、Y=1时，因为一个””1不影响NAND门的输出，所以两个NAND门的输出均不改变状态，如真值表第四列。CD4011引脚图及引脚功能:图1CD4011引脚图管脚功能：武汉理工大学《模拟电子技术基础课程设计》61A数据输入端2A数据输入端3A数据输入端4A数据输入端1B数据输入端2B数据输入端3B数据输入端4B数据输入端VDD电源正VSS地1Y数据输出端2Y数据输出端3Y数据输出端4Y数据输出端CD4011内部结构框图:图2CD4011内部逻辑结构图武汉理工大学《模拟电子技术基础课程设计》7图3CD4011内部保护网络图4CD4011逻辑图4设计原理武汉理工大学《模拟电子技术基础课程设计》8电路采用声光控放大照明电路，对于光强的监测是利用MIC的特性，即当其接收到足够的光强时，在其中会产生一个脉冲波，从而把声音信号变为电信号，通过对声强信号的处理可得一个电平信号，为控制电路准备，延时控制功能通过RC电路延时实现。在白天，光敏电阻器RG受光照射而呈高阻状态，CD4011的1脚为低电平，VT截止，照明灯EL不亮。当夜幕降临时，RG因无光照射而呈高阻状态，CD4011的1脚变为高电平。此时若有脚步声或拍手声，则该声音信号经传声器MIC转换为电信号后，再经电容器C2加至V的基极，使V瞬间截止，CD4011的2脚由低电平变为高电平，CD4011的3脚为低电平，4脚和11脚变为高电平，使VT受触发而导通，照明灯EL电路，与此同时，CD4011第4脚输出的高电平经VD5对延时电容器C3进行充电。当声音信号消失后，V又恢复为导通状态，CD4011的2脚又变为低电平，3脚变为高电平，4脚变为低电平，VD5截止，C3开始对CD4011的8，9脚进行放电，使CD4011的11脚仍维持高电平，VT仍维持导通，EL仍亮。