聲光雙控自動(dòng)照明開(kāi)關(guān)

河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 聲光雙控自動(dòng)照明開(kāi)關(guān) 學(xué)生姓名 劉 萌 系 (部 ) 機(jī)械工程系 專業(yè) 機(jī)電一體化 指導(dǎo)老師 耿 國(guó) 強(qiáng) 2010 年 5 月 20 日 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) I I 摘 要 在學(xué)校、機(jī)關(guān)、廠礦企業(yè)等單位的公共場(chǎng)所以及居民區(qū)的公共樓道，長(zhǎng)明燈現(xiàn)象十分普遍，這造成了能源的極大浪費(fèi)。另外，由于頻繁開(kāi)關(guān)或者人為因素，墻壁開(kāi)關(guān)的損壞率很高，增大了維修量、浪費(fèi)了資金。而我的課題是聲光控 制路燈的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了一種 安全節(jié)電、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、 使用壽命長(zhǎng)的聲光雙控白熾燈節(jié)能路燈。 在本設(shè)計(jì)中介紹了 聲光 雙 控路燈控制器的組成、性能，適用范圍及工作原理，給出各電路原理圖及元件參數(shù)選擇，節(jié)電效果十分明顯，同時(shí)也大大減少了維修量、節(jié)約了資金，使用效果良好。白天光照好，不管過(guò)路者發(fā)出多大聲音，都不會(huì)是燈泡發(fā)亮。夜晚光暗，電路的拾音器只要檢測(cè)到 有 聲響 發(fā)出 ，就會(huì)自動(dòng)亮為行人照明，過(guò)幾分鐘后又自動(dòng)熄滅，節(jié)能節(jié)電 。 關(guān)鍵詞 聲光雙控 自動(dòng)照明 節(jié)能 開(kāi)關(guān) 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) II II Abstract In todays world， long lights are widespread in schools， institutions， industrial enterprises and other units of public places and residential areas of public corridor. This caused great waste of energy. In addition， due to frequent switching or man-made factors， the failure rate of the high wall switch， increased maintenance and waste money. So my topic is the design of sound and light control of street lamp， designed a new circuit，safe saving， simple structure， easy installation， long life of sound and light dual-controlled incandescent lamp energy saving lamp. In this essay， I want to introduce a variety of sound and light control of street lamp controller，composition， performance， application and working principle of the circuit diagram and component parameters， energy-saving effect is very obvious， but also greatly reduced the maintenance amount， save money with favorable results. During the day light is good， no matter how sound passer issued， will not be bright light bulb. Night dimming， the circuit of pickup as long as the noise burst is detected， it will automatically light for the pedestrian lighting， auto off after a few minutes， saving the node. Key words: Sound and light control Automatically light Saving the node Switch 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) III III 目錄 前 言 . 1 第一章 緒論 . 2 第一節(jié) 設(shè)計(jì)內(nèi)容 . 2 第二節(jié) 給定條件 . 2 第三節(jié) 設(shè)計(jì)方案 . 2 第二章 總體電路設(shè)計(jì) . 4 第一節(jié) 工作原理 . 4 第二節(jié) 元件選擇及調(diào)試 . 7 第三章 單元電路設(shè)計(jì)與分析舉例 . 9 第一節(jié) 駐極體話筒 MIC . 9 第二節(jié) 時(shí)間繼電器 . 11 第三節(jié) 簡(jiǎn)單的電容降壓整流電路 . 12 第四章 所需元?dú)饧鍐?. 13 第一節(jié) 所需元器件簡(jiǎn)介 . 13 第二節(jié) 元器件清單 . 14 參考文獻(xiàn) . 16 致 謝 . 17 附表 . 18 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 前 言 當(dāng)今世界在以電子信 息技術(shù)為前提下推動(dòng)了社會(huì)跨躍式的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展 帶動(dòng)了各國(guó)生產(chǎn)力的大規(guī)模提高。由此可見(jiàn)科技已成為各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的核心，尤其是電子信息技術(shù)更顯得尤為重要，在國(guó)民生 產(chǎn)各部門電子信息技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。曾經(jīng)不被人們所重用的如聲 ，光等 ， 如今在電子信息技術(shù)方面都得到了廣 泛的應(yīng)用，尤其是光能 ， 更是人們有待開(kāi)發(fā)的具大的能源寶庫(kù)。 隨著人們生活現(xiàn)代化水平不斷提高，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力的供需矛盾日益加劇 ，生產(chǎn)更多的電即意味著要消耗更多的煤、石油、天然氣、核原料等不可再生資源，還會(huì)帶來(lái)許多相應(yīng)的環(huán)境問(wèn)題。為此，我們應(yīng)該從身邊做起，珍惜并節(jié)約每一度電。所以，現(xiàn)在很多住宅樓道都安裝了自動(dòng)控制樓道燈。 電子信息技術(shù)發(fā)展的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高度智能化，在減少以至不需要人為干預(yù)下使機(jī)器能獨(dú)立處理各種工作。智能化照明電路也 是如此，如我們所熟知的走道照明電路其智能化實(shí)現(xiàn)方法是利用了聲學(xué)，光學(xué)，電 子學(xué) 原理的綜合；而馬路上的路燈是應(yīng)用了光學(xué)的原理；另一個(gè)我們所知的交通系統(tǒng)紅綠燈則是采用了電子學(xué)中計(jì)數(shù)器的原理?？梢?jiàn)原理不同電路所實(shí)現(xiàn)的功能也不盡相同。 本設(shè)計(jì)中介紹了聲光控路燈控制器的組成、性能，適用范圍及工作原理，給出電路原理圖及元件參數(shù)選擇，可以 替換學(xué)校、機(jī)關(guān)、廠 礦企業(yè)等單位的公共場(chǎng)所以及居民區(qū)的公共樓道的長(zhǎng)明燈，節(jié)電效果 明顯， 同時(shí) 減少了由于頻繁開(kāi)關(guān)或者人為因素造成 墻壁開(kāi)關(guān)的損壞率，維修量，節(jié)約了資金。 在白天或光線較亮?xí)r，節(jié)電開(kāi)關(guān)呈關(guān)閉狀態(tài)，燈不亮，夜間或光線較暗時(shí)，節(jié)電開(kāi)關(guān)呈預(yù)備工作狀態(tài)。當(dāng)有人經(jīng)過(guò) 該開(kāi)關(guān)附近時(shí)，腳步聲等把節(jié)電開(kāi)關(guān)啟動(dòng)，燈亮，延時(shí)幾十秒 后熄滅 。 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 2 第一章 緒論 第一節(jié) 設(shè)計(jì)內(nèi)容 本文設(shè)計(jì)的聲光雙控照明 開(kāi)關(guān)，在白天或光線較亮?xí)r，節(jié)電開(kāi)關(guān)呈關(guān)閉狀態(tài)，燈不亮，夜間或光線較暗時(shí)，節(jié)電開(kāi)關(guān)呈預(yù)備工作狀態(tài)。當(dāng)有人經(jīng)過(guò)該開(kāi)關(guān)附近時(shí)，腳步聲 ，說(shuō)話聲等把節(jié)電開(kāi)關(guān)啟動(dòng)，燈亮，延時(shí)幾十秒。 第二節(jié) 給定條件 給出電路圖、要求安裝設(shè)計(jì)實(shí)用產(chǎn)品、聲控節(jié)電開(kāi)關(guān)照明時(shí)間控制 1 分鐘內(nèi)，整個(gè)電路采用分立元器件或者數(shù)字集成電路組成。 幾十秒后節(jié)電開(kāi)關(guān)自動(dòng)關(guān)閉、燈滅。 第三節(jié) 設(shè)計(jì)方案 （一） 聲 控照明電路 聲音是我們最為熟知的。人與人需要用聲音去交流，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)出聲音，動(dòng)物會(huì)發(fā)出聲音等等。然而發(fā)此寶貴的資源卻被我們忽視了很長(zhǎng)時(shí)間，如今留給我們的就是怎樣合理高效的利用這一資源。以前人們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)只求一個(gè)用字，只要能用就萬(wàn)事大吉了，所以我們常見(jiàn)的電路都有很多開(kāi)關(guān) ， 如照明電路 ， 要讓它工作 ， 我們必須機(jī)械地去控制它，這對(duì)于當(dāng)今社會(huì)各種各樣的智能化建筑 ， 如智能辦公樓，智能化公寓等是非常不實(shí)用的；在這種情況下聲音就派上了用場(chǎng)，聲控作為智能化電路的一 部分是不可缺少的；然而要實(shí)現(xiàn)聲控也不是一件容易的事，因?yàn)?聲音是個(gè) 模擬量且非電信號(hào)無(wú)法在數(shù)字電路中使用，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)聲控電路時(shí)就面臨怎樣把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的問(wèn)題。要解決這個(gè)問(wèn)題 ， 我們可以設(shè)計(jì)一個(gè)類似于 竊聽(tīng)器的接收設(shè)備專門用來(lái)接聽(tīng)聲音信號(hào)并將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳 送到下一級(jí)電路。但是作為聲控電路 ， 對(duì)聲音信號(hào)的要求既不能太強(qiáng)也不能太弱，太強(qiáng)聲控難以實(shí)現(xiàn)；而太弱電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜也難以實(shí)現(xiàn)，所以最好是能接收到如人的講話聲，腳踏地板聲。當(dāng)這類信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)時(shí)，電信號(hào)一般較弱，必須對(duì)其進(jìn)行放大對(duì)此可選擇功放電路，運(yùn)放電路，差分電路 等，根據(jù)電路對(duì)信 號(hào)的要求一般選擇運(yùn)放電路較河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 3 好，提高信號(hào)輸出電壓， 經(jīng)過(guò)這一步實(shí)現(xiàn)了聲音信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。有了電信號(hào)實(shí)現(xiàn)聲控就容易了，我們可以讓產(chǎn)生的電信號(hào)去觸發(fā)觸發(fā)器使電路導(dǎo)通。對(duì)于這樣的電路設(shè)計(jì)對(duì)外加電源的要求必須穩(wěn)定，不斷電，故最好再為其設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)壓電路這樣才能使電路穩(wěn)定工作。而對(duì)元器件的要求也較高，特別是半導(dǎo)體器件必須保證靈敏度高，各電參數(shù)精確穩(wěn)定，這樣電路才能高效地工作。如今對(duì)于這樣的電路設(shè)計(jì)我們以不必為其煩惱，因?yàn)橛辛寺曇魝鞲衅鳎梢灾苯訉⒙曇粜盘?hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，大簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，使聲控電路的設(shè) 計(jì)顯得更加容易。下面 就運(yùn)用聲音傳感器設(shè)計(jì)的聲控照明電路加以分析。 聲控照明電路的主要原理 :是利用了聲學(xué)和電子學(xué)的原理即用聲音傳感器將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)從而推動(dòng)觸發(fā)器觸發(fā)使電路導(dǎo)通工作。 作為一個(gè)智能化聲控照明電路應(yīng)具有以下功能： 能在聲音的控制下實(shí)現(xiàn)電路的導(dǎo)通與截止。 聲音的發(fā)出應(yīng)是多方面的如腳步聲，物體打擊聲等。 響應(yīng)時(shí)間應(yīng)越短越好。 為此在選擇電路元器件時(shí)應(yīng)選擇靈敏度較高的聲音傳感器組成聲控照明電路控制電路的前端，同時(shí)我們還要為該傳感器設(shè)置傳感條件如聲音響度必須在 20DB 以上才能響應(yīng)等。 （二）光控照明電路 在第三次科技革命的推動(dòng)下，光能這一偉大的，自然的以及人類生存所必須的寶貴資源在被人類遺忘了若干年后，今天終于得到了廣泛的應(yīng)用。太陽(yáng)能熱水器，太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)能浴場(chǎng)等都成為人們熱議的話題，大到天上的人造衛(wèi)星，小到街道的路燈太陽(yáng)能的應(yīng)用無(wú)所不在。而作為智能化電路的設(shè)計(jì)考慮光能的應(yīng)用也是理所當(dāng)然的。在半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展下大 大 促進(jìn)了光能應(yīng)用的快速進(jìn)步，在發(fā)電，取暖等方面尤為突出，智能化電路設(shè)計(jì)引進(jìn)光技術(shù)已不是新奇事了，在光控電路的設(shè)計(jì)中不同于聲控電路復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，隨著半導(dǎo)體光敏元器件的快速發(fā)展，我們?cè)谠O(shè)計(jì)光控電路 時(shí)面臨的問(wèn)題已由怎樣使光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)變?yōu)樵鯓釉陔娐分屑哟箅娦盘?hào)的強(qiáng)度？這一問(wèn)題如今也以得到了較好的解決，光敏元器件的應(yīng)用在光照的情況下使其電參數(shù)發(fā)生變化從而使其對(duì)電流的阻礙作用減小或增大，進(jìn)而使電路導(dǎo)通或截止，電信號(hào)強(qiáng)弱的改變光控轉(zhuǎn)化為電控電路功能的實(shí)現(xiàn)便容易了。在這樣的電路設(shè)計(jì)中，對(duì)電路元器件的要求也極為高尤 其是光敏元件是光控電路功能實(shí)現(xiàn)的核心，必須保證其各項(xiàng)參數(shù)的精確與 穩(wěn)定。故在選擇這類元器件 時(shí)一定要選擇高靈敏度工作穩(wěn)定可靠的元件，當(dāng)然電路工作的穩(wěn)定是否，功能能否實(shí)現(xiàn)， 并不僅僅只和電路元器件有關(guān)，外 加電源也是不可忽視的，與聲控電路一樣最好也是給光控電路加上一個(gè)穩(wěn)壓電路 確保電路能正常工作。現(xiàn)河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 4 就采用光敏元件設(shè)計(jì)光控照明電路作如下分析。 電路原理：利用光敏元件隨光照強(qiáng)度的變化而阻抗發(fā)生變化的特點(diǎn)，去控制電信號(hào)的強(qiáng)弱，只要電信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到一定程度將 使電路 導(dǎo)通工作。光控照明電路其主要功能是實(shí)現(xiàn)當(dāng)外界光照強(qiáng)度降低到一定程度時(shí)，使照明電路導(dǎo)通工作。就其方案而言多種多樣，但我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮方案的可行性，穩(wěn)定性以及元器件的靈敏度，尤其是光敏元件必須選擇靈敏度高的這樣電路功能才能較容易實(shí)現(xiàn)，為此我們?cè)谠O(shè)計(jì)光控電路時(shí)， 不但要盡量使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，而且要使電路功能強(qiáng)，功能的實(shí)現(xiàn)要可靠穩(wěn)定。 第二章 總體電路設(shè)計(jì) 基本要求： 該開(kāi)關(guān)白天不導(dǎo)通，到了 晚上，一有聲響便自動(dòng)導(dǎo)通，且聲音消除后仍能導(dǎo)通一段時(shí)間。保持導(dǎo)通的時(shí)間可在 110min（分）內(nèi)持續(xù)導(dǎo)通。該開(kāi)關(guān)適用于人們活動(dòng)時(shí)能發(fā)出聲響的場(chǎng)合，保證人們?cè)诠饬翖l件下活動(dòng)，人走或休息后燈即熄滅。 第一節(jié) 工作原理 該開(kāi)關(guān)電路如圖 1所示 ， 它由開(kāi)關(guān)電路、直流電源、觸發(fā)與延時(shí)電路、光控閉鎖電路以及聲光充電電路組成的 。 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 5 圖 1 開(kāi)關(guān)電路 1. 開(kāi)關(guān)電路 :采用雙向可控硅 SKG 作為開(kāi)關(guān) 元件 .當(dāng)控制極電 流 Ig 10mA 時(shí) ， SKG 便完全導(dǎo)通 ； Ig 6mA 時(shí) ， 則可靠截止 。 2. 直流電源 :220V 交流電源經(jīng)電容 C1 降低 ， 由二極管 Z1、 Z2 倍壓整流成直流 ， 穩(wěn)壓二極管 WG 與發(fā)光二極管 LED 把直流電源的電壓穩(wěn)定在 6V， 電容 C2、 C3和電阻 R1 組成 型濾波電路 .輸出電流 15mA.采用電容降壓、倍壓整流電路 ， 簡(jiǎn)化了線路 ， 降低了成本 ， 縮小了體積 ， 同時(shí) ， 也滿足開(kāi)關(guān)控制電路對(duì)電源的要求 。 3. 觸發(fā)與延時(shí)電路 :它是由結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 BG1、電容 C4、電阻 R2、 R3、電位器 W1 和W2 組成的 .場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制電器 ， 它依靠柵 極上的電壓控制漏、源極電流 .圖 2是結(jié)型耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線 .可以看出 ， 當(dāng) |Ugs|上升時(shí) ， Ids 下降 ； |UDS|下降時(shí) ，IDS 上升 .在本觸發(fā)器電路中 ， 若電容 C4 充電 ， 則是 |UGS|下降 ， IDS 上升 .IDS 就是 SKG 的控制極電流 Ig.當(dāng) Ids 10mA 時(shí) SKG 完全導(dǎo)通 .由于 R2、 W1 的負(fù)反饋?zhàn)饔?， 當(dāng) IDS 上升時(shí) ，又使 |UGS|上升 ， 保證 BG1 的 PN結(jié)始終反向偏置 。 C4 充電結(jié)束后 ， 經(jīng) R3、 W2 放電 ， |UGs|上升 ， IDs 下降 ， 當(dāng) IDs6mA 是 ， SKG 完全關(guān)斷 。河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 6 圖 2 結(jié)型耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管 轉(zhuǎn)移特性曲線 4. 光控閉鎖電路 :如圖 3， 由三極管 BG2、光電三極管 BG3、電阻 R4、可調(diào)電阻 W3、二極管 Z3 組成 。 白天 ， BG3 受光照射而飽和導(dǎo)通 ， BG2 基極電流增大 ， 集、射極飽和導(dǎo)通 ，電容 C4 經(jīng) Z3、 BG2 的集、射極放電 ， 同時(shí) ， 把 BG1 的柵極電位牽制在 1V 左右 ， 使 IDs 不超過(guò) 6mA， SKG 處于關(guān)斷狀態(tài) 。 晚上 ， BG3 不受光照而截止 ， BG2 基極電流減小 ， 亦截止 ，其集電極電位為高電位 ， Z3反響偏置解除了對(duì) BG1 柵極電位的牽制 ， 是 SKG 導(dǎo)通 。 圖 3 光控閉鎖電路 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 7 5. 聲控充電電路 :如圖 4， 由單穩(wěn)觸發(fā)電路和雙管直耦放大電路組成 。 三 極管 BG4、 BG5組成單穩(wěn)電路 。 當(dāng)無(wú)音響時(shí) ， 單穩(wěn)電路處于穩(wěn)態(tài) ， BG4 飽和 ， BG5 截止 。 BG4 極電極電位為低電位 ， 二極管 Z4 反向截止 ， 電容 C4 處于放電狀態(tài) 。 當(dāng)有音響時(shí) ， 聲感受器 MIC 接受到聲音并變成電信號(hào) ， 由 BG6、 BG7 兩個(gè)三極管組成的雙管直耦放大電路把該音頻信號(hào)進(jìn)行放大 。 放大后的音頻信號(hào)通過(guò)電容 C6、電阻 R7和二極管 Z5 組成的脈沖電位門觸發(fā)三極管BG4， 使 BG4 由飽和變?yōu)榻刂?， 集電極電位為高電位 。 BG5 由截止變?yōu)轱柡?， 單穩(wěn)電路翻轉(zhuǎn)為暫態(tài) 。 正電源經(jīng)電阻 R5、二極管 Z4 對(duì)電容 C4 充電 。 約 5s， 單穩(wěn)電 路又回復(fù)到穩(wěn)態(tài) ，電源停止對(duì) C4 重復(fù)充電 。 圖 4 聲控充電電路 第二節(jié) 元件選擇及調(diào)試 穩(wěn)壓二極管 WG 選用 2CW53， 穩(wěn)定電壓為 4V， 最大工作電流為 41mA， LED 選用 HLR-5 磷化鎵紅色發(fā)光二極管 ， 電流 0.1A， 反壓 75V。 聲感受器 MIC 選用一般錄音機(jī)用的 CRZ2-9 型電容傳聲器 ， 工作電壓 4.5 9V。 BG4、 BG5 選用 3DG6， 放大倍數(shù) 60。 BG2、 BG6、 BG7選用 3DG6，放大倍數(shù) 100。其他元器件的參數(shù)要求如圖 2 所示。 調(diào)整 W1可改變 SKG 的導(dǎo)通程度，以使照明燈的亮度符合人們的要 求。調(diào)整 W2，可在 110min(分 )范圍內(nèi)選擇導(dǎo)通保持時(shí)間。如果要求更長(zhǎng)的時(shí)間，可以把 C4 的容量改換為 220F，河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 8 這樣，開(kāi)關(guān)保持導(dǎo)通的時(shí)間就能夠在 3 30min(分 )內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。調(diào)整 W3，使開(kāi)關(guān)在白天不能導(dǎo)通，只有在晚上有聲響時(shí)才能導(dǎo)通。光電三極管 BG3 作成光電檢測(cè)頭安裝于室外，但應(yīng)避免日光直射。最后，調(diào)節(jié) W4，使該開(kāi)關(guān)接收聲響的靈敏度最 高。 注意事項(xiàng)： (1)在調(diào)試時(shí)，不要急于接上交流電源。應(yīng)先外界直流電源，把各部分電路調(diào)好后，再接交流電源。 (2)在接交流電路時(shí)，應(yīng)分清電源的相線和零線。 (3)接上交 流電源后，倍壓整流電源不能空載，否則會(huì)損壞整流電路元件。 (4)由于電容 C4在 1s(秒 )內(nèi)就充足電，而放電卻需要相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，所以 SKG 能夠迅速地由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止時(shí)都要經(jīng)歷三個(gè)不同的狀態(tài)：完全導(dǎo)通、不完全導(dǎo)通、截止。因此，照明燈又亮到熄滅也將經(jīng)歷亮、暗、熄三個(gè)階段。在由亮狀態(tài)過(guò)度到暗狀態(tài)和由暗狀態(tài)過(guò)渡到熄滅狀態(tài)時(shí)，照明燈都會(huì)發(fā)生約 5s(秒 )的閃爍，由此限制了該開(kāi)關(guān)在熒光燈開(kāi)關(guān)電路和其他方面的應(yīng)用。 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 9 第三章 單元電路設(shè)計(jì)與分析舉例 第一節(jié) 駐極體話筒 MIC 作為聲光控制電路的設(shè)計(jì)，必然少不了一個(gè)在無(wú)光照和拾取到聲音時(shí)把電路導(dǎo)通的，從而達(dá)到點(diǎn)亮燈起到照明作用的電子元件。這個(gè)電子元件就是駐極體話筒 MIC。 1. 駐極體話筒的工作原理 駐極體話筒一般由駐極體與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管組合而成。駐極體是由進(jìn)行特殊處理的高分子材料組成，這些高分子材料表面具有永久電荷 (Q)。駐極體結(jié)構(gòu)有振膜、背極、空隙三部分，這樣在振膜與背極間形成一個(gè)具有定量電荷的電容結(jié)構(gòu)。當(dāng)說(shuō)話時(shí)，會(huì)引起振膜與背極間的距離 (D)變化，據(jù) C= S/D 可知，將使電容 (C)變化 ； 據(jù) U=Q/C 可知， a、 b 間電壓會(huì)變化 ； 從而引起結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的 G、 S 間電壓變化，在 D、 S間產(chǎn)生放大的電信號(hào)。 2. 駐極體話筒的結(jié)構(gòu) 話筒的基本結(jié)構(gòu)由一片單面涂有金屬的駐極體薄膜與一個(gè)上面有若干小孔的金屬電極（背稱為背電極）構(gòu)成。駐極體面與背電極相對(duì)，中間有一個(gè)極小的空氣隙，形成一個(gè)以空氣隙和駐極體作絕緣介質(zhì)，以背電極和駐極體上的金屬層作為兩個(gè)電極構(gòu)成一個(gè)平板電容器。電容的兩極之間有輸出電極。由于駐極體薄膜上分布有自由電荷。當(dāng)聲波引起駐極體薄膜振動(dòng)而產(chǎn)生位移時(shí)；改變了電容兩極版之間的距離，從而引起電容的容量發(fā)生變化，由于駐極體上的電荷數(shù)始終保持恒定，根據(jù)公式： Q=CU 所以當(dāng) C 變化時(shí)必然引起電容器兩端電壓 U的變化，從而輸出電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)聲 -電的變換。實(shí)際上駐極體話筒的 結(jié)構(gòu)如圖 5。 圖 5 駐極體話筒 結(jié)構(gòu) 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 10 駐極體話筒體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電聲性能好，價(jià)格低廉，應(yīng)用非常廣泛。駐極體話筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 6 所示。由聲電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和場(chǎng)效應(yīng)管兩部分組成。它的電路的接法有兩種：源極輸出和漏極輸出。源極輸出有三根引出線，漏極 D 接電源正極，源極 S 經(jīng)電阻接地，再經(jīng)一電容作信號(hào)輸出；漏極輸出有兩根引出線，漏極 D 經(jīng)一電阻接至電源正極，再經(jīng)一電容作信號(hào)輸出，源極 S 直接接地。所以，在使用駐極體話筒之前首先要對(duì)其進(jìn)行極性的判別。 圖 6 駐極體話筒 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 3. 駐極體話筒 的檢測(cè)方法 首先檢查引腳有無(wú)斷線情況，然后檢測(cè)駐極體電容式話筒。駐極體話筒體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電聲性能好，價(jià)格低廉，應(yīng)用非常廣泛。駐極體話筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。由聲電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和場(chǎng)效應(yīng)管兩部分組成。它的電路的接法有兩種：源極輸出和漏極輸出。源極輸出有三根引出線，漏極 D 接電源正極，源極 S 經(jīng)電阻接地，再經(jīng)一電容作信號(hào)輸出；漏極輸出有兩根引出線，漏極 D 經(jīng)一電阻接至電源正極，再經(jīng)一電容作信號(hào)輸出，源極 S 直接接地。所以，在使用駐極體話筒之前首先要對(duì)其進(jìn)行極性的判別。 方法一： 將駐極體話筒加上正常的偏置電壓，將萬(wàn)用表?yè)艿?Rx100 檔，用兩表筆分別接兩芯線，相當(dāng)于給內(nèi)部源極、漏極間加電壓，此時(shí)，萬(wàn)用表指針應(yīng)在一定的刻度上。然河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 11 后對(duì)話筒吹氣，如果指針有一定幅度的擺動(dòng)，說(shuō)明駐極體話筒完好，如果無(wú)反映，則該話筒漏電。如果直接測(cè)試話筒引線無(wú)電阻，說(shuō)明話筒內(nèi)部可能開(kāi)路 ； 如果阻值為零，則話筒內(nèi)部短路。 方法二： 因?yàn)?在場(chǎng)效應(yīng)管的柵極與源極之間接有一只二極管，因而可利用二極管的正反向電阻特性來(lái)判別駐極體話筒的漏極 D和源極 S。 將萬(wàn)用表?yè)苤?R 1k檔，黑表筆接任一極，紅表筆接另一極。再對(duì)調(diào)兩表筆，比較兩次測(cè)量結(jié)果，阻值較小時(shí)黑表筆接的是源極，紅表 筆接的是漏極 。 將 駐極體話筒 應(yīng)用在本電路中，當(dāng)無(wú)光照的情況下，外界有聲音發(fā)出時(shí)，通過(guò) 駐極體話筒 ，照明系統(tǒng)就會(huì)發(fā)光，為行人照明道路。 第二節(jié) 時(shí)間繼電器 時(shí)間繼電器一種利用電磁原理或機(jī)械原理實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制的控制電器。它的種類很多，有空氣阻尼型、電動(dòng)型和電子型等。它由電磁系統(tǒng)、延時(shí)機(jī)構(gòu)和觸點(diǎn)三部分組成。 時(shí)間繼電器可分為通電延時(shí)型和斷電延時(shí)型兩種類型。空氣阻尼型時(shí)間繼電器的延時(shí)范圍大 (有 0.4 60s 和 0.4 180s 兩種 ) ，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 但準(zhǔn)確度較低。當(dāng)線圈通電時(shí)，銜鐵及托板被鐵心吸引而瞬時(shí)下移，使瞬時(shí)動(dòng) 作觸點(diǎn)接通或斷開(kāi)。但是活塞桿和杠桿不能同時(shí)跟著銜鐵一起下落，因?yàn)榛钊麠U的上端連著氣室中的橡皮膜，當(dāng)活塞桿在釋放彈簧的作用下開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，橡皮膜隨之向下凹 ， 上面空氣室的空氣變得稀薄而使活塞桿受到阻尼作用而緩慢下降。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，活塞桿下降到一定位置，便通過(guò)杠桿推動(dòng)延時(shí)觸點(diǎn)動(dòng)作，使動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合。從線圈通電到延時(shí)觸點(diǎn)完成動(dòng)作，段時(shí)間就是繼電器的延時(shí)時(shí)間。延時(shí)時(shí)間的短可以用螺釘調(diào)節(jié)空氣室進(jìn)氣孔的大小來(lái)改變。吸引線圈斷電后，繼電器依靠恢復(fù)彈簧的作用而復(fù)原?？諝饨?jīng)出氣孔被迅速排出。 時(shí)間繼電器作為輔 助元件用于各種保護(hù)及自動(dòng)裝置中，使被控元件達(dá)到所需要的延時(shí)，在保護(hù)裝置中用以實(shí)現(xiàn)主保護(hù)與后備保護(hù)的選擇性配合。 智能時(shí)間繼電器是近年發(fā)展起來(lái)的新一代控制儀，它采用八位微電腦為核心芯片，為通電延時(shí)面板式繼電器 。 上、下兩排數(shù)碼管顯示，并應(yīng)用了獨(dú)特的抗干擾技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于冶金，電子，機(jī)械，紡織，塑料制冷，電爐烘箱等需時(shí)間控制的場(chǎng)合 。 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 12 第三節(jié) 簡(jiǎn)單的電容降壓整流電路 圖 6 電容降壓整流電路 電容 C1、 C2 和二極管 D1 及穩(wěn)壓管 DW，組成簡(jiǎn)單的電容降壓整流電路，接通電源后獲得 12V 左右的直流電壓。三極 管 BG、光敏二極管 D2 和雙向可控硅等，組成光電開(kāi)關(guān)電路 。 光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的 ,其管芯是一個(gè)具有光敏特征的 PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時(shí)需加上反向電壓。無(wú)光照時(shí) ,有很小的飽和反向漏電流 ,即暗電流，此時(shí)光敏二極管截止。當(dāng)受到光照時(shí) ,飽和反向漏電流大大增加，形成光電流 ,它隨入射光強(qiáng)度的變化而變化。當(dāng)光線照射 PN結(jié)時(shí)，可以使 PN 結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，使少數(shù)載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。因此可以利用光照強(qiáng)弱來(lái)改變電路中的電流。 在本文 的電路中，就是應(yīng)用了光敏二極管來(lái)控制電路在白天即使是有聲音，燈泡也不會(huì)亮。 在白天，光敏二極管 D2 因受光照呈低電阻， BG 管基極電位下降，使 BG 截止，電阻 R1上無(wú)電壓輸出，故雙向可控硅 SCR 處于關(guān)斷狀態(tài)，燈泡 ZD不亮。當(dāng)夜幕降臨時(shí)， D2因無(wú)光照其暗阻增大，使 BG 基極電位升高而導(dǎo)通， R1上輸出的電壓觸發(fā)可控硅 SCR 導(dǎo)通，得電點(diǎn)亮。調(diào)節(jié)電位器 W，可調(diào)節(jié) BG 基極電位高低，即調(diào)整了光控的靈敏度。 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 13 第四章 所需元?dú)饧鍐?第一節(jié) 所需元器件簡(jiǎn)介 1. SKG 雙向可控硅 2. 二極管 Z1， Z2 倍壓整流： 原理：在電源變壓器交 流電壓不高，但又需要獲得較高直流電壓時(shí)，通用倍壓整流電路，這種整流電路主要是用來(lái)供給小直流高壓的。 特點(diǎn)： 1) 可用一個(gè)較低電壓的電源變壓器次級(jí)繞組來(lái)獲得較高的直流輸出電壓。 2) 倍壓整流電路可根據(jù)需要，由無(wú)數(shù)個(gè)單元升壓電路組成。 3) 在倍壓整流電路中，無(wú)論有多少只整流二極管，管子的耐壓并不隨著倍 壓的增高而增加 。 4) 倍壓整流電路輸出電壓的帶負(fù)載能力較差，一般只用于小電流，高電壓輸出的場(chǎng)合。 3. 穩(wěn)壓二極管 WG 原理：一種在所標(biāo)稱的反向電壓雪崩擊穿而不被破壞的硅結(jié)型二極管，施加反向電壓并使其值逐漸增大，當(dāng)反向電壓值到達(dá)穩(wěn)壓二極 管的穩(wěn)定電壓時(shí)，其正常雪崩擊穿，若在此情況下在一定范圍內(nèi)改變電源電壓的波動(dòng)或改變負(fù)載電流的大小，穩(wěn)壓二極管的齊納電流便隨之而變化，穩(wěn)壓二極管的動(dòng)態(tài)電阻也在隨之而變化，然而，齊納電壓卻穩(wěn)定而不變。 4. 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 BG1 一種電壓控制器件，它依靠柵極上的電壓控制漏，源極電流 5. 電位器 W1W2 一種是信號(hào)柵場(chǎng)效應(yīng)管，另一種是絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管又分為兩種類型，一種是 N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，另一種是 P 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 6. 三極管 三極管以其放大功能為主要特征立足于半導(dǎo)體器件之林，其種類繁多，功率等級(jí)齊全，大量用于各種 電路，并因?yàn)橛糜诩苫に嚩圃斐纱笮∫?guī)模的萬(wàn)種集成電器。 7. 光電三極管 BG3 光電三極管是一種對(duì)光具有敏感作用的半導(dǎo)體器件，在感受光照的同時(shí)，不僅把光信河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 14 號(hào)變成電信號(hào)，還把這個(gè)電信號(hào)的變化量進(jìn)行放大。 特點(diǎn)： 1) 光電轉(zhuǎn)換靈敏度高； 2) 工作電壓低，耗能少 ； 3) 工作可靠性高，壽命長(zhǎng) ； 4) 易于實(shí)現(xiàn)光 電隔離 ； 5) 易于集成化 ； 6) 體積小，重量清 ； 7) 有很好的密封防潮性 。 8. 發(fā)光二極管 LED LED 是一種在 PN 結(jié)上外加正向偏壓并當(dāng)電流通過(guò)時(shí)，把所注入的少數(shù)載流子復(fù)合時(shí)的剩余能量以光的形式釋放出來(lái)而發(fā)光的二極管，發(fā)光二極管之所以發(fā)光，其 核心是 PN 結(jié)。發(fā)光二極管在正向電壓偏置下，電子由 N 區(qū)注入 P區(qū)，空穴則由 P 區(qū)注入 N區(qū)，進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子一部分與多數(shù)載流子復(fù)合而發(fā)光 。 9. 二極管 二極管又稱晶體二極管 ,簡(jiǎn)稱二極管 (diode);它只往一個(gè)方向傳送電流的電子零件。它是一種具有 1個(gè)零件號(hào)接合的 2 個(gè)端子的器件，具有按照外加電壓的方向，使電流流動(dòng)或不流動(dòng)的性質(zhì)。晶體二極管為一個(gè)由 p型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體形成的 p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于 p-n 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電 流相等而處于電平衡狀態(tài)。 第二節(jié) 元器件清單 本設(shè)計(jì)中 電路所用到的元 件的符號(hào)，類型，單位大小 ，型號(hào) 及數(shù)量如表 1。 表 1 符號(hào) 類型 大小 /型號(hào) 數(shù)量 R1 電阻 100 1 R2 電阻 360 1 R3 電阻 1M 1 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 15 R4 電阻 5.1K 1 R5,R7,R9 電阻 5.1K 3 R6 電阻 2.1K 1 R8 電阻 30K 1 R10 電阻 4.7K 1 R11 電阻 2K 1 R12 電阻 36K 1 R13 電阻 10 1 C1 電容 0.25/400V 1 C2 電容 100/220V 1 C3 電容 220/220V 1 C4,C5 電容 100/10V 2 C6 電容 0.01/10V 1 C7 電容 10/10V 1 C8 電容 1/10V 1 W1 可調(diào)電阻 1K 1 W2 可調(diào)電阻 10M 1 W3 可調(diào)電阻 33K 2 W4 可調(diào)電阻 100K BG1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 NPN 1 BG2 三極管 NPN 1 BG3 光電三極管 NPN 1 BG4 三極管 NPN 1 BG5 三極管 NPN 1 BG6 三極管 NPN 1 BG7 三極管 NPN 1 WG 穩(wěn)壓二極管 - 1 ZA， Z2， Z3， Z4 二極管 - 4 LED 發(fā)光二極管 - 1 SKG 開(kāi)關(guān)元件 - 1 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 16 參考文獻(xiàn) 1 蘇家健等 ， 自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù) M， 電子工業(yè)出版社 ， 2006 年 8 月； 2 陳爾紹等 ， 實(shí)用光電控制電路精選 M， 電子工業(yè)出版社 ， 1993 年； 3 霍亮生 等， 電子技術(shù)基礎(chǔ) M， 清華大學(xué)出版社 ， 2006 年 5 月 ； 4 孫建設(shè)等， 模擬電子技術(shù) M， 化學(xué)工業(yè)出版社 ， 2009 年 9 月 ； 5 黃盛蘭等，電路基礎(chǔ) M，北京大學(xué)出版社， 2006 年 8 月； 6 劉木清，周小麗等，照明自動(dòng)控制技術(shù) M，機(jī)械工業(yè)出版社， 2007 年 10 月； 7史光國(guó)等， 半導(dǎo)體發(fā)光二極管及固體照明 M，科學(xué)出版社， 2007 年 4 月； 8 船舶工業(yè)總公司七一三所編 ， 常用電子電器元件手冊(cè) M， 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 ， 1986 年 9 月。 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 17 致謝 經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的思考研究 ，通過(guò)在圖書(shū)館 和網(wǎng)上 查閱有關(guān)資料， 做出了上面設(shè)計(jì)，這次設(shè)計(jì)不但讓我學(xué)到了很多只是，而且又 使我將原來(lái)所學(xué)的知識(shí)系統(tǒng)化，理論化，實(shí)用化。對(duì)如何使用已有知識(shí)及獲取相關(guān)資料方面的能力又有了提高。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我還認(rèn)識(shí)到無(wú)做什么工作，都需要踏實(shí)，勤奮，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度， 這對(duì)我以后的工作將會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。經(jīng)過(guò)努力，在眾多老師特別是耿老師的細(xì)心指導(dǎo)和幫助下， 在周圍同學(xué)的幫助下，我 順利完成了論文的撰寫(xiě)工作。在此，對(duì)耿 老師和其他給予幫助的老師們 及同學(xué)們 表示我誠(chéng)摯的謝意。 鑒于本人所學(xué)知識(shí)有限，經(jīng)驗(yàn)不足，又是初次研究這種復(fù)雜的設(shè)計(jì)，在此 過(guò)程中難免存在一些錯(cuò)誤和不足之處，懇請(qǐng)耿 老師給予批評(píng)和指正 。 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 18 附表 附表一 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 題目名稱 ： 聲光雙控自動(dòng)照明開(kāi)關(guān) 學(xué)生姓名 劉萌 所學(xué)專業(yè) 機(jī)電一體化 班級(jí) 機(jī)電 0733 指導(dǎo)教師姓名 所學(xué)專業(yè) 職稱 一、 設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容及進(jìn)度 本設(shè)計(jì)中介紹了聲光控路燈控制器的組成、性能，適用范圍及工作原理，給出電路原理圖及元件參數(shù)選擇，可以替換學(xué)校、機(jī)關(guān)、廠礦企業(yè)等單位的公共場(chǎng)所以及居民 區(qū)的公共樓道的長(zhǎng)明燈，節(jié)電效果明顯，同時(shí)減少了由于頻繁開(kāi)關(guān)或者人為因素造成墻壁開(kāi)關(guān)的損壞率，維修量，節(jié)約了資金。 二、 主要技術(shù)指標(biāo) (或研究目標(biāo) ) 聲光控路燈控制器 ， 在白天或光線較亮?xí)r，節(jié)電開(kāi)關(guān)呈關(guān)閉狀態(tài)，燈不亮，夜間或光線較暗時(shí)，節(jié)電開(kāi)關(guān)呈預(yù)備工作狀態(tài)。當(dāng)有人經(jīng)過(guò)該開(kāi)關(guān)附近時(shí)，腳步聲等把節(jié)電開(kāi)關(guān)啟動(dòng)，燈亮，延時(shí)幾十秒后熄滅。 三、 進(jìn)度計(jì)劃 第 2 周：完成“開(kāi)題報(bào)告” 第 8 周：將“河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)生自查表”交學(xué)生所在系部。 第 14 周： 初步完成“ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）” 撰寫(xiě)、修改、定稿及打印。 第 15 周：完成 “ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）”，指導(dǎo)教師評(píng)審，評(píng)閱人評(píng)審。 第 16 周：推薦校級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。 第 17 周：校級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）公開(kāi)答辯。 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 19 四、重要參考文獻(xiàn) 1 蘇家健等 ， 自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù) M， 電子工業(yè)出版社 ， 2006 年 8 月； 2 陳爾紹等 ， 實(shí)用光電控制電路精選 M， 電子工業(yè)出版社 ， 1993 年； 3 霍亮生 等 ，電子技術(shù)基礎(chǔ) M， 清華大學(xué)出版社 ， 2006 年 5 月； 4 孫建設(shè)等， 模擬電子技術(shù) M， 化學(xué)工業(yè)出版社 ， 2009 年 9 月； 5 黃盛蘭等，電路基礎(chǔ) M，北京大學(xué)出版社， 2006 年 8 月； 6 劉木清，周小麗等，照明自動(dòng)控制技術(shù) M，機(jī)械工業(yè)出版社， 2007 年 10 月； 7史光國(guó)等， 半導(dǎo)體發(fā)光二極管及固體照明 M，科學(xué)出版社， 2007 年 4 月； 8 船舶工業(yè)總公司七一三所編 ， 常用電子電器元件手冊(cè) M， 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 ， 1986 年 9 月。 教研室主任簽字 ： 年 月 日 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 20 附表二 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 題目名稱 ： 聲光雙控自動(dòng)照明開(kāi)關(guān) 學(xué)生姓名 劉萌 專業(yè) 機(jī)電一體化 班級(jí) 機(jī)電 0733 一、選題的依據(jù)和意義 本設(shè)計(jì)介紹的是聲光雙控路燈控制器， 根據(jù)駐極體話筒與光敏二極管等元件的特性，可以實(shí)現(xiàn)白天燈不亮，夜晚有聲音燈亮并延時(shí)一段時(shí)間后熄滅，從而達(dá)到節(jié)約電能的效果，并省去了 由于頻繁開(kāi)關(guān)或者人為因素造成墻壁開(kāi)關(guān)損壞的維修量。 二、國(guó)內(nèi)外研究綜述 當(dāng)今世界在以電子