樓道聲控?zé)粼O(shè)計范靖沅

1、目目 錄錄第一章 緒論.1第二章 課程設(shè)計內(nèi)容與要求.22.1 設(shè)計內(nèi)容.22.2 設(shè)計要求.22.3 設(shè)計目的.2第三章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計及方案論證.33.1 設(shè)計方案.33.2 樓道聲控?zé)舻幕驹?33.3 元器件的介紹.63.3.1 電阻器.63.3.2 駐極體話筒 BM.73.3.3 555 定時器電路.93.3.4 74HC123.113.3.5 LM358.12第四章 硬件電路安裝及調(diào)試.14第五章 總結(jié)與展望.16參考文獻.17附錄.18信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告1第一章第一章 緒論緒論隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是數(shù)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用數(shù)字電子技術(shù)實現(xiàn)等的自動發(fā)亮、能節(jié)電、延時燈的壽命

2、變得越來越重要，而且貼近我們的生活，聲光控電路已成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚谋匦杵?，聲光控?zé)纛櫭剂x，聲控?zé)艏词怯寐曋际刂齐姛袅翜缁蛄炼葟娙醯囊环N燈具，控制某一用電負載的方法多種多樣，用光的強弱控制的稱光控，用溫度高低控制的你溫控，用磁場強弱控制的稱磁控，還有依靠壓力、濕度的等等。使用這種照明電路,人們就不必在黑暗中摸索開關(guān),也不必再擔(dān)心點長明燈費電和損壞燈泡了。夜間只要有腳步聲或其它較強的聲響時,燈便自動點亮,延時一定時間后自動熄滅。特別適用自動控制路燈照明以及走廊和樓道等處的短時照明。目前許多聲控開關(guān)的平均使用壽命不長，主要是因為電路作頻繁的開關(guān)，啟動電流非常大，導(dǎo)致功率元件可控硅由于過載

3、而損壞。本文中采用開關(guān)電壓過零保護技術(shù)，可消除白熾燈開啟瞬間的大電流沖擊，有效地防止可控硅元件啟動時的電流過載，大大地延長了開關(guān)的使用壽命，并且可以起到保護燈泡的作用。本次課程設(shè)計的任務(wù)是樓道聲控?zé)?，根?jù)模擬電子和數(shù)字電子所學(xué)的知識自主設(shè)計，在老師的指導(dǎo)下以小組為單位組裝實物并調(diào)試。如今，人們對聲控技術(shù)越來越熟悉。用聲音代替肢體動作給人們帶來了很多的好處和便利。因此，越來越多的聲控設(shè)備廣泛地應(yīng)用到人們的生活當(dāng)中。信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告2第二章第二章 課程設(shè)際內(nèi)容與要求課程設(shè)際內(nèi)容與要求2.12.1 設(shè)計內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容設(shè)計聲光控制照明燈。2.22.2 設(shè)計要求設(shè)計要求要求該電路夜間有聲音信號時，

4、照明燈（用 LED 發(fā)光管模擬）點亮；無聲時延遲 5 秒后熄滅;如聲音間隔小于 5 秒，則 LED 持續(xù)點亮。白天有聲無聲均不點亮。2.32.3 設(shè)計目的設(shè)計目的本次課程設(shè)計主要是配合模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)理論課程而設(shè)置的一門實踐性課程，起到鞏固所學(xué)知識，加強綜合能力，培養(yǎng)電路設(shè)計能力，提高實驗技術(shù)，啟發(fā)創(chuàng)新思想的結(jié)果。只有在天黑之后，當(dāng)有人走過樓道通道，發(fā)出腳步聲或其他聲音時，樓道燈會自動點亮，提供照明，當(dāng)人們進入家門或走出公寓，樓道燈延時幾分鐘后會自動熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會亮，可以達到節(jié)能的目的。樓道聲控?zé)舨粌H適用于住宅處的樓道，而且也適用于工廠、辦公樓、教學(xué)樓等公共場

5、所，它具有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優(yōu)點。信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告3第三章第三章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計及方案論證系統(tǒng)總體方案設(shè)計及方案論證 3.13.1 設(shè)計方案設(shè)計方案 3.23.2 樓道聲控?zé)舻幕驹順堑缆暱責(zé)舻幕驹砺暱仉娐肥邱v極話筒接受聲信號并將信號轉(zhuǎn)化為電流信號（交流信號） ，使三極管由飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)，電阻很大，基本上為 VCC 電壓值。所以在聲音信號來到的同時會有三極管 C 極電壓的跳變現(xiàn)象，這一現(xiàn)象使得聲控功能得以實現(xiàn)。駐極體話筒，作為聲控部分聲電轉(zhuǎn)換元件。當(dāng)聲音信號通過駐極體話筒轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枙r，送人 LM358，電信號通過 LM358 放大，其中LM358 組

6、成負反饋，穩(wěn)定靜態(tài)工作點，對交流信號進行放大，放大倍數(shù)為：，51(倍)011VRRRVfIfvRRA11信號放大后經(jīng)過 NE555 構(gòu)成的施密特觸發(fā)器進行波形整形，送人單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74LS123。它的暫穩(wěn)態(tài)出現(xiàn)由外輸入信號決定，暫穩(wěn)態(tài)時間由 RC 決定，信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告4此電路圖的暫穩(wěn)態(tài)時間計算如下：TwRext*Cext*ln2=0.69*150*103*0.47*10-64.8645s5s進入暫穩(wěn)態(tài)后，74LS123 輸出低電平，LED 導(dǎo)通，即發(fā)光。圖 3-2-1 聲控電路圖 光控電路是根據(jù)光線的強弱來優(yōu)先決定電燈的亮滅。聲音信號由駐極體話筒 BM 接收，經(jīng)過反比放大，放大的信

7、號送到NE555 定時器的 2,6 腳。該電路可以對聲控延時電路進行控制，在白天光線較強時，該電路在光控電路的作用下，處于關(guān)閉狀態(tài)，對任何聲音信號都不響應(yīng)，在晚上光線較弱時，光控電路將該電路的功能打開，使得該電路能根據(jù)外界聲音信號做出相應(yīng)的響應(yīng)。 NE555 定時器的輸出去控制 74HC123 聲控延時電路。該電路主要在光線較弱時起作用。這主要是通過光控電路的輸出來控制的。 圖 3-2-2 光控電路圖信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告5延時電路是一種內(nèi)無接觸點，在特定環(huán)境光線下采用聲響效果激發(fā)拾音器進行聲電轉(zhuǎn)換來控制用電器的開啟，并經(jīng)過延時后能自動斷開電源的節(jié)能電子開關(guān)。廣泛用于樓道、建筑走廊、洗漱室、

8、廁所、廠房、庭院等場所，是現(xiàn)代極理想的新穎綠色照明開關(guān)，并延長燈泡使用壽命。圖 3-2-3 延時電路圖圖 3-2-4 樓道聲控?zé)綦娐穲D信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告63.33.3 元器件的介紹元器件的介紹器件清單表 3.3.1 器件清單74HC123 一塊NE555 一個LM358 一個駐極體話筒一個電阻：3302;1K/4;4.7K/5;10K/2;150K/2電位器 單圈藍色方形一個 22K電容：16V 47uF 一個；16V 10uF 兩個；光敏電阻；發(fā)光二極管LED 一個；3.3.13.3.1 電阻器電阻器電阻器的種類有很多，通常分為三大類：固定電阻、可變電阻、特種電阻。光敏電阻是一種電阻值

9、隨外界光照強弱（明暗）變化而變化的原件，光越強阻值越小，光越弱阻值越大。光敏電阻器又叫光敏電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器，一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)化為電的變化） 。通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子一空穴對，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化） 。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻

10、器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見光）的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達 110M 歐,在強光條件（100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.40.76）m 的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告7變化。設(shè)計光控電路時，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計大為簡化。 圖 3-3-1 光敏電阻外形圖和電路符號3.3.23.3.2 駐極體話筒駐極體話筒 BMBM1、駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價格低的特點，廣泛用于盒式錄音

11、機、無線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個場效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。構(gòu)造與原理駐極體話筒由聲電轉(zhuǎn)換和阻抗變換兩部分組成。 聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是駐極體振動膜。它是一片極薄的塑料膜片，在其中一面蒸發(fā)上一層純金薄膜。然后再經(jīng)過高壓電場駐極后，兩面分別駐有異性電荷。膜片的蒸金面向外，與金屬外殼相連通。膜片的另一面與金屬極板之間用薄的絕緣襯圈隔離開。這樣，蒸金膜與金屬極板之間就形成一個電容。當(dāng)駐 極體膜片遇到聲波振動時，引起電容兩端的電場發(fā)生變化，從而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交變電壓。駐極體膜片與金

12、屬極板之間的電容量比較小，一般為幾十 pF。因而它的輸出阻抗值很高(Xc12tfc)，約幾十兆歐以上。這樣高的阻抗是不能直接與音頻放大器相匹配的。所以在話筒內(nèi)接入一只結(jié)型場效應(yīng)晶體三極管來進行阻抗變換。場效應(yīng)管的特點是輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低。普通場效應(yīng)管有源極(S)、柵極(G)和漏極(D)三個極。這里使用的是在內(nèi)部源極和柵極間再復(fù)合一只二極管的專用場效應(yīng)管。接二極管的目的是在場效應(yīng)管受強信號沖擊時起保護作用。場效應(yīng)管的柵極接金屬極板。這樣，駐極體話筒的輸出線便有三根。即源極 S，一般用藍色塑線，漏極 D，一般用紅色塑料線和連接金屬外殼的編織屏蔽線。信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告8 圖 3-3-2

13、駐極體話筒2、駐極體話筒工作原理駐極體話筒體積小，結(jié)構(gòu)簡單，電聲性能好，價格低廉，應(yīng)用非常廣泛。 高分子極化膜上生產(chǎn)時就注入了一定的永久電荷 (Q)，由于沒有放電回路，這個電荷量是不變的，在聲波的作用下，極化膜隨著聲音震動，因此和背極的距離也跟著變化，也就是鎖極化膜和背極間的電容是隨聲波變化。 我們知道電容上電荷的公式是 QCV，反之 VQ/C 也是成立的。駐極體總的電荷量是不變，當(dāng)極板在聲波壓力下后退時，電容量減小，電容兩極間的電壓就會成反比的升高，反之電容量增加時電容兩極間的電壓就會成反比的降低。最后再通過阻抗非常高的場效應(yīng)將電容兩端的電壓取出來，同時進行放大，我們就可以得到和聲音對應(yīng)的電

14、壓了。由于場效應(yīng)管時有源器件，需要一定的偏置和電流才可以工作在放大狀態(tài)，因此，駐極體話筒都要加一個直流偏置才能工作。 3、駐極體話筒選配注意駐極體話筒價格很低，損壞后做更換處理，關(guān)于駐極體話筒選配要注意以下幾點： （1）兩根和三根引腳的駐極體話筒之間不能直接替代，一般情況下也不做改動電路的代替。 （2）這種話筒沒有型號之分，相同引腳數(shù)的話筒可以代替，只是存在性能上的差別。 詞條圖冊更多圖冊信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告93.3.33.3.3 555555 定時器電路定時器電路集成定時器 555 電路，是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，應(yīng)用十分廣泛。它是一種產(chǎn)生時間延遲和多種脈沖信號的電路，由于

15、內(nèi)部電壓標(biāo)準(zhǔn)使用了三個 5K 電阻，故取名 555 電路。其電路類型有雙極型和 CMOS 型兩大類，二者的結(jié)構(gòu)和工作原理類似。二者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。555 電路構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，如圖 3-3-3-1 所示。圖 3-3-3-1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器555 定時器內(nèi)部電路見圖 3-3-3-2 所示。圖 3-3-3-2 555 定時器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告10555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的

16、電壓為 VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于 VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于 VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。 它的各個引腳功能如下： 1 腳：外接電源負端 VSS 或接地，一般情況下接地。 8 腳：外接電源 VCC，雙極型時基電路 VCC 的范圍是 4.5 16V，CMOS 型時基電路 VCC 的范圍為 3 18V。一般用 5V。 3 腳：輸出端 Vo 2 腳：低觸發(fā)端 6 腳：T

17、H 高觸發(fā)端 4 腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論 TR、TH 處于何電平，時基電路輸出為 “0”，該端不用時應(yīng)接高電平。 5 腳：VC 為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時，應(yīng)將該端串入一只0.01F 電容接地，以防引入干擾。 7 腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。 在 1 腳接地，5 腳未外接電壓，兩個比較器 A1、A2 基準(zhǔn)電壓分別為的情況下，555 時基電路的功能表如表 3-3-3-4 所示。 表 3-3-3-4 555 定時器的功能表 清零端高觸發(fā)端 TH低觸發(fā)端Q放電管 T功能00導(dǎo)通直接

18、清零101x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)110 x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)10 10 11 0導(dǎo)通截止置 1 清零信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告113.3.43.3.4 74HC12374HC123 74HC123 是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。其 Rxcx(7,15) 和 Cx 端 (6,14) 接定時的電阻和電容, 即決定觸發(fā)后 Q 端產(chǎn)生的單脈沖寬度. Rbar (3,11) 是低電平復(fù)零, 不作復(fù)零時為高電平。Abar (1,9) 是下降沿觸發(fā)輸入端, 通過 Abar 用負脈沖觸發(fā), 不用時保持高電平. B (2,10) 是上升沿觸發(fā)輸入端, 通過 B 用正脈沖觸發(fā), 不用時置低.。Q (5,13) 與 Qb

19、ar (4,12) 分別輸出正負定時單脈沖。 特點特點：第一，它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)； 第二，在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，在自動返回穩(wěn)態(tài)； 第三，暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。由于具備這些特點，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被廣泛應(yīng)用于脈沖整形、延時以及定時等。器件中單穩(wěn)觸發(fā)器作用是不管觸發(fā)信號持續(xù)多長時間，只固定維持外圍阻容給定的一段時間就恢復(fù)觸發(fā)前狀態(tài)，外圍電阻電容決定單穩(wěn)時間，因為觸發(fā)是由邊緣觸發(fā)，上升或下降沿?？稍儆|發(fā)單穩(wěn)不同之處是前次觸發(fā)后的單穩(wěn)沒有恢復(fù)觸發(fā)前狀態(tài)而又有觸發(fā)信號時，可再觸發(fā)單穩(wěn)將在觸發(fā)邊緣開始繼續(xù)維持阻容

20、給定的單穩(wěn)時間，而單穩(wěn)是不理會在翻轉(zhuǎn)后的觸發(fā)信號的。此芯片也可做多諧振蕩器用。 74HC123 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。它有兩種輸入，A 為低電平有效，B 為高電平有效。有兩種輸出，正好相反。用外接的電阻電容作定時元件，時間自己定，比 74LS 電路易用。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74HC123 及外圍電路來實現(xiàn)該功能。74HC123 為雙可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)，其輸出脈沖的寬度主要取決于定時電阻R 與定時電容 C，脈寬的計算為電容值與電阻值的乘積即：WP=RC，在實際設(shè)計中 R=5kW，C=80pF，輸出脈寬為 400ns、幅度約 5V。脈沖快沿放大與射極信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告12跟隨輸出電路，主要作用是對整形與

21、展寬后的觸發(fā)脈沖進行加速和放大，以便得到有較高幅度和較快上升沿的脈沖信號去觸發(fā)場效應(yīng)管 2SC3306。圖 3-3-4 74HC123 引腳3.3.53.3.5 LM358LM358 LM358 里面包括有兩個高增益、獨立的、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運放，適用于電壓范圍很寬的單電源，而且也適用于雙電源工作方式，它的應(yīng)用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運放的地方使用。圖 3-3-5 LM358 引腳圖及引腳功能信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告13LM358 封裝有塑封 8 引線雙列直插式和貼片式兩種。LM358 的特點: . 內(nèi)部頻率補償. 低輸入偏流. 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流.

22、 共模輸入電壓范圍寬，包括接地. 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍. 直流電壓增益高(約 100dB) . 單位增益頻帶寬(約 1MHz) . 電源電壓范圍寬：單電源(330V)；. 雙電源(1.5 一15V). 低功耗電流，適合于電池供電. 輸出電壓擺幅大(0 至 Vcc-1.5V) 第第信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告14四章四章 硬件電路安裝及調(diào)試硬件電路安裝及調(diào)試在進行硬件安裝的過程中，我們遇到了很多的問題。第一次使用電路板，對它內(nèi)部的連接并不熟悉，從而出現(xiàn)了很多的錯誤。首先是安裝元件，把他們的位置擺放好。兩兩之間的關(guān)系在電路板上有一個好的體現(xiàn)，使人一目了然，而且要達到美觀和線路連接簡易，

23、盡量用到最少的線，是它看起來不亂。然后要做的就是分析電路圖，在電路板上配線，用到的工具有各種鉗子，鑷子等。焊接，一般常用焊錫做焊料。它具有較好的流動性和附著性。在一定溫度、濕度及振動沖擊下有足夠的機械強度。而且具有耐腐蝕性，使用方便等優(yōu)點。焊劑：作用是除去油污，防止焊件受熱氧化，增強焊錫的流動性。常用的電烙鐵有外熱式、內(nèi)熱式和速熱式三種。一般功率不能過大，若選用的功率過大，不易掌握火候，很容易使元件過熱而損壞。焊點的質(zhì)量直接關(guān)系到整塊電路板能否正常工作，也是每個操作人員要學(xué)會并掌握的基本功。焊接順序及方法先測量，作好記錄、清潔、掛錫焊接、最后在檢查測量。焊接方法：1、右手持電烙鐵。左手用尖嘴鉗或鑷子夾持元件或?qū)Ь€。焊接前，電烙鐵要充分預(yù)熱。烙鐵頭刃面上要吃錫，及帶上一定量焊錫。2、將烙鐵頭刃面緊貼在焊點處。電烙鐵與水平面大約成 60 度角。以便于熔化的錫從烙鐵頭上流到焊點上。烙鐵頭在焊點處停留的時間控制在 23秒鐘。3、抬開烙鐵頭。左手仍持元件不動。待焊點處的錫冷卻凝固后，才可松開左手。4、用鑷子轉(zhuǎn)動引線，確認不松動，然后可