聲光控開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 . . . 中南林業(yè)科技大涉外學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)名稱： 聲光控開(kāi)關(guān)的控制 姓 名： 馬健 學(xué) 號(hào)： 20107114 專業(yè)班級(jí)： 2010級(jí)電子信息工程2班 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2012年11月18日 設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 成績(jī)：簽名： 年 月 日聲光控開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)樓道延時(shí)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)摘要聲光雙控延時(shí)開(kāi)光不僅適用于住宅區(qū)的樓道，而且也適用于工廠、辦公室、教學(xué)樓等公共場(chǎng)所，它具有體積小，外形美觀，制作容易，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，而且降低能耗，節(jié)約能源，注重環(huán)保是當(dāng)今世界的主潮流。此外，它在一定的場(chǎng)所使用還可起防盜作用。它是公共場(chǎng)所照明開(kāi)關(guān)的理想選擇，被人們譽(yù)為“長(zhǎng)明燈的克星”。 本次設(shè)計(jì)的是一個(gè)靈敏度較高

2、的聲光控制開(kāi)關(guān)，行人只要拍個(gè)巴掌就能電路觸發(fā)。本電路僅使用一只 CMOS 門電路 TC4081BP、一個(gè) CRZ2-113F 型小型駐極體式電容話筒、一個(gè) CdS 型光敏電阻器以與若干電阻、電容配合就能將電路觸發(fā)，使其導(dǎo)通，將電燈打開(kāi)。它不需要發(fā)送關(guān)閉信號(hào)，由電路自身的延時(shí)電路將燈關(guān)閉。當(dāng)燈被打開(kāi)后，延時(shí)電路延時(shí)約 25s 后將燈自動(dòng)關(guān)閉。該電路還具有自動(dòng)光控作用，在白天由光敏電阻器控制著電路。即使受到聲音信號(hào)的觸發(fā)，開(kāi)關(guān)也不會(huì)打開(kāi)。 在此電路的設(shè)計(jì)中，要注意三點(diǎn)，第一是要合理設(shè)計(jì)三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)，使之處于飽和或截止兩狀態(tài)； 第二要調(diào)節(jié)好電位器，從而使聲控開(kāi)關(guān)和光敏電阻具有良好的靈敏度；第三

3、要合理設(shè)定延時(shí) RC，實(shí)際和理論延時(shí)時(shí)間總會(huì)有差距的。此設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)聲控光控延時(shí)開(kāi)關(guān)的功能。在白天時(shí)無(wú)論是否有聲音，小燈都不能被點(diǎn)亮，即白天時(shí)不需要光照，在夜晚當(dāng)有聲音產(chǎn)生時(shí)，小燈被點(diǎn)亮，且在聲音消失后，小燈能夠維持一段時(shí)間亮度，即在夜晚有人經(jīng)過(guò)的時(shí)候，燈被點(diǎn)亮，并有足夠的時(shí)間讓人通過(guò)。 所設(shè)計(jì)的電路分為五個(gè)模塊：電源模塊，信號(hào)收集模塊，信號(hào)處理模塊，延時(shí)模塊和被控制模塊。目錄一、 課程設(shè)計(jì)與任務(wù)要求················&

4、#183;··························3二、 設(shè)計(jì)思路······················

5、;·······························32.1 整體模塊方框圖·················

6、;··························32.2 電源模塊······················&#

7、183;··························42.3 信號(hào)收集模塊·····················

8、83;·······················42.4 聲音信號(hào)收集電路························&#

9、183;················52.5 信號(hào)處理模塊·······························

10、83;·············72.5.1 TC4081BP工作原理·································&#

11、183;72.6 延時(shí)電路設(shè)計(jì)·············································82.7 被控制電路·

12、;··············································9三、 電路的安裝與調(diào)試··

13、;··········································113.1 燈泡一直亮著······

14、;······································113.2 燈泡始終不亮··········

15、;··································113.3 發(fā)光時(shí)間短··············

16、································113.4 燈泡響應(yīng)靈敏度低···············

17、3;························11四、 總結(jié)························

18、83;·······························12五、 附錄·················&#

19、183;······································131 課題名稱：聲光控開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)樓道延時(shí)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)按課程要求設(shè)計(jì)一個(gè)聲光控延時(shí)節(jié)能開(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；只

20、有在天黑以后，當(dāng)有人走過(guò)樓梯通道，發(fā)出腳步聲或其它聲音時(shí)，樓道燈會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮，并有足夠的時(shí)間讓人通過(guò)，以達(dá)到實(shí)用節(jié)能的目的。要求如下：（1）設(shè)計(jì)聲光控開(kāi)關(guān)電路，完成相關(guān)理論計(jì)算；（2）繪制原理圖、制版、實(shí)驗(yàn)室調(diào)試（利用實(shí)驗(yàn)室條件對(duì)各模塊進(jìn)行調(diào)試）。2 設(shè)計(jì)思路2.1 整體模塊方框圖感光電阻RG檢音BM放大VT控制門D1燈泡繼電器T整形D2延時(shí)R8,C3二級(jí)整形D3,D4圖1 聲光控延時(shí)節(jié)能開(kāi)關(guān)整體方框圖2.2 電源模塊電源電路采用降壓、整流、濾波和穩(wěn)壓的組合電路，將220V的交流電壓變?yōu)?V和12V的直流電壓，模塊如下方框圖：穩(wěn)壓電路濾波電路整流電路電源變壓器降壓過(guò)程是將220V單相交流電壓直接

21、輸入有一定匝數(shù)比的變壓器，得到降壓后的電壓。然后將變壓器副邊的交流電壓通過(guò)單相橋式整流電路，得到脈動(dòng)系數(shù)較大的直流電壓。為了減小電壓的脈動(dòng)，將經(jīng)過(guò)整流橋整流后的直流電壓通入由濾波電容構(gòu)成的濾波電路，使輸出較為平滑的電壓。要得到穩(wěn)定的直流電源需將濾波后的電壓輸入穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路由電阻和穩(wěn)壓二極管組成。利用二極管的穩(wěn)壓特性，使得到不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻變化影響的穩(wěn)定性較高的直流電壓。2.3 信號(hào)收集模塊對(duì)于光信號(hào)的設(shè)計(jì)，要求在白天與晚上R5與RG間的電壓輸出有很大的反差，在白天要求輸出低電平，而在晚上要求輸出高電平，所以必須要用光敏電阻RG。將光敏電阻RG與R5串聯(lián)起來(lái)，構(gòu)成電路圖如下所示：

22、VCC光控部分VCC1 142 133 124 115 106 97 8R5,1M聲控部分電源電路部分延時(shí)部分RG圖2 TC4081BP在白天光較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻RG的阻值較低（約為1.2K），在R5與光敏電阻的兩端加有12V的電壓，在白天我們要求此端輸出低電平，則不管聲控部分輸出是高電平或低電平，芯片TC4081BP最終都輸出低電平，則使得控制電路的三極管不導(dǎo)通，繼電器上無(wú)電流，由繼電器的工作原理可知燈泡不亮。所以，R5的阻值要遠(yuǎn)大于1.2K，近似使得R5短路。在晚上光線較暗時(shí)，光敏電阻RG的阻值變大（最大約為50M），R5、RG串聯(lián)對(duì)12V電壓分壓，在晚上我們要求此端輸出高電平，若此時(shí)有聲即

23、聲控部分輸出高電平，則芯片TC4081BP最終輸出高電平，使得控制電路三極管導(dǎo)通，繼電器上有電流，由繼電器的工作原理可知燈泡亮。若無(wú)聲音，則聲控部分輸出低電平，芯片TC4081BP最終端輸出高電平，燈泡不亮。所以R5的阻值要遠(yuǎn)小于50M，這樣晚上可以認(rèn)為電壓全分與R5，RG短路。即控制燈泡在晚上無(wú)聲時(shí)不亮。光信號(hào)電路相關(guān)參數(shù)的分析：通過(guò)對(duì)光電路的工作原理分析我們要求R5阻值要遠(yuǎn)大于1.2K，同時(shí)又要遠(yuǎn)小于50M。再由串聯(lián)分壓公式可知（R5+RG）*I=Vcc所以R5=Vcc/I-RG由于在白天RG約為1.2K，晚上RG約為50M，Vcc=12V綜合各種因素最終選擇R5為1M。2.4 聲音信號(hào)收

24、集電路： 聲控延時(shí)開(kāi)關(guān)就是用聲音來(lái)控制開(kāi)關(guān)的“開(kāi)啟”，若干分鐘后延時(shí)開(kāi)關(guān)“自動(dòng)關(guān)閉”。因此，整個(gè)電路的功能就是將聲音信號(hào)處理后，變?yōu)殡娮娱_(kāi)關(guān)的開(kāi)動(dòng)作。明確了電路的信號(hào)流程方向后，即可根據(jù)主要元器件將電路劃分為若干個(gè)單元。仿真聲控部分原理圖如下所示。聲音輸入部分暫用開(kāi)關(guān)代替，同樣電容C2具有通交流阻直流的作用，聲音輸入相當(dāng)于一個(gè)正弦信號(hào)輸入。圖3 仿真聲控部原理圖分在仿真中，我們把麥克風(fēng)用導(dǎo)線代替，電容也用開(kāi)關(guān)代替。當(dāng)外界有聲音發(fā)出時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合，可使三極管VT瞬間截止，集成電路A的2腳便通過(guò)電阻器R4連接12V電壓正極，又因A的一腳在晚上也是高電壓，便繼續(xù)使A的3腳輸出低電壓，5腳和6腳也為低電

25、壓，4腳則輸出高電壓。該電壓經(jīng)二極管VD1正偏導(dǎo)通，向電容器C2充電，又使A的8腳和9腳為高電壓，繼續(xù)控制A的10腳輸出低電壓，12腳和13腳為低電壓，11腳輸出高電壓。使三極管導(dǎo)通，便使繼電器工作，開(kāi)關(guān)閉合，從而驅(qū)動(dòng)燈泡H發(fā)光。當(dāng)外界沒(méi)有聲音發(fā)出時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，三極管輸入到集成電路A的2腳一個(gè)低電平。又因A的1腳在晚上也是高電壓，便使A的3腳輸出高電壓，5腳和6腳也為高電壓，4腳則輸出低電壓。該電壓經(jīng)二極管VD1正偏導(dǎo)通，又使8腳和9腳為低電壓，繼續(xù)控制A的10腳輸出高電壓，12腳和13腳為高電壓，11腳輸出低電壓。三極管不工作，繼電器無(wú)法產(chǎn)生電流，繼而無(wú)法導(dǎo)通開(kāi)關(guān)，從而燈泡H不發(fā)光。2.5

26、信號(hào)處理模塊TC4081BP是一種將四個(gè)基本二輸入與非門電路集合在一起制成的集成電路，因此稱為二輸入四與非門集成電路。利用該集成電路既可以設(shè)計(jì)放大器，也可以設(shè)計(jì)振蕩器，還可以設(shè)計(jì)控制開(kāi)關(guān)，因此被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。另外，TC4081BP部四個(gè)二輸入與非門電路各自獨(dú)立，實(shí)際中可選用其中一個(gè)，也可以四個(gè)全用，還可以進(jìn)行并聯(lián)、串聯(lián)應(yīng)用。2.5.1 工作原理：TC4081BP的外形如下圖所示，它是采用晶體管制造工藝在硅晶片上生產(chǎn)四個(gè)各自獨(dú)立的二輸入與非門電路，然后采用DIP-14保準(zhǔn)封裝的雙列14腳直插式結(jié)構(gòu)。TC4081BP的14個(gè)引腳的排列、引腳名稱與部結(jié)構(gòu)如圖所示，可以清楚的看到四個(gè)二輸入

27、與非門相互獨(dú)立，每個(gè)單獨(dú)的與非門有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。四個(gè)與非門被集成后，TC4081BP的1腳、2腳、3腳屬于第一個(gè)與非門電路，其中1腳的1IN1端為該與非門的輸入端，2腳的1IN2屬于該與非門的另一個(gè)輸入端，3腳的1OUT端為該與非門的輸出端；4腳、5腳、6腳屬于第二個(gè)與非門電路，其中4腳的2IN1端為該與非門的輸入端，5腳的2IN2端為該與非門的另一個(gè)輸入端，6腳的2OUT端為該與非門的一個(gè)輸出端；8腳、9腳、10腳屬于第三個(gè)與非門電路，其中8腳的3IN1端為該與非門的輸入端，9腳的3IN2端為該與非門的另一個(gè)輸入端，10腳的3OUT端為該與非門的一個(gè)輸出端；11腳、12腳、13腳屬

28、于第四個(gè)與非門電路，其中11腳的4IN1端為該與非門的輸入端，12腳的4IN2端為該與非門電路的另一個(gè)輸入端，13腳的4OUT端為該與非門的一個(gè)輸出端；7腳、14腳為TC4081BP的工作電源輸入端，7腳為電源的負(fù)極Vss，14腳為電源的正極Vdd。在TC4081BP中，每個(gè)與非門的兩個(gè)輸入端與一個(gè)輸出端之間所呈現(xiàn)的關(guān)系見(jiàn)下表：第一個(gè)輸入端（1腳）第二個(gè)輸入端（2腳）輸出端（3腳）011101001110表中以TC4081BP的第一個(gè)與非門為例，“0”表示低電壓，“1”表示高電壓與非門集成電路是一種價(jià)格較為低廉的集成電路，而且工作損耗小，適應(yīng)電壓圍寬，可在318V的圍正常工作。VCC1 142

29、 133 124 115 106 97 8電源電路部分VD1延時(shí)部分4148圖4 TC4081BP信號(hào)處理2.6 延時(shí)電路設(shè)計(jì)根據(jù)電容的特性，電容兩端的電壓是緩慢變化的。譬如說(shuō)：燈泡要通電，它的電壓在通電的一刻由0變?yōu)榱硪粋€(gè)值，如1V。但是由于其是緩慢變化的，即01V中間的每一個(gè)值燈泡都經(jīng)歷過(guò)，突然的變化不會(huì)到時(shí)突變，是存在電容緩沖的。根據(jù)這一特性，將電容兩端并聯(lián)一個(gè)電阻，從而可以形成一個(gè)延時(shí)電路，即圖中的由延時(shí)電阻器R6和延時(shí)電容C2組成的延時(shí)電路，如圖所示：圖5 延時(shí)電路的原理圖2.7 被控制電路圖6 被控制電路被控制電路由三極管T2、繼電器H、LED燈D3、電阻R8、R9，二極管D2組成

30、，在這部分電路中，繼電器和三極管相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)，可開(kāi)通或關(guān)斷燈泡連接的5V直流電源。當(dāng)三極管T2處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，集電極電流驅(qū)動(dòng)繼電器H工作，開(kāi)關(guān)閉合，燈泡回路導(dǎo)通，此時(shí)在燈泡回路中，電流從直流電源沿R8繼電器中的開(kāi)關(guān)LED燈D3，最后流回直流電源，就這樣燈泡亮。當(dāng)三極管T2處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，繼電器H中無(wú)電流通過(guò)，故繼電器開(kāi)關(guān)無(wú)法動(dòng)作，導(dǎo)致燈泡回路開(kāi)路，無(wú)電流通過(guò)，LED燈D3不亮。繼電器H中開(kāi)關(guān)動(dòng)作受三極管T2控制，當(dāng)三極管T2處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，其集電極有電流通過(guò)，從而驅(qū)動(dòng)繼電器H中的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，燈泡回路導(dǎo)通；而當(dāng)三極管T2處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，其集電極無(wú)電流通過(guò)，繼電器中無(wú)電流通過(guò)，其開(kāi)關(guān)無(wú)法動(dòng)

31、作，燈泡回路斷開(kāi)。三極管T2是處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)還是處于截止斷開(kāi)，則由基極B控制。當(dāng)基極B處于高電平時(shí)，其值高于集電極C的電壓，而且大于三極管T2的開(kāi)啟電壓Uon，三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，集電極上的繼電器中有電流通過(guò)；當(dāng)基極B處于低電平時(shí)，其值小于三極管的開(kāi)啟電壓Uon，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，其集電極中無(wú)電流，三極管這個(gè)“開(kāi)關(guān)”處于斷開(kāi)狀態(tài)。二極管D2的作用是保護(hù)繼電器。當(dāng)三極管T2飽和導(dǎo)通時(shí)，繼電器中有電流通過(guò)，此時(shí)二極管D2相當(dāng)于開(kāi)路，對(duì)電路無(wú)影響；當(dāng)三極管在轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)的瞬間，由于繼電器中含有電感元件，那么必然會(huì)在此刻產(chǎn)生極大的電流，如果不加二極管D2，電路可能會(huì)因電流過(guò)大而損壞，而加上二

32、極管D2后，電流改變流向，通過(guò)二極管D2和繼電器中的電感組成的回路完成放電過(guò)程，不會(huì)損壞電路。3 電路的安裝與調(diào)試3.1 燈泡一直亮著燈泡一直亮著的問(wèn)題，多是三極管被擊穿，造成繼電器中一直有電流通過(guò)，從而燈泡回路一直處于導(dǎo)通狀態(tài)；或者是繼電器和燈泡回路接法不正確，使得繼電器中一直有電流通過(guò)或者燈泡直接接在電源回路上，從而使燈泡一直處于導(dǎo)通狀態(tài)。若沒(méi)有上述錯(cuò)誤，則極有可能是集成電路TC4081BP損壞使A的11腳始終為高電壓。3.2 燈泡始終不亮出現(xiàn)這一問(wèn)題，先檢查燈泡是否正常。如果燈泡正常，就說(shuō)明開(kāi)關(guān)電路中有元件損壞。可先焊開(kāi)光敏電阻器的一個(gè)腳，在向話筒送入聲音信號(hào)的同時(shí)，用萬(wàn)用表測(cè)集成電路A

33、2腳的電壓，看指針是否擺動(dòng)。若擺動(dòng)很小或不擺動(dòng)，就應(yīng)檢查聲音觸發(fā)控制電路中的各元件，包括話筒、電阻器R1到R4、電容器C1、可調(diào)電位器RP、三極管VT；若指針擺幅很明顯，再測(cè)三極管T2的基極電壓，若此處無(wú)電壓，就說(shuō)明集成電路TC4081BP、電阻器R5-R7，R7，R10、二極管VD1，電容器C2之一有損壞。3.3 發(fā)光時(shí)間短這是延時(shí)電路的電容器C2或電阻器R6有問(wèn)題，可用容量大點(diǎn)的電容替換C2，或?qū)﹄娮鑂6進(jìn)行替換。若更換后，延時(shí)時(shí)間還是較短，則由可能是二極管VD1不良。3.4 燈泡響應(yīng)靈敏度低如果需要很大響聲，燈泡才能觸發(fā)點(diǎn)亮，則說(shuō)明觸發(fā)電路元件性能下降，此時(shí)要著重檢查三極管的放大倍數(shù)值，

34、以與檢查電阻R1-R4、可調(diào)電位器RP和電容器C1等?？偨Y(jié)這是一種聲音和光照雙控制的照明燈，它可以用于樓梯，過(guò)道，庫(kù)房的場(chǎng)合。白天光照好，不管過(guò)路者發(fā)出多大聲音，都不會(huì)使燈泡發(fā)亮。夜晚光暗，電路的拾音器只要檢測(cè)到有碎發(fā)聲音，就會(huì)自動(dòng)為行人照明，過(guò)一會(huì)兒后有自動(dòng)熄滅，節(jié)能節(jié)電。 這次的聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)實(shí)踐將我們學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到了實(shí)踐， 深化了對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)和模擬電子設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)。學(xué)習(xí)了兩年的理論知識(shí)和實(shí)踐操作， 我們不僅僅得到了課本上的知識(shí)，更重要的是通過(guò)自己獨(dú)立動(dòng)手，在老師和同學(xué)的耐心指導(dǎo)下，我學(xué)會(huì)了分析電路、設(shè)計(jì)電路的步驟等。在此設(shè)計(jì)中利用到了三極管的特性，光敏效應(yīng)，特別是芯片的一些功能，讓我進(jìn)一步鞏固和掌握了對(duì)前面所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，加深了對(duì)模擬電路，數(shù)字電路的理解，對(duì)元器件的使用更加深刻。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)種種這樣那樣的問(wèn)題與我們解決辦