聲控走廊燈開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)

1、 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題目： 聲控走廊燈開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)院 系 ：工學(xué)院電氣與電子工程系專 業(yè) ： 電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí) ： 姓 名 ： 學(xué) 號(hào) ： 指導(dǎo)教師 ： 二一五年十二月11 模電課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、基本情況 學(xué)時(shí)：30學(xué)時(shí) 學(xué)分：1學(xué)分 課程設(shè)計(jì)代碼：07120102 適應(yīng)班級(jí)：14電氣工程、自動(dòng)化二、進(jìn)度安排本設(shè)計(jì)共安排1周，合計(jì)30學(xué)時(shí)，具體分配如下：實(shí)習(xí)動(dòng)員及準(zhǔn)備工作： 2學(xué)時(shí)總體方案設(shè)計(jì)： 4學(xué)時(shí)查閱資料，討論設(shè)計(jì)： 14學(xué)時(shí)撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告： 8學(xué)時(shí)總結(jié)： 2學(xué)時(shí)教師輔導(dǎo)： 隨時(shí)三、基本要求1、課程設(shè)計(jì)的基本要求模電課程設(shè)計(jì)是在學(xué)習(xí)完模擬電子技術(shù)課程之后，按照課程教學(xué)要求，對(duì)學(xué)生

2、進(jìn)行綜合性訓(xùn)練的一個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。主要是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)的能力，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，以及根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力。初步掌握模擬電子線路的安裝、布線、焊接、調(diào)試等基本技能；熟練掌握電子電路基本元器件的使用方法，訓(xùn)練、提高讀圖能力；掌握組裝調(diào)試方法。其中理論設(shè)計(jì)包括總體方案選擇，具體電路設(shè)計(jì)，選擇元器件及計(jì)算參數(shù)等，課程設(shè)計(jì)的最后要求是寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告，把設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行全面的總結(jié)，若有實(shí)踐條件，把實(shí)踐內(nèi)容上升到理論高度。2、課程設(shè)計(jì)的教學(xué)要求模電課程設(shè)計(jì)的教學(xué)采用相對(duì)集中的方式進(jìn)行，以班為單位全班學(xué)生集中到設(shè)計(jì)室進(jìn)行。做到實(shí)訓(xùn)教學(xué)課堂化，嚴(yán)格考勤制度，在實(shí)訓(xùn)期間累計(jì)曠課達(dá)到6節(jié)以

3、上，或者遲到、早退累計(jì)達(dá)到8次以上的學(xué)生，該課程考核按不及格處理。在實(shí)訓(xùn)期間需要外出查找資料，必須在指定的時(shí)間內(nèi)方可外出。 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)相對(duì)分散，每3名學(xué)生組成一個(gè)小組，完成一個(gè)課題的設(shè)計(jì)。小組成員既有分工、又要協(xié)作，同一小組的成員之間可以相互探討、協(xié)商，可以互相借鑒或參考別人的設(shè)計(jì)方法和經(jīng)驗(yàn)。但每個(gè)學(xué)生必須單獨(dú)完成設(shè)計(jì)任務(wù)，要有完整的設(shè)計(jì)資料，獨(dú)立撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告，設(shè)計(jì)報(bào)告雷同率超過(guò)50%的課程設(shè)計(jì)考核按不及格處理。四、設(shè)計(jì)題目及控制要求聲控走廊燈開(kāi)關(guān)要求： （1）辦公樓或居民樓應(yīng)用的聲控開(kāi)關(guān)； （2）白天光線充足時(shí)，燈不亮； （3）晚上光線暗，如無(wú)人聲，燈不亮；若有人聲，則亮。五、設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)

4、計(jì)完成后，必須撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。設(shè)計(jì)報(bào)告必須獨(dú)立完成，格式符合要求，文字（不含圖形、程序）不少于2000字，圖形繪制規(guī)范。設(shè)計(jì)報(bào)告的格式如下： 1、封面 2、內(nèi)容提要 3、目錄4、正文(1) 所作題目的意義、本人所做的工作及系統(tǒng)的主要功能；(2) 方案選擇及論證；(2) 設(shè)計(jì)步驟及原理圖；(3) 元器件的選擇；(4) 設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的解決方法；5、心得體會(huì) 6、參考文獻(xiàn) 六、考核方法模電課程設(shè)計(jì)的考核方式為考查，考核結(jié)果為優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五等，分?jǐn)?shù)在90-100之間為優(yōu)秀，80-89分之間為良好，70-79分之間為中等，60-69分之間為及格，60分以下為不及格。 考核分三個(gè)

5、方面進(jìn)行：平時(shí)考勤：30% 實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)成果質(zhì)量：40% 課程設(shè)計(jì)報(bào)告：30%有下列情形之一者，課程設(shè)計(jì)考核按不及格處理： 1、設(shè)計(jì)期間累計(jì)遲到、早退達(dá)8次；2、設(shè)計(jì)期間累計(jì)曠課達(dá)6節(jié)； 3、設(shè)計(jì)報(bào)告雷同率超過(guò)50%或無(wú)設(shè)計(jì)報(bào)告；4、不能完成設(shè)計(jì)任務(wù)，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；3- 12 -摘要 聲控?zé)羰且环N聲控電子照明裝置，由音頻放大器、選頻電路、延時(shí)開(kāi)啟電路和可控硅電路組成。它提供了一種操作簡(jiǎn)便、靈活、抗干擾能力強(qiáng)，控制靈敏的聲控?zé)?，即可方便及時(shí)地打開(kāi)和關(guān)閉聲控照明裝置，并有防誤觸發(fā)而具有的自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉功能，并沒(méi)有手動(dòng)開(kāi)關(guān)，使其應(yīng)用更加方便。為了社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，因此，設(shè)計(jì)研制一種電路新穎、安全節(jié)電、

6、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便的聲控走廊燈節(jié)能自動(dòng)開(kāi)關(guān)顯得相當(dāng)有必要。使公共場(chǎng)所和居民居住區(qū)的公共樓道燈在白天時(shí)不亮，晚上聞聲自亮，待人走后，幾十秒后自動(dòng)關(guān)閉，既方便，又省電。- 12 - 關(guān)鍵詞：光敏電阻 二極管 三極管目錄第1章 緒論- 3 -1.1 課題背景- 3 -1.2 聲控?zé)舻暮?jiǎn)介- 3 -第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)- 4 -2.1 設(shè)計(jì)思路- 4 -2.2 設(shè)計(jì)要求- 4 -2.3 系統(tǒng)框圖- 4 -2.4 系統(tǒng)框圖分析- 5 -第3章 各單元電路設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算- 6 -3.1 傳感電路- 6 -3.2 放大電路- 6 -3.3 T觸發(fā)器- 6 -3.4 單穩(wěn)定性電路- 7 -3.5 驅(qū)動(dòng)顯示電路

7、- 8 -第4章 電路的調(diào)試- 10 -4.1 調(diào)試方法- 10 -4.2 調(diào)試數(shù)據(jù)- 10 -4.3 焊接調(diào)試過(guò)程- 10 -總結(jié)- 12 -參考文獻(xiàn)- 12 -第1章 緒論1.1 課題背景如今，光電產(chǎn)業(yè)的結(jié)合已經(jīng)是未來(lái)光機(jī)電一體化趨勢(shì)的代表。這一結(jié)合最與我們息息相關(guān)的就是光控走廊燈的使用。我們經(jīng)?？梢钥吹?，每天傍晚，當(dāng)天色較暗，走廊燈燈便自動(dòng)點(diǎn)亮；每到清晨，當(dāng)太陽(yáng)照亮整個(gè)走廊時(shí)，走廊燈就自動(dòng)熄滅。其實(shí)，實(shí)現(xiàn)這些功能的并不是哪位辛勤的街道管理者，而是光電器件的杰作。其中，其主要作用的，就是光敏電阻的使用。 本文所要做的，便是用軟件模擬整個(gè)光控路燈的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，仿真成功后制作真實(shí)電路1。單片機(jī)電

8、路仿真工具能夠?qū)崿F(xiàn)繪制電路原理圖并提供連續(xù)性的仿真信息。這樣可以極大地縮短系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的時(shí)間和成本。1.2 聲控?zé)舻暮?jiǎn)介通過(guò)聲音和光的強(qiáng)弱來(lái)控制燈的亮暗變化。在光線充足時(shí)，發(fā)出多大的聲音聲控?zé)舳疾涣?在光線不足時(shí)，只要聲音達(dá)到一定程度它就發(fā)出了亮光。這是由于聲控?zé)羰窍韧ㄟ^(guò)光的強(qiáng)弱進(jìn)行控制，當(dāng)光的強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)就通過(guò)聲音來(lái)控制。其原理是利用了聲學(xué),光學(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2。其中用到了光敏電阻，555定時(shí)器，二極管，三極管，麥克風(fēng)等元器件所組成的放大電路，延時(shí)電路從而達(dá)到了對(duì)燈亮滅控制的目的。第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)思路聲控走廊燈

9、是把聲音信號(hào)（如腳步聲）通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，用電信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)電燈泡。 聲控走廊燈具有的特點(diǎn)： (1)穩(wěn)定性好，及時(shí)的為人們提供照明。 (2)作用時(shí)間合理，人進(jìn)樓道口時(shí)亮，人盡可能離開(kāi)時(shí)熄滅，不要人在中途 時(shí)就熄滅。 (3)節(jié)能性好，聲控走廊燈需很少的電就能工作很長(zhǎng)時(shí)間。2.2 設(shè)計(jì)要求聲控走廊燈的設(shè)計(jì)要求： （1） 開(kāi)關(guān)式控制：擊掌一次燈亮，再擊掌一次燈滅。（2） 延時(shí)式控制：一次擊掌后燈亮，延時(shí)3秒后自動(dòng)熄滅。聲控走廊燈的設(shè)計(jì)原理： 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，首先要將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，這需要傳感器電路，由于傳感器電路輸出的電信號(hào)比較微弱，所以我們需要放大電路，經(jīng)放大后的電信號(hào)要實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)式控制

10、和延時(shí)式控制兩種控制方法，開(kāi)關(guān)式控制中要求擊掌一次燈亮，擊掌一次燈滅，如果將擊掌信號(hào)視為觸發(fā)脈沖，這上述現(xiàn)象恰好與T觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)功能相一致，到另一端所以我們選用T觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)失控制；延時(shí)式控制要求擊掌一次后燈亮10秒鐘自動(dòng)熄滅，如果我們將上述擊掌信號(hào)視為觸發(fā)信號(hào)，將此觸發(fā)信號(hào)加到一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器上恰好可以滿足上述要求，所以我們?cè)诜糯箅娐泛竺嬗靡粋€(gè)雙路開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)上述兩種控制方式，開(kāi)關(guān)撥到一端實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)式控制，開(kāi)關(guān)撥到另一端實(shí)現(xiàn)延時(shí)式控制，經(jīng)過(guò)T觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)3，驅(qū)動(dòng)能力略顯不足，所以我們考慮增加一級(jí)驅(qū)動(dòng)放大電路，然后再輸出給電燈控制電路。2.3 系統(tǒng)框圖圖2.1 電路原理

11、框圖2.4 系統(tǒng)框圖分析 （1）.傳感器是將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，我們常用的是話筒。市場(chǎng)上話筒的種類很多，我們選用的是駐極體話筒，駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電聲性能好、價(jià)格低的特點(diǎn)，廣泛用于盒式錄音機(jī)、無(wú)線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。 （2）.放大電路是將信號(hào)放大，由于這里對(duì)放大的信號(hào)沒(méi)什么特殊的要求，所以我們采用LM324即可。 （3）.T觸發(fā)器，由于廠家一般只生產(chǎn)JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器，所以T觸發(fā)器需要用D觸發(fā)器改裝得到。（4）.單穩(wěn)態(tài)電路，單穩(wěn)態(tài)電路可以用分離元件自己搭，可以用555定時(shí)器構(gòu)成。我們這里仍用D觸發(fā)器，因?yàn)橐黄珻D4013有兩個(gè)D觸發(fā)器，做T只需一個(gè)D觸發(fā)

12、器，還有一個(gè)不能浪費(fèi)，要充分利用資源，這樣才會(huì)節(jié)省成本。（5）.驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路我們采用常規(guī)的三極管驅(qū)動(dòng)。因?yàn)檫@里的信號(hào)功率不大，所以我們采用9013.9013是NPN型的小功率三極管4，在此電路中已滿足條件。第3章 各單元電路設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算3.1 傳感電路本課題將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器選用駐極體話筒，駐極體話筒的電路如圖所示，通過(guò)查找駐極體話筒的工作原理，可知輸出電阻極高，考慮到電路的匹配，要求后級(jí)的放大電路有高輸入阻抗與之匹配圖中的100千歐電阻是為電容提供一個(gè)放電通 路。圖3.2駐極體話筒電路圖3.3相同比例放大電路3.2 放大電路 選用LM324放大電路如圖3.3所示，。由于駐

13、極體話筒輸入阻抗高，我們選用高輸入阻抗的同相比例放大電路，反相比例放大電路的輸入阻抗較低。還有后續(xù)連接的是數(shù)字電路，如果后級(jí)選用TTL電路，要求本級(jí)輸出的電壓信號(hào)幅度大于2V，如果后級(jí)選用CMOS電路，要求本級(jí)輸出的電壓信號(hào)幅度大于3.5V 如圖3.3所示，設(shè)經(jīng)駐極體話筒轉(zhuǎn)換的電信號(hào) UA=20mV，經(jīng)放大后的電壓如果選用CMOS電路，則要求放大后輸出電壓UB3V，這個(gè)放大后的輸出電壓也不要過(guò)高，以免過(guò)于靈敏。這樣有下式： AU=1+Rf/R3=UB/UA3/0.02=150 取Au=200 這樣Rf=200R3.而在同相比例放大電路中，R3的取值范圍為1千歐到幾千歐，Rf的取值范圍幾十千歐到

14、幾百千歐，最大可為幾兆。3.3 T觸發(fā)器采用CMOS電路實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)門TL電路的功耗大，且要求電源5V穩(wěn)定，而采用CMOS電路318V的電源均可且省電，所以選用CD4013實(shí)現(xiàn)觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)電路5。CD4013的引腳圖如圖3.4所示。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將擊掌信號(hào)即為觸發(fā)信號(hào)，利用CD4013中的一個(gè)D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)觸發(fā)器的電路圖如圖3.5示圖3.4CD404013的引腳圖圖3.5觸發(fā)器與單穩(wěn)態(tài)電路 3.4 單穩(wěn)定性電路選用CD4013加外圍電路實(shí)現(xiàn)，如圖3.5單穩(wěn)態(tài)電路所示，這里運(yùn)用三要素法對(duì)電路中的R,C進(jìn)行計(jì)算。CMOS電路的閾值電壓Ut=0.5Vcc。當(dāng)有擊掌信號(hào)即觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，Q置1對(duì)C開(kāi)

15、始充電，當(dāng)充電電壓到達(dá)閾置電平時(shí)UT時(shí)復(fù)位信號(hào)R有效，Q復(fù)位，單穩(wěn)態(tài)過(guò)程結(jié)束。 f(t)=f()+f(0+)-f()e-t/T 上式中f()=Vcc, f(0+)=0,以t=510s為例進(jìn)行計(jì)算，代入上式得： 1/2Vcc=Vcc+0-Vcce-5/T 得t=7.1414.2 由于T=RC，取C=220微發(fā)，R=51千歐。 在圖3.1的電路原理框圖中，開(kāi)關(guān)放在數(shù)字電路，但考慮到上述T觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)電路之間不能直接線與，所以將上述開(kāi)關(guān)修正到數(shù)字電路后。3.5 驅(qū)動(dòng)顯示電路選用三極管電流放大電路，采用發(fā)光二極管模擬燈的顯示，如圖3.6所示。下面對(duì)基極電阻Rb和集電極電阻Rc的選取進(jìn)行計(jì)算。圖3.6

16、 驅(qū)動(dòng)顯示電路圖3.7 總電路圖第4章 電路的調(diào)試4.1 調(diào)試方法首先對(duì)各單元電路進(jìn)行調(diào)試，駐極體話筒接受聲音信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，但電信號(hào)比較微弱不能進(jìn)行有效的測(cè)量，微弱的電信號(hào)經(jīng)放大電路放大后的信號(hào)我們可以測(cè)量其電壓的大小，看放大后的電壓能否達(dá)到所要求的，如果沒(méi)有，可以調(diào)節(jié)放大電路的反饋電阻增大其放大倍數(shù)6。再測(cè)試T的輸出端Q經(jīng)一次擊掌后有沒(méi)有達(dá)到高電平，二次擊掌后是否為低電平。最后再測(cè)試單穩(wěn)態(tài)電路的輸出端看是否得到所需的波形。等單元電路測(cè)試都成功后，再把整個(gè)電路都連接好，看燈的亮滅情況。4.2 調(diào)試數(shù)據(jù)擊掌的次數(shù)燈亮情況擊掌一次燈亮擊掌兩次燈滅擊掌的次數(shù)燈亮情況延遲多長(zhǎng)時(shí)間后燈滅擊掌一

17、次燈亮3.0s擊掌兩次燈亮2.9s擊掌三次燈亮3.0s4.3 焊接調(diào)試過(guò)程（1）.焊接前清點(diǎn)各元器件清單，檢查是否有缺損現(xiàn)象。（2）.通過(guò)書(shū)刊、網(wǎng)絡(luò)查找元器件的管腳等信息，為實(shí)際焊接做好必要的準(zhǔn)備。（3）.按照電路圖進(jìn)行實(shí)物焊接。（4）.調(diào)試過(guò)程： 接通5V電源，將撥動(dòng)開(kāi)關(guān)撥向左端（里端），理論上將實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)式控制，即擊掌一次燈亮，再擊掌一次燈滅。將撥動(dòng)開(kāi)關(guān)撥向右端（外端），理論上將實(shí)現(xiàn)延時(shí)式控制，一次擊掌后燈亮，3秒后自動(dòng)熄滅。在實(shí)際檢驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有預(yù)期效果的出現(xiàn)，通過(guò)萬(wàn)用表檢測(cè)發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管兩端電壓小于5V，所以初步猜測(cè)：電路某處開(kāi)路。進(jìn)一步調(diào)試，二極管出有虛焊現(xiàn)象。至此，調(diào)試完成，到

18、達(dá)預(yù)期效果。圖4.1 電路實(shí)物圖總結(jié)經(jīng)過(guò)一個(gè)星期的努力，課程設(shè)計(jì)終于大告成功了。通過(guò)這次的設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到我對(duì)這方面的知識(shí)知道的太少了，對(duì)于書(shū)本上的很多知識(shí)還不能靈活運(yùn)用，有很多我們需要掌握的知識(shí)在等著我去學(xué)習(xí)，我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)生活中彌補(bǔ)我所缺少的知識(shí)。本次的設(shè)計(jì)使我從中學(xué)到了一些很重要的東西，那就是如何從理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化，怎樣將我所學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到我以后的工作中去。其中也遇到了很多困難，最后在同學(xué)的幫助下，我也克服了這些困難，這次的課題設(shè)計(jì)當(dāng)開(kāi)關(guān)撥到T觸發(fā)器，擊掌一次燈亮，再擊一次燈滅。當(dāng)開(kāi)關(guān)撥到單穩(wěn)態(tài)電路，擊掌一次燈亮，過(guò)三秒后自動(dòng)熄滅。在設(shè)計(jì)程序過(guò)程中遇到問(wèn)題是很正常的,但我們應(yīng)該將每次遇到的問(wèn)題記錄下來(lái),并分析清楚,以免下次再碰到同樣的問(wèn)題。我覺(jué)得課程設(shè)計(jì)反映的是一個(gè)從理論到實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程，但是更遠(yuǎn)一點(diǎn)可以聯(lián)系到以后畢業(yè)之后從學(xué)校轉(zhuǎn)到踏上社會(huì)的一個(gè)過(guò)程。在大學(xué)的課堂的學(xué)習(xí)只是在給我們灌輸專業(yè)知