簡易聲光控延時照明燈電路

1、鄭州輕工業(yè)學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計 題 目： 簡易聲光控延時照明燈電路 學(xué)生姓名： 李振鵬 專業(yè)班級： 自動化14-02班 學(xué) 號： 541401010224 院 （系）： 電氣信息工程學(xué)院 指導(dǎo)教師： 黃 春 完成時間： 2016年12月18日 鄭州輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計（論文）任務(wù)書題目 簡易聲光控延時照明燈電路 專業(yè) 自動化14-02 學(xué)號 541401010224 姓名 李振鵬 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容1閱讀相關(guān)科技文獻。2學(xué)習(xí)protel軟件的使用。3學(xué)會整理和總結(jié)設(shè)計文檔報告。4學(xué)習(xí)如何查找器件手冊及相關(guān)參數(shù)。技術(shù)要求1. 要求電路能夠通過照明燈開關(guān)對光線強弱的感應(yīng)，控

2、制照明燈第一級開關(guān)。2. 要求電路能夠通過照明燈開關(guān)對聲強的感應(yīng)，在第一級開關(guān)開通的前提下，控制照明燈的亮滅。3. 要求電路能夠?qū)崿F(xiàn)照明燈點亮?xí)r間t后自動關(guān)斷，并且時間t可以手動調(diào)節(jié)。4. 要求電路如果在照明燈點亮期間又有新的聲源出現(xiàn)，照明燈應(yīng)重新通電時間t。主要參考資料1何小艇，電子系統(tǒng)設(shè)計，浙江大學(xué)出版社，2001年6月2姚福安，電子電路設(shè)計與實踐，山東科學(xué)技術(shù)出版社，2001年10月3王澄非，電路與數(shù)字邏輯設(shè)計實踐，東南大學(xué)出版社，1999年10月4李銀華，電子線路設(shè)計指導(dǎo)，北京航空航天大學(xué)出版社，2005年6月5康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高教出版社，2003完 成 期 限： 2016年12

3、月18日 指導(dǎo)教師簽章： 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽章： 2016年12月12日簡易聲光控延時照明燈電路摘 要 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，用數(shù)字電路實現(xiàn)燈的自動發(fā)亮節(jié)能省電，延長燈的壽命變得越來越重要，而且貼近我們的實際生活，聲光控電路已成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚谋匦杵罚粌H是智能化，而且節(jié)約能源。簡易聲光控延時照明燈電路由光敏傳感電路、聲敏傳感電路、信號調(diào)理電路、555延時電路以及電源電路五部分組成。裝置為555定時器構(gòu)成的可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路、聲敏傳感電路的輸入裝置是咪頭、光敏傳感電路的輸入裝置是光敏二極管、信號調(diào)理電路是74LS04非門和74HC32或門、電源是由交流220V變12V在

4、經(jīng)整流后穩(wěn)壓為12V和5V的電源，電路的總體運行環(huán)境是在無光條件下聲強監(jiān)測處理電路檢測到聲音后就會觸發(fā)555延時電路使之輸出高電平繼而使之電燈點亮。 關(guān)鍵詞 聲光控 光敏傳感電路 聲敏傳感電路 信號調(diào)理電路 555延時電路 目 錄1 方案概述12 方案設(shè)計及設(shè)計原理23 主要單元電路設(shè)計及原理33.1 光敏傳感電路3 3.2 聲敏傳感電路4 3.3 延時控制電路5 3.4 信號調(diào)理電路7 3.4 電源電路84 555定時器簡介95 簡易聲光控延時照明燈原理圖116 結(jié)論127 個人體會與致謝138 參考文獻14附錄1 元器件清單15附錄2 PCB電路圖16附錄3 PCB三維展示圖17附錄4 實

5、物效果圖18 簡易聲光控延時照明燈電路1.方案概述 聲光控延時照明燈廣泛用于公司、居民樓、工廠、學(xué)校、賓館、酒店等單位的公共場所及樓道。它的工作原理對我們而言還是容易理解，就是在無光的條件下檢測到聲音之后觸發(fā)延時電路，555定時器的輸出端輸出高電平，從而將電燈打開，延時時間t后等自動關(guān)閉，如果在照明燈點亮期間又有新的聲源出現(xiàn)，照明燈重新通電時間t。根據(jù)基本原理，用聲敏傳感器和光敏傳感器再加上一個555延時電路和一個LED燈就可組成一個簡易聲光控延時照明燈。通過查閱資料，獲得以下方案： 簡易聲光控延時照明燈電路利用555定時器構(gòu)成可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路及聲敏傳感器和光敏傳感器等元件即可組成簡易聲光

6、控延時照明燈電路。在無光條件下聲強監(jiān)測處理電路檢測到聲音后就會觸發(fā)555延時電路，555延時輸出點亮電燈時間t，如果在照明燈點亮期間又有新的聲源出現(xiàn)，照明燈應(yīng)重新通電時間t。時間長短可以通過555定時器的滑動電阻器進行調(diào)節(jié)。2.方案設(shè)計及設(shè)計原理 簡易聲光控延時照明燈控制電路的總體框圖如圖1所示，由光敏傳感電路、聲敏傳感電路、信號調(diào)理電路、延時控制電路、電源電路。圖1 簡易聲光控延時照明燈電路2.1 光敏傳感電路的功能： 利用光敏二極管對光線強弱的的感應(yīng)來決定電路的通斷。2.2聲敏傳感電路的功能： 利用聲敏傳感器將聲音轉(zhuǎn)化為電信號來決定感知聲音信號的強弱。2.3延時控制電路的功能： 利用NE5

7、55可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路的特性，實現(xiàn)對聲光控延時照明燈開關(guān)打開時間的精準(zhǔn)控制。2.4信號調(diào)理電路的功能： 利用74LS04將光信號取非后與聲信號通過74HC32相與并輸出。2.5 電源電路的功能： 利用變壓器及整流濾波電路將220V交流電變?yōu)?2V直流電為電路供電。3. 主要單元電路設(shè)計及原理3.1 光敏傳感電路圖2-1 光敏二極管傳感器接口電路圖2-2 光敏二極管傳感器內(nèi)部電路圖2-1為光敏傳感電路的接口電路，四個接口分別為VCC,GND,模擬量輸出通道（L_Aout），數(shù)字量輸出通道（L_Dout）。圖2-2為光敏二極管傳感器電路?？梢詸z測周圍環(huán)境的亮度和光強（與光敏電阻比較，方向性比較好

8、，可以感知固定方向的光源），靈敏度可調(diào)（聲敏傳感器藍色電位器調(diào)節(jié)）。光敏二極管模塊對環(huán)境光強最敏感，一般用來檢測周圍環(huán)境的亮度和光強，在大多數(shù)場合可以與光敏電阻傳感器模塊通用，二者區(qū)別在于，光敏二極管模塊方向性較好，可以感知固定方向的光源。模塊在無光條件或者光強達不到設(shè)定閾值時，DO口輸出高電平，當(dāng)外界環(huán)境光強超過設(shè)定閾值時，模塊D0輸出低電平。工作電壓3.3V-5V。輸出形式：a 模擬量電壓輸出，b 數(shù)字開關(guān)量輸出（0和1）。3.2聲敏傳感電路圖3-1 聲敏傳感接口電路圖3-2 聲敏傳感電路圖3-1為聲敏傳感接口電路，引腳分別為：VCC、GND、聲敏信號輸出通道（S_Signal）。圖3-2

9、為聲敏傳感電路。由于咪頭接收到的信號非常微弱，后續(xù)電路無法繼續(xù)進行處理，因此必須對接收的信號進行放大。電路中采用了LM393構(gòu)成放大電路，這可以使電路的放大倍數(shù)比差分放大電路放大倍數(shù)增加若干倍，放大效果更好，從而得到更合適的信號。但是此傳感器只能識別聲音的有無（根據(jù)震動原理）不能識別聲音的大小或者特定頻率的聲音。工作電壓 3.3V-5V輸出形式 數(shù)字開關(guān)量輸出（0 和 1 高低電平）。使用說明： 聲音模塊對環(huán)境聲音強度最敏感，一般用來檢測周圍環(huán)境的聲音強度。模塊在環(huán)境聲音強度達不到設(shè)定閾值時，OUT 輸出高電平，當(dāng)外界環(huán)境聲音強度超過設(shè)定閾值時，模塊 OUT 輸出低電平；模塊數(shù)字量輸出 OUT

10、 可以與單片機直接相連，通過單片機來檢測高低電平，由此來檢測環(huán)境的聲音；3.3 延時控制電路 圖4 延時控制電路 圖4為延時控制電路。延時控制電路的核心部分是555集成電路，555集成電路時一種非常有用的，并且應(yīng)用十分靈活的集成電路。555集成電路的引腳圖和功能表如下圖所示，集成電路共有8個引腳，引腳1為接地端，引腳8為電源端，引腳2為觸發(fā)電平端，引腳3為輸出端，引腳4為清零端，引腳5為控制電平端，引腳6為閥值輸入端，引腳7為放電端。從功能表中可以看出：555集成電路通過改變THR和TRIG端的電壓值，來影響輸出端和放電短的狀態(tài)；同時它還具有儲存信號的功能，因此555集成電路的應(yīng)用十分廣泛。需

11、注意是控制電平端CV01t,當(dāng)它接入任意電壓Vcv01t時，THR和TRIG端的變化分界點就不再是（1/3）Vcc和（2/3）Vcc，而是（1/2）Vcv01t和Vcv01t。如圖所示，延時控制電路包括兩部分：第一部分是由三極管構(gòu)成的觸發(fā)信號產(chǎn)生電路；第二部分是由555定時器構(gòu)成的可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路。首先，聲強信號處理電路的輸出信號接V1接三極管T1的基極。因為MIC接收到了足夠大的聲強后，V1為高電平，則三極管T1飽和，使三極管T1的集電極和發(fā)射極之間的Vce約為0.3V,Vce接入555集成電路的TRIG端作為觸發(fā)電平。555集成電路構(gòu)成的可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路處于穩(wěn)態(tài)時，Vthr&l

12、t;(2/3)Vcc,Vtrig>(1/3)Vcc,Q=0,放電管導(dǎo)通。當(dāng)Vtrig=Vce=0.3V時，電路進入暫穩(wěn)態(tài)，此時Q=1，放電管截止。同時直流電源通過可變電阻R2對電容C1充電，使得Vthr的值漸漸上升，當(dāng)Vthr的值大于（2/3）Vcc時，電路重新進入穩(wěn)態(tài)，Q=0，放電管導(dǎo)通。電路暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間，即C1的充電時間取決于可變電阻R2和電容c1的數(shù)值，其計算公式為:Tph=(R1+R2)Cln2=0.7(R1+R2)C當(dāng)MIC持續(xù)接收到足夠大的聲強時，那麼V1一直為高電平，T1始終飽和導(dǎo)通，Vce持續(xù)為0.3V，這樣使T2始終導(dǎo)通，電容C1就可以T2進行放電，電路將無法對電容

13、C1進行充電。這樣電路就一直處于暫穩(wěn)態(tài)，知道聲強信號消失，電路才能重新進入穩(wěn)態(tài)，從而可以滿足設(shè)計要求。延時電路的核心部分是555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，來實現(xiàn)當(dāng)光線較弱且有聲音時，照明燈點亮，一段時間后，照明燈自動熄滅；但當(dāng)照明燈點亮?xí)r有新的聲音出現(xiàn)，照明燈會重新通電同樣的時間。 由555定時器構(gòu)成的此單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，為保證該電路上電后，引腳3輸出低電平，增加了R8和C16組成的上電復(fù)位電路。復(fù)位電路可保證上電后，復(fù)位引腳4為低電平，引腳3輸出為低電平，LED燈沒有電流通過，不會被點亮。當(dāng)節(jié)點8輸入脈沖下降沿（即555定時器的引腳2有脈沖下降沿）時，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路進入暫穩(wěn)態(tài)，引腳3輸出高電

14、平，使LED燈有電流通過，而被電亮。當(dāng)定時器555內(nèi)部放電管截止，電源通過電位器RP4、電阻R7向電容C15充電，當(dāng)引腳6的電壓超過2/3Vcc時，引腳3輸出為低電平，LED燈中不再有電流通過，此時燈熄滅，555定時器返回上電后的初始狀態(tài)，等待再一次脈沖下降沿的到來。當(dāng)光線弱，有聲音時，照明燈點亮，經(jīng)過一段時間后自動熄滅，該燈點亮?xí)r 間（延時照明電路的延時時間）為：Tw=1.1RC3.4信號調(diào)理電路圖5 信號調(diào)理電路 如圖5所示為信號調(diào)理電路。光敏傳感器的輸出數(shù)字量信號（L_Dout）經(jīng)過74LS04的一引腳輸入端，經(jīng)過取非后從2引腳輸出（L_Signal）。取非后的光敏信號（L_Signal

15、）進入74LS32的1引腳，聲敏傳感器的輸出信號（S_Signal）則進入74LS32的2引腳，兩信號取或，輸出信號為Out_Signal。74LS04是6通道非門，內(nèi)部含有6個CMOS反相器，74LS04的作用就是反相把1變成0。74HC32是4通道兩輸入或門，它的工作電壓是2V6V。3.5 電源電路圖6-1 電源電路圖6-2 穩(wěn)5V電路 圖6-1、6-2為電源電路。如圖所示：電路接了交流電后，通過變壓器電路、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路將交流電通過7812和7805轉(zhuǎn)換為直流電壓.此直流電壓可為前幾個電路供電。電路中的變壓器采用常規(guī)的鐵心變壓器，整流電路采用二極管橋式整流電路，C1,C2，

16、C3，C9，C10，C11,C12有濾波功能，穩(wěn)壓電路用三端穩(wěn)壓集成電路來實現(xiàn)。最后將各單元電路組合在一起，就可構(gòu)成簡易聲光控延時照明燈控制電路的原理圖。4. 555定時器簡介 555定時器是一種應(yīng)用廣泛的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號的產(chǎn)生變換控制和檢測。 目前生產(chǎn)的定時器有雙極型和CMOS兩種類型，其型號分別有NE555（5G555）和C7555等多種。它們的結(jié)構(gòu)及工作原理基本相同。通常，雙極型定時器具有較大的驅(qū)動能力，而CMOS定時電路具有低功耗、輸入阻抗高等優(yōu)點。555定時器工作的電源電壓很寬，并可承受較

17、大的負(fù)載電流。雙極型定時器電源電壓范圍為56V，最大負(fù)載電流可達200mA;COMS定時器電源電壓范圍為3-18V，最大負(fù)載電流在4mV以下。 555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的簡化原理圖如圖7所示。它由3個阻值為5K歐姆的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器C1、C2、基本RS觸發(fā)器、放電BJT T以及緩沖器G組成。圖7 555內(nèi)部電路圖 定時器的主要功能取決于比較器，比較器的輸出控制RS觸發(fā)器和放電BJT T的狀態(tài)。圖中Ro為復(fù)位輸入端，當(dāng)Ro為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出Vo為低電平。因此在正常工作時，應(yīng)將其接高電平。表4-1 555定時器功能表由表1可知，當(dāng)VIC沒輸入電壓時，比較器C1和

18、C2的比較電壓分別為2/3Vcc和1/3Vcc。 當(dāng)VI1>2/3Vcc，VI2>1/3Vcc時，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器被置0，放電三極管T 導(dǎo)通，輸出端Vo為低電平。 當(dāng)VI1<2/3Vcc,VI2<1/3Vcc時，比較器C1輸出高電平，C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器置1，放電三極管截止，輸出端Vo為高電平。 當(dāng)VI1<2/3Vcc,VI2>1/3Vcc時，基本RS觸發(fā)器R=1、S=1，觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變。輸入輸出閾值輸入（VI1）觸發(fā)輸入（VI2）復(fù)位（Ro）輸出(Vo)放電管TXX00導(dǎo)通<2

19、/3Vcc<1/3Vcc11截止>2/3Vcc>1/3Vcc00導(dǎo)通<2/3Vcc>1/3Vcc不變不變不變 5聲光控延時電路6 結(jié)論 通過對簡易聲光控延時照明燈電路的設(shè)計，使自己有很大的收獲。首先，讓進一步培養(yǎng)了自己獨立思考、分析、設(shè)計、制作和檢查電路的能力。其中自己學(xué)會了好多的方法。其次，自己在這一段時間里掌握了好多知識，又讓我重歸模擬電路，數(shù)字電路課本，理論與實踐相結(jié)合，而且查閱了許多關(guān)于電子設(shè)計方面的參考資料，也知道了很多電子類網(wǎng)站，比如21IC.com,。此次課程設(shè)計我學(xué)會了不同的元件來組成電路實現(xiàn)相同的功能，從中比較分析而確定最優(yōu)的設(shè)計組合。在課程設(shè)計

20、過程中我練習(xí)用了Altium Designer軟件繪制電路圖，更加熟悉了該軟件。而且對芯片的選型也有了一個清晰的認(rèn)識，原來電阻可以有好多類型的封裝，每種類型的電阻由于功能不同也分為好多種類。通過課程設(shè)計，我學(xué)會了充分利用圖書館資源和網(wǎng)絡(luò)資源進行自主學(xué)習(xí)研究，對常見的集成電路器件的功能和引腳接法有了進一步的了解和認(rèn)識。這讓我明白了閱讀查找文獻的重要性，平時多積累知識，真正到了用的時候，做題才會得心應(yīng)手。通過閱讀芯片的數(shù)據(jù)手冊英文原版，也發(fā)現(xiàn)了英語的重要性。關(guān)于此次設(shè)計的電路，在實際生活中的應(yīng)用非常廣泛，像樓道、樓梯、走廊等一些照明燈都是本電路的應(yīng)用，在日常生活中，節(jié)約能源。7 個人體會與致謝 以

21、前沒做過課程設(shè)計，對課程設(shè)計的認(rèn)識很茫然。雖然在這一周的課程設(shè)計期間我遇到不少挫折，我還是對課程設(shè)計有了清晰的認(rèn)識，也學(xué)到不少新知識。通過這次簡易聲光控延時照明燈電路的課程設(shè)計，讓我了解了設(shè)計電路的程序，還學(xué)會用Altium Designer這個軟件來畫電路。當(dāng)然老師的意思是讓我們理解原理進而畫出電路圖，但由于我對此不懂，所以上網(wǎng)看了別人畫的原理圖，進行修改并理解。在這期間，我查資料、翻課本，去了解那些元器件的功能，進而進行整理。這次的課程設(shè)計讓我知道了自己的不足之處從而進行查漏補缺，把以前掌握不熟的理論知識或是軟件的運用掌握熟練。對它們都有一個整體的把握，從而更好的去理解這些知識以達到一個新的認(rèn)識高度。還有的是，這次的課程設(shè)計理論與實踐的結(jié)合，對我們當(dāng)代大學(xué)生的意義非凡。而這次課程設(shè)計很好的使我們把學(xué)到的知識應(yīng)用到實際操作中去。這次課程設(shè)計時，由于不懂整體流程，等我畫好PCB打出板子時，才發(fā)