聲光控制照明節(jié)電開關(guān)設(shè)計

1、信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)設(shè)計(論文)題目:聲光控制照明節(jié)電開關(guān)設(shè)計 _專 業(yè): 應(yīng) 班 級: 學(xué) 號: 姓 名: 指導(dǎo)教師: 二一年九月十日職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué) 生姓 名學(xué)號0班級專業(yè)應(yīng)用電子技術(shù)設(shè)計（或論文）題目聲光控制照明節(jié)電開關(guān)設(shè)計指導(dǎo)教師姓名職 稱工作單位及所從事專業(yè)聯(lián)系方式備 注工程師子工程系應(yīng)用電子技術(shù)5設(shè)計（論文）內(nèi)容：1.電燈具有光控開關(guān)作用，白天光線亮?xí)r不會點亮，夜間開關(guān)呈守備狀態(tài)。2.電燈具有聲控作用，當(dāng)有走路的聲音或振動時，開關(guān)即能自動開啟，燈亮一定時間后自動關(guān)閉。3.正確選擇電路元件與設(shè)備，給出元件、設(shè)備明

2、細表。4.撰寫設(shè)計論文，要求準(zhǔn)確闡述電路選擇依據(jù)，反映元件、設(shè)備選擇等設(shè)計過程，字數(shù)不少于 4000字。5.要求自制印刷電路板，裝出電路實物，基本達到各項指標(biāo)要求。進度安排：第 5 周：在網(wǎng)上查找相關(guān)資料，選擇參考方案并確定方案； 第 6 周：在 Mulitisim10.0 里畫仿真圖，并驗證其功能是否能實現(xiàn)；第 78 周：撰寫論文第 1 章，查找第 2 章單元電路里所需資料；第 910 周：撰寫好第 2 章的論文并檢查、理解論文第 1 章；第 1112 周：整理論文，初步撰寫好論文的初稿； 第 1314 周：檢查定稿； 第 15 周：答辯。主要參考文獻、資料(寫清楚參考文獻名稱、作者、出版單

3、位)：1 余成波.傳感器與自動檢測技術(shù).北京:高等教育出版社，20042 何希才.傳感器技術(shù)及應(yīng)用.北京：空航天大學(xué)出版社，20053 趙家貴.傳感器電路設(shè)計手冊.北京:版社， 20024 王俊杰.檢測技術(shù)與儀表.武漢:武漢理工大學(xué)出版社，20025 楊旭東.實用電子電路精選.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，19996 華成英.電子技術(shù).北京:中央廣播電視大學(xué)出版社，19967 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）.北京:高等教育出版社出版，2002審批意見教研室負責(zé)人：年 月 日備注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，一式二份。其中學(xué)生一份，指導(dǎo)教師一份。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文) 目錄摘 要 .1緒

4、論 .2第 1 章電路方案設(shè)計 .31.1 方案選擇 .31.2 方案論證 .41.3 整機原理介紹 .4第 2 章 單元電路設(shè)計 .62.1 整流電路 .62.1.1 倍壓整流電路 .62.1.2 橋式整流電路 .62.2 光控電路設(shè)計 .82.2.1 核心元器件 .82.2.2 光控電路的工作原理 .82.3 聲控電路設(shè)計 .92.3.1 核心元器件介紹 .92.3.2 聲控電路工作原理 .102.4 延時電路設(shè)計 .102.4.1 核心元器件介紹 .102.4.2 延時電路工作原理 .112.5 整機電路工作原理 .12第 3 章電路仿真與調(diào)試 .143.1 MULTISIM 軟件使用平

5、臺及功能 .143.2 介紹 MULITISIM10.0 中畫圖步驟.14 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文) I 3.3 電路仿真 .14第 4 章實物制作與調(diào)試 .184.1 印制電路板的制作 .184.2 元器件的安放順序 .194.3 焊接 .194.3.1 焊接的工藝要求 .194.3.2 焊接的操作 .194.4 實物 .204.5 實物調(diào)試 .204.5.1 靜態(tài)調(diào)試 .204.5.2 動態(tài)調(diào)試 .21總 結(jié) .22致 謝 .23參考文獻 .24附錄 1整機機電路圖.25附錄 2 元件明細表.26 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 0 頁 共 26 頁摘 要在

6、現(xiàn)代科技發(fā)展中，人們因生活水平、文化習(xí)俗、道德修養(yǎng)的不同，對相同的節(jié)能路燈有不同的評價。如在學(xué)校、居民小區(qū)、廠礦企業(yè)等單位的公共場所等地方安裝不同的節(jié)能路燈，有些長明燈現(xiàn)象十分普遍，這造成了能源的極大浪費。另外，由于頻繁開關(guān)或者人為因素，墻壁開關(guān)的損壞率很高，從而增大了維修量，浪費了資金。 本課題設(shè)計就為圍繞這一問題，設(shè)計了一種電路新穎、安全節(jié)電、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、使用壽命長的聲光控節(jié)能路燈。其功能達到白天光照好，不管過路者發(fā)出多大聲音，燈泡都不會被點亮。夜晚和白天光線較暗時，電路的駐極體話筒只要檢測到有碎發(fā)聲響，燈泡就會自動點亮為行人照明，過幾十秒后又自動熄滅，節(jié)能節(jié)點。聲光路燈控制器組成

7、、性能，適用范圍及工作原理，給出各單元電路原理圖，如：整流電路、光控電路、聲控電路、延時電路。其節(jié)電效果十分明顯，同時也大大減少了維修量、節(jié)約了資金，使用效果非常好。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 電源電路；光控電路；聲控電路；延時電路；節(jié)能 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 1 頁 共 26 頁緒論毫無疑問，20 世紀(jì)是電子技術(shù)飛速發(fā)展的世紀(jì)。許多行業(yè)如醫(yī)藥、交通、科學(xué)、商業(yè)等都取得很大進步，如果沒有電子技術(shù)所提供的儀器和設(shè)備，這些行業(yè)能取得這么大的進步嗎？答案是肯定沒。沒有電子技術(shù)，你無法看到自己，在跳動的心臟逼真的三維虛擬圖象；沒有電子技術(shù)，你就無法在星期日的晚上從銀行取錢。有電子技術(shù)的今天

8、，你愿意去參加一個沒有音響放大器，沒有大屏幕或燈光效果的流行音樂會嗎？電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使電燈的樣式、種類以及對燈的控制方式千變?nèi)f化。隨著社會的發(fā)展，資源的大量開采，能源的逐漸減少，所以我們要建立起節(jié)約能源的意識，電能是我們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚模墓?jié)約應(yīng)首當(dāng)其沖，而電燈的使用最為普遍，所以設(shè)計一種自動控制燈開關(guān)的電路是非常必要的，聲光控制節(jié)電燈開關(guān)就是其中的一種。聲光控電路已成為人們?nèi)粘Ｖ胁豢扇鄙俚谋仨毱?，它不需要手動開關(guān)，當(dāng)夜晚有人經(jīng)過時會自動點亮；廣泛應(yīng)用于走廊、樓道招待所等公共場所，給人們的生活帶來極大的方便。因此，得到了廣泛的應(yīng)用。聲光控電路是聲音和光控制電路工作的電子開關(guān)。在自動

9、控制工業(yè)電器和家用電器方面有著廣泛的用途。該電路在設(shè)計時應(yīng)用了仿真軟件 Multisim，進行仿真完成功能后，確定它能夠使人們在不知不覺感受到方便。公共場所和居民居住區(qū)的公共樓道普遍使用機械手動開關(guān)，由于各種原因往往出現(xiàn)許多燈泡點亮長明的現(xiàn)象，故使燈泡壽命短、浪費電量，為國家、單位、個人經(jīng)濟造成損失。另外，由于頻繁開關(guān)或其他人為因素，墻壁開關(guān)的損壞率很高，既增大了維修量、浪費了資金，又容易造成事故隱患。因此，設(shè)計研制一種電路新穎、安全節(jié)電、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便的聲光控制照明節(jié)電自動開關(guān)顯得相當(dāng)有必要。使公共場所和居民居住區(qū)的公共樓道燈在白天時不亮，晚上聞聲自亮，待人走后，幾十秒后自動關(guān)閉，既方便

10、，又節(jié)能。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 2 頁 共 26 頁第 1 章電路方案設(shè)計1.1 方案選擇方案一：采用模擬電子電路設(shè)計，電路由電子開關(guān)，整形電路，檢波器，聲音放大等電路組成。聲光控制照明節(jié)電開關(guān)是一種利用聲、光雙重控制的無觸點開關(guān)。原理框圖如圖 1-1 所示：檢音感光放大電子開關(guān)二極整形延時整形照明燈控制門圖 1-1 聲光控制照明節(jié)電開關(guān)原理框圖原理簡述：這里介紹的聲光控制照明節(jié)電開關(guān)是：晚上，光線暗時，可用聲音觸動開關(guān)開燈，定時 40 秒左右后，自動熄滅；白天光線充足時，無論多大的聲音干擾也不能點亮燈泡。它特別適用于住宅樓、辦公樓樓道、走廊、倉庫、地下室、廁所等公共

11、場所的照明。電路主要通過芯片 CD4011 實現(xiàn)延時電路、聲控電路的功能，但 CD4011 芯片不易購買，且價格昂貴、容易損壞，電路圖有些復(fù)雜，執(zhí)行起來電路不是那么容易，CD4011 中主要是四個非門組成，其中的工作原理有些復(fù)雜。方案二：采用的還是模擬電子電路。電路主要是由聲源、聲電轉(zhuǎn)換電路、放大電路、倍壓整流電路、信號處理電路、延時電路和電源電路組成。電路原理方框圖如圖 1-2所示。這里介紹的聲光控制照明節(jié)電開關(guān)，在白天或光線較亮?xí)r，節(jié)電開關(guān)呈關(guān)閉狀態(tài)，燈不亮；夜間或光線較暗時，節(jié)電開關(guān)呈預(yù)備工作狀態(tài)。當(dāng)有人經(jīng)過該開關(guān)附近時，腳步聲等把節(jié)電開關(guān)啟動，燈亮，延時 30 秒左右后節(jié)電開關(guān)自動關(guān)閉

12、，即燈滅。而在本電路中并未使用任何芯片，即選用了一些最基本的元器件組成聲光控節(jié)電開關(guān)，價格便宜，主體電路簡單，可靠性強，電路執(zhí)行起來簡易，是比較簡潔易于理 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 3 頁 共 26 頁解的一種集聲、光、定時于一體的節(jié)能自控開關(guān)。220V交流電路聲音放大低倍整流光敏開關(guān)延時電路電子開關(guān)MIC圖 1-2 方案 2 聲光控制照明節(jié)電開關(guān)原理框圖1.2 方案論證聲光控制照明節(jié)電開關(guān)已被人們廣泛應(yīng)用，此開關(guān)白天控制燈不亮，晚上有聲音自動點亮，延時一段時間自動關(guān)斷。此設(shè)計匯聚了聲、光、定時控制于一體，一個既方便又節(jié)能，其普遍應(yīng)用于住宅樓、辦公樓樓道、走廊、倉庫、地下室

13、、廁所等公共場所的照明開關(guān)。不僅方便了人們，還有顯著的節(jié)能效果。方案一與方案二的原理基本相同，方案二優(yōu)點：電路用到的元器件都是比較容易購買到的，電路也簡單易懂，不需要任何芯片，從而大大節(jié)約了成本；電源電路經(jīng)整流穩(wěn)壓使電路的穩(wěn)定性比較強，使用駐極體話筒來實現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換，傳達聲音信號的靈敏度高、效益好，方案一缺點：電路中使用 CD4011 來實現(xiàn)聲光轉(zhuǎn)換相對復(fù)雜，使用電源信號來實現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換，傳達聲音的效果不大明顯。綜上所述：考慮電路的可靠性強、主體電路結(jié)構(gòu)簡單與否、執(zhí)行機構(gòu)不同、可靠、價廉、有效益等多方面的原因，比較后方案二更適合我的畢業(yè)設(shè)計，即實現(xiàn)了我所設(shè)計的任務(wù)又簡而易懂。經(jīng)過兩種方案的比較后，

14、即將方案二作為此次設(shè)計的總體方案。1.3 整機原理介紹聲源產(chǎn)生的聲音信號，經(jīng)駐極體話筒轉(zhuǎn)換成微弱的電信號，該信號經(jīng)放大后送處理器進行處理，處理器將幅度、頻率相同的一群聲音信號轉(zhuǎn)換成一次狀態(tài)改變的控制信號，該信號經(jīng)過延時處理電路后達到設(shè)計所要求的時間和功能，然后經(jīng)執(zhí)行機構(gòu)直接控制負載，電源電路分別向各部分電路提供相應(yīng)的工作電源。這里介紹的聲光控制節(jié)電開關(guān)，在白天或光線較亮?xí)r，節(jié)電開關(guān)呈關(guān)閉狀態(tài)，燈不亮；夜間或光線較暗時，節(jié)電開關(guān)呈預(yù)備工作狀態(tài)。當(dāng)有人經(jīng)過該開關(guān)附近時，只要有聲音發(fā)出，就能把節(jié)電開關(guān)啟動，即燈亮，延時 30 秒左右節(jié)電開關(guān)自動關(guān)閉，即燈滅。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文

15、)第 4 頁 共 26 頁在本設(shè)計中，主要是由聲源、聲電轉(zhuǎn)換電路、放大電路、低倍整流電路信號處理電路、延時電路和電源電路組成。其系統(tǒng)框圖如圖 1-3 所示：220V交流電路聲音放大低倍整流光敏開關(guān)延時電路電子開關(guān)MIC圖 1-3 總體聲光控開關(guān)原理框圖 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 5 頁 共 26 頁第 2 章 單元電路設(shè)計2.1 整流電路在本次單元電路設(shè)計中有兩個整流電路，一個是由電容和二極管組成的倍壓整流電路，一個是橋式整流電路。兩個整流電路在電路中分別起到不同的作用。2.1.1 倍壓整流電路由電容和二極管構(gòu)成的倍壓整流電路如圖 2-1 所示。二極管最明顯的性質(zhì)就是它的單

16、向?qū)щ娞匦?。在這里選用的 D2 和 D3 是整流二極管。C4、D2 和 D3、C5 構(gòu)成倍壓整流電路，把聲音信號變成直流控制電壓。圖 2-1 倍壓整流電路工作原理：將聲音放大電路放大后的信號通過 C4 耦合，將由 D2、D3 整流經(jīng) C5 濾波后傳入下級光敏電路中。其中電容 C4 和 C5 的作用有所不同，C4 起到的耦合作用，C5 起到的濾波作用。2.1.2 橋式整流電路工作原理：本電路是有四只二極管 1N4007 組成的全波橋式整流，在這部分電路中，橋式電路是核心部分，故稱為橋式整流電路。這部分整流主要是針對電源的整流。220V 交流電通過燈絲，經(jīng)過 D6-D9 整流，將 220V 的交流

17、電經(jīng) D6D9 整流、R1、R2、D5 降壓得到 12V-15V 的直流脈動電壓，但是這種脈動電壓不夠理想，通過穩(wěn)壓管 D4 進行穩(wěn)壓，最終獲得單向的、平滑的 12V 直流脈動電壓供給控制電路，保證C1 上電壓不超過 15V。C1 主要起到退藕的作用。此部分電路作用為提供穩(wěn)定的工作電 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 6 頁 共 26 頁壓。整流電路是利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦园呀涣麟娮兂蓡蜗蛎}動的直流電。電路原理圖如圖 2-2 所示。圖 2-2 橋式整流電路從圖中可以得出：全波橋式整流輸入波形如圖 2-3（a） ，當(dāng) U2 在正半周內(nèi)，D6、D7 因正偏而導(dǎo)通，D8、D9 因反

18、偏而截止，此時的輸出波形如圖 2-3（b）所示；當(dāng)U2 在負半周內(nèi)，D8、D9 因正偏而導(dǎo)通，D6、D7 因反偏而截止，輸出波形圖如圖 2-4（c）所示；在 U2 整個周期內(nèi)，四只二極管分兩組輪流導(dǎo)通或者截止，在負載上得到單一方向的脈動直流電壓和電流。最后電路輸出的波形如圖 2-3（d）所示：圖 2-3 全波橋式整流的波形圖1.負載上直流電壓和電流的計算：單相橋式整流輸出電壓波形的面積是單相半波整流時的兩倍，所以輸出的直流平 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 7 頁 共 26 頁均電壓 U0也是單相半波整流時的兩倍，即 U0=0.9U2 =0.9 U2 =0.9 120V=108v

19、 （2-1） 輸出平均電流 I0： I0=0.9U2/RL = 0.9 120V/102k 1.0mA （2-2）2.二極管的選擇： 在單相橋式整流電路中，由于四只二極管兩兩輪流導(dǎo)電，即每只二極管都只是在半個周期內(nèi)導(dǎo)通，所以流過每個二極管的平均電流是輸出電流平均值的一半，即 IF=I0/20.5mA （2-3）在工程實際中，變壓器二次測壓降及二極管的導(dǎo)通壓降，使變壓器二次電壓比理論計算值大約大 10%，即： U2=1.1 120=132 V （2-4）二極管的最大反向峰值電壓： URM=1.414U2169V （2-5）由以上分析可知，單相橋式整流輸出電壓的直流分量大，紋波小，且每個二極管流過

20、的平均電流也小，因此單相橋式整流的組合電路應(yīng)用最為廣泛。2.2 光控電路設(shè)計2.2.1 核心元器件光敏器件包括光敏電阻、光敏二極管及光敏三極管等。光敏器件可以用于可見光或紅外光的形式控制報警器、測試儀、自動開關(guān)、繼電器等多種裝置或執(zhí)行機構(gòu)。因此光敏器件在自動化技術(shù)中起著極其重要的作用。光敏電阻是一種利用內(nèi)光電效應(yīng)制成的光電器件。它具有精度高、體積小、性能穩(wěn)定、價格低等特點，所以被廣泛應(yīng)用 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 8 頁 共 26 頁在自動化技術(shù)中作為開關(guān)式光電信號傳感元件。光敏電阻的符號如圖 2-4 所示。圖 2-4 光敏電阻2.2.2 光控電路的工作原理工作原理是：當(dāng)光

21、敏電阻受光照時其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低，即相當(dāng)于導(dǎo)線。當(dāng) MIC 周圍沒有聲音信號時，各部分電路都不工作，燈泡不亮，當(dāng) MIC 周圍有聲音信號時，聲音放大電路將工作，通過整流將整流后的電信號經(jīng) R7 限流后直接短接，不會經(jīng) R6 流入三極管 Q3 中，此時三極管 Q3 將接收不到信號，處于不工作的狀態(tài)，燈泡同樣不會亮。當(dāng)光敏電阻在黑暗環(huán)境里，沒有光照時，它的電阻值很高，相當(dāng)于斷路狀態(tài)。當(dāng)MIC 周圍沒有聲音信號時，同樣各部分電路將不會工作，燈泡不會亮；當(dāng) MIC 周圍有聲音信號時，聲音放大電路將工作，此時光敏電阻的阻值很高，不會有信號從其中流過，通過整流將整流

22、后的電信號經(jīng) R7 限流后通過 R6 到達三極管 Q3 基極，此時三極管 Q3基極電位較高，處于導(dǎo)通狀態(tài)。其中電路中 R7、R6 主要是分壓限流的作用。圖 2-5 光控電路2.3 聲控電路設(shè)計2.3.1 核心元器件介紹駐極體話筒，廣泛用于盒式錄音機、無線話筒及聲控?zé)綦娐分?。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 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 9 頁 共 26 頁的塑料膜片，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

23、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。如果施以直流電源電壓，即可輸出音頻信號，實現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換。具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價格低的特點。駐極體話筒屬于電容式話筒的一種，結(jié)構(gòu)如圖 2-6 所示。圖 2-6 駐極體話筒2.3.2 聲控電路工作原理圖 2-7 聲控電路工作原理：當(dāng) MIC 獲取到聲音信號后，將會轉(zhuǎn)化成電信號，經(jīng)過 C3 耦合出來的信號將由三極管 Q1 放大，而在本電路中為了獲得較高的靈敏度，三極管 Q1 的 值選用大于 100，更利于信號放大。而三極管 Q1 要實現(xiàn)這個功能必須滿

24、足，基極電壓為高電位，集電極為低電位才會導(dǎo)通。圖中的 R12 主要是起到分壓限流的作用，R9、R8 分別是給三極管 Q1 提供基極偏置和集電極偏置。所以，其中 R12、R9、R8 不宜過小，否則電路容易產(chǎn)生間歇震蕩。三極管 Q1 放大后的電信號將從集電極流入下級單元電路。2.4 延時電路設(shè)計2.4.1 核心元器件介紹可控硅又叫晶體閘流管，在強電和弱電領(lǐng)域都有極為廣泛的應(yīng)用。其中在弱電領(lǐng)域中應(yīng)用的可控硅功率比較小，外形像三極管，是電子愛好者常遇到的元件之一。正 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 10 頁 共 26 頁確測試可控硅是我們必須具備的基本技能。這里介紹如何用萬用表來測試單向

25、可控硅。單向可控硅(晶閘管)：單向可控硅是一種可控整流電子元件，能在外部控制信號作用下由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通，一旦導(dǎo)通，外部信號就無法使其關(guān)斷，只能靠去除負載或降低其兩端電壓使其關(guān)斷。單向可控硅是由三個 PN 結(jié)組成的四層三端半導(dǎo)體器件與具有一個 PN 結(jié)的二極管相比，單向可控硅正向?qū)ㄊ芸刂茦O電流控制，與具有兩個 PN 結(jié)的三極管相比，差別在于可控硅對控制極電流沒有放大作用。可控硅極性的判定：單向可控硅是由三個 PN 結(jié)的半導(dǎo)體材料構(gòu)成，其基本結(jié)構(gòu)、符號及等效電路如圖2-8 所示。 圖 2-8 單向可控硅基本結(jié)構(gòu)與符號可控硅有三個電極：陽極(A)、陰極(K)和控制極(G)。從等效電路上看，陽極(A)

26、與控制極(G)之間是兩個反極性串聯(lián)的 PN 結(jié)，控制極(G)與陰極(K)之間是一個 PN 結(jié)。根據(jù) PN 結(jié)的單向?qū)щ娞匦?，將指針式萬用表選擇適當(dāng)?shù)碾娮铏n，測試極間正反向電阻(相同兩極，將表筆交換測出的兩個電阻值)，對于正常的可控硅，G、K 之間的正反向電阻相差很大；G、K 分別與 A 之間的正反向電阻相差很小，其阻值都很大。這種測試結(jié)果是唯一的，根據(jù)這種唯一性就可判定出可控硅的極性。用萬用表 R1K 檔測量可控硅極間的正反向電阻，選出正反向電阻相差很大的兩個極，其中在所測阻值較小的那次測量中，黑表筆所接為控制極(G)，紅表筆所接的為陰極(K)，剩下的一極就為陽極(A)。通過判定可控硅的極性同

27、時也可定性判定出可控硅的好壞。如果在測試中任何兩極間的正反向電阻都相差很小，其阻值都很大，說明 G、K 之間存在開路故障；如果有 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 11 頁 共 26 頁兩極間的正反向電阻都很小，并且趨近于零，則可控硅內(nèi)部存在極間短路故障。2.4.2 延時電路工作原理工作原理：當(dāng) MIC 有聲音信號，光敏電阻沒有光照時，將有信號從 Q4 集電極流出，流入 D1 和 C2 組成的充電電路，給 C2 充電。當(dāng)光敏電阻有光照時，沒有信號流入 Q4中，當(dāng) MIC 沒有聲音信號時電路不會工作。其中 D1 與延時電路中的 C2 組成充電電路，R3 為 Q4 提供基極偏置。其起到

28、的主要作用是控制延時電路的電容充放電。C6 為抗干擾電容，用于消除燈泡在發(fā)光時的抖動現(xiàn)象。而 R4、C6 和單向可控制 MCR、D6-D9組成延時與交流開關(guān)控制來決定燈泡的亮與滅。本設(shè)計中延時時間 t 由 C2、R4 的參數(shù)決定。其時間 t 的計算：t=R4C2=24010310010-6=24s由于需要的燈泡持續(xù)點亮?xí)r間并不是很長，大概 30 秒左右，所以考慮用一個電容控制開關(guān)的狀態(tài)即可。當(dāng) MIC 周圍有聲音，無光照時，電子開關(guān)打開，C2 導(dǎo)通，即開始充電；電子開關(guān)關(guān)閉后，C2 開始放電。 圖 2-9 延時電路2.5 整機電路工作原理整機電路原理圖見附錄 1 所示：本電路為聲光控制節(jié)電開關(guān)

29、。白天，當(dāng)光線較亮?xí)r，光控部分將開關(guān)自動關(guān)斷，聲控部分不起作用。夜晚，當(dāng)光線較暗時，光控部分將開關(guān)自動打開，負載電路的通 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 12 頁 共 26 頁斷受控于聲控部分。電路是否接通，取決于聲音信號強度。當(dāng)聲音強度達到一定程度時，電路自動接通，點亮白熾燈，并開始延時，延時時間結(jié)束后開關(guān)自動關(guān)斷，等待下一次聲音信號觸發(fā)。電路有四種工作情況：1.無聲音無光時燈泡不亮當(dāng)聲光控照明節(jié)電開關(guān)周圍沒有聲音，光敏電阻無光照時電路處于不工作狀態(tài)，燈泡將不亮。2.無聲音有光時燈泡不亮當(dāng)聲光控照明節(jié)電開關(guān)周圍沒有聲音，光敏電阻有光照時電路處于不工作狀態(tài)，燈泡將不亮。3.有聲音

30、有光時燈泡不亮當(dāng)此電路周圍沒有聲音時將不處于不工作狀態(tài)。只有當(dāng)此電路周圍有聲音時，MIC將聲音信號接收后經(jīng) Q1 放大，再經(jīng)整流電路 D2、D3 轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘杺魅牍饷綦娐分小Ｔ诠饷綦娐分泄饷綦娮?RGM 有光照上時，其阻值變小，相當(dāng)于導(dǎo)線的作用，對直流控制電壓衰減很大，導(dǎo)致 Q3、Q4、和 R3、D1 組成的電子開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，不會有信號流入下級電路中，從而 C2 中無電荷，使單向可控硅 MCR 處于截止?fàn)顟B(tài)，因此燈泡將不亮。4.有聲音無光時燈泡亮當(dāng)此電路周圍有聲音時，MIC 將聲音信號接收后經(jīng) Q1 放大，再經(jīng)整流電路 D2、D3轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘杺魅牍饷綦娐分?，?dāng)無光照射在光敏電阻 RGM

31、 時，RGM 阻值很大，相當(dāng)于開路狀態(tài)，對直流控制電壓衰減很小。Q3、Q4、和 R3、D1 組成的電子開關(guān)導(dǎo)通，使電容 C2 開始充電。由于充滿電時間很迅速，C2 充滿電荷后通過 R4 把直流觸發(fā)電壓加到 MCR 控制端，MCR 導(dǎo)通，使燈泡點亮。當(dāng) C2 中電荷放至零時，MCR 恢復(fù)截止?fàn)顟B(tài)，此時燈泡熄滅。當(dāng)燈泡點亮過程中有新的聲源出新時，C2 會重新充電后重新放電，即重新計算點亮?xí)r間。燈泡點亮?xí)r長約為 30 秒左右。如果需要改變燈亮?xí)r間長短，只需要更改 C2 或者 R4 的參數(shù)即可。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 13 頁 共 26 頁第 3 章電路仿真與調(diào)試3.1 mul

32、tisim 軟件使用平臺及功能Multisim 是加拿大圖像交互技術(shù)公司（Interactive Image Technoligics 簡稱IIT 公司)推出的以 Windows 為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。 工程師們可以使用 Multisim 交互式地搭建電路原理圖，并對電路行為進行仿真。Multisim 提煉了 SPICE 仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE 技術(shù)就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過 Multisim 和虛擬儀器技

33、術(shù)，PCB 設(shè)計工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。 3.2 介紹 Mulitisim10.0 中畫圖步驟1.用鼠標(biāo)雙擊桌面上的“Multisim10.0” ，軟件打開；2.根據(jù)設(shè)計的電路圖，從元器件庫中逐個調(diào)用電路所需的元器件，用鼠標(biāo)左鍵單擊相應(yīng)的元器件庫符號以打開元器件庫，然后查找到所需的元器件，將元器件拖到窗口界面中的相應(yīng)位置。3.電路連線 用鼠標(biāo)左鍵分別單擊待連線的兩個管腳，即可實現(xiàn)元件之間的連線。另外在連線過程中當(dāng)需要節(jié)點時系統(tǒng)將自動形成節(jié)點。此外，連線時會自動生成相應(yīng)的連線數(shù)，連線的顏色也可以改變，只要鎖定所要改變顏

34、色的連線上，單擊鼠標(biāo)右鍵，即彈出快捷菜單，其中的 Delete 命令可刪除該連線；Color 命令則是設(shè)定該連線的顏色。4.仿真 電路圖連接好后，檢查無錯，按窗口右上方的開關(guān)即可開始電路仿真。3.3 電路仿真仿真步驟及截圖：1.在 multisim 運行聲光控制照明節(jié)電開關(guān)電路時，J1 閉合表示有聲音信號輸入， 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 14 頁 共 26 頁斷開則無聲音信號輸入；J2 閉合表示白天（即有光） ，J2 斷開表示夜晚（即無光） 。（按下）。2.開始仿真。由于電路要初始化，無論在什么狀態(tài)下，剛通電時燈泡都會被點亮，發(fā)光時間大約在 10S 左右，10S 后燈泡熄滅

35、，仿真效果如圖 3-1 所示：圖 3-1 電路仿真圖3.驗證聲光控電路正確與否。（1）有聲無光 圖 3-2 電路仿真圖閉合 J1（利用函數(shù)信號發(fā)生器代替駐極體話筒）和斷開 J2（J2 開光代替光敏電阻工作與否） ，聲音信號輸入，經(jīng)函數(shù)信號發(fā)生器轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)電容 C3 耦合，三極 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 15 頁 共 26 頁管放大聲音信號，此時燈泡被點亮，通過延時電路延時，大約 30S 鐘左右燈泡熄滅。電路仿真效果如圖 3-2 所示： （2）無聲有光 圖 3-3 電路仿真圖斷開 J1 和閉合 J2，即聲光控照明節(jié)電開關(guān)周圍沒有聲音，光敏電阻有光照時電路處于不工作狀態(tài)，

36、燈泡將不亮。即電路仿真效果如圖 3-3 所示。 （3）無聲無光 圖 3-4 電路仿真圖斷開 J1 和 J2，即聲光控照明節(jié)電開關(guān)周圍沒有聲音信號輸入，光敏電阻無光照時電路處于不工作狀態(tài)，燈泡將不亮。仿真效果如圖 3-4 所示：（4）有聲有光 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 16 頁 共 26 頁圖 3-5 電路仿真圖閉合 J1 和 J2，即聲音信號經(jīng)函數(shù)發(fā)生器轉(zhuǎn)為電信號，經(jīng)三極管放大信號，此時無光，光敏電阻的阻值非常大，使三極管基極的電壓偏低，而 Q3 不能導(dǎo)通進行后一級放大，即不能經(jīng)延時電路，此時燈泡不亮。仿真結(jié)論說明：通過 multisim 軟件的仿真證明了：聲光控制照明節(jié)電

37、開關(guān)電路的應(yīng)用以及功能。只有當(dāng)光線暗且有聲音信號的同時，燈泡才會發(fā)亮，也就是當(dāng) MIC 接收到聲音后轉(zhuǎn)為電信號，經(jīng)電容耦合，三極管放大信號，經(jīng)延時電路延時，燈泡被點亮，亮 30 秒鐘左右燈泡熄滅。其余情況下燈泡不亮。同時經(jīng)過仿真也證明了應(yīng)用積分電路來延時，效果十分的理想。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 17 頁 共 26 頁第 4 章實物制作與調(diào)試4.1 印制電路板的制作印制電路板簡稱 PCB 板，它是采用互連工藝技術(shù)，在覆銅板上，按照規(guī)定的設(shè)計、加工安裝孔、連接導(dǎo)線或焊盤而制成的基礎(chǔ)組裝部件。根據(jù)聲光控制照明節(jié)電開關(guān)的設(shè)計原理圖，采用電子設(shè)計自動化軟件中的 Protel 99

38、 SE 進行印制電路板底圖圖樣設(shè)計。具體制作步驟如下：1.運用軟件 Protel 99 SE 進行印制電路板底圖圖樣設(shè)計，并打印在熱轉(zhuǎn)印紙上。2.通過熱轉(zhuǎn)印法（150）底圖轉(zhuǎn)印到覆銅板上。3.清洗防護層，在高溫下進行置換反應(yīng)（FeCl3溶液） 。4.對清洗好的印制電路板，在焊盤上鉆孔。5.對制作好的 PCB 板，要進行嚴(yán)格檢查，判斷印制線間是否有短路、斷路、脫落和起層等問題進行檢修。印制電路板底圖圖樣如圖 4-1圖 4-1 印制板電路板底圖樣圖 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 18 頁 共 26 頁4.2 元器件的安放順序電路板上元器件的安裝順序應(yīng)該以前道工序不妨礙后道工序為原則

39、，一般是先裝低矮的小功率臥式元器件，然后裝立式元器件和大功率臥式元器件，再裝可變元器件、易損元器件，最后裝帶散熱器的元器件和特殊元器件。印制電路板的裝配是整機質(zhì)量的關(guān)鍵，裝配質(zhì)量的好壞對功放的性能有很大的影響。電路板的裝配總是要求是：元器件裝插正確，不能有插錯，漏插；焊點要光滑、無虛焊漏焊和連焊；在裝插元器件時，要執(zhí)行工藝指導(dǎo)書的規(guī)定，遵循元器件的裝插原則。滿足電路的電器規(guī)則，元器件要分部均勻。此電路的安裝先后順序為：電阻、瓷片電容、電解電容、二極管、可控硅、光敏電阻。4.3 焊接4.3.1 焊接的工藝要求1.焊接條件。被焊件端子必須具備可焊性。 被焊金屬表面保持清潔。 具有適當(dāng)?shù)暮附訙囟?2

40、80350 攝氏度。 具有合適的焊接時間（3 秒鐘），反復(fù)焊接次數(shù)不得超過三次，要求一次成形。 2.焊點的基本要求。具有良好的導(dǎo)電性。 焊點上的焊料要適當(dāng)。 具有良好的機械強度。 焊點光澤、亮度、顏色有一定要求。要求：有特殊的光澤和良好顏色；在光澤和高度及顏色上不應(yīng)有凹凸不平和明暗等明顯的缺陷。 焊點不應(yīng)有拉尖、缺錫、錫珠等現(xiàn)象。 焊點上不應(yīng)有污物，要求干凈。 焊接要求一次成形。 焊盤不要翹曲、脫落。 3.應(yīng)避免常見的焊點缺陷如：拉尖、橋連、虛焊、針孔、結(jié)晶松散等。 4.3.2 焊接的操作1.為了提高電路的可靠性，首選應(yīng)對元器件進行檢查。2.為了便于焊接，應(yīng)將要焊接的元器件進行刮腳，焊盤應(yīng)用砂

41、紙砂光滑以便于焊接。3.插入元器件，將烙鐵頭放在被焊件的焊盤上，使焊點溫度升高（有利于焊接）。如果烙鐵頭上有錫，則會使烙鐵頭上溫度很快傳遞到焊接點上。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 19 頁 共 26 頁4.用焊錫絲接觸到焊接處，熔化適量的焊料。焊錫絲應(yīng)從烙鐵頭側(cè)面加入，而不是直接加在烙鐵頭上。 5.從焊錫絲開始熔化數(shù) 3 秒后，先移開焊錫絲，再移開電烙鐵。 6.焊點冷卻后，用斜口鉗子將元器件的管腳剪掉，剪去管腳的長度應(yīng)盡可能的要短。 7.焊接完成后檢查看是否有錯焊、漏焊、線路的走線下、是否正確。注事事項： 移開烙鐵頭的時間、方向和速度，決定著焊接點的焊接質(zhì)量，正確的方法是先慢

42、后快，烙鐵頭移開沿 45角方向移動，及時清理烙鐵頭。4.4 實物圖 4-2 實物4.5 實物調(diào)試由于元器件特性參數(shù)的分散性、裝配工藝的影響以及其他如元器件缺陷和干擾等各種因素的影響，使得安裝完畢的電子電路不能夠達到設(shè)計要求的性能指標(biāo)，需要通過調(diào)整和試驗來發(fā)現(xiàn)、糾正、彌補，使其達到預(yù)期的功能和技術(shù)指標(biāo)，這就是電子電路的調(diào)試。調(diào)試的一般步驟是：1.經(jīng)過初步調(diào)試，使電子電路處于正常工作狀態(tài)。2.調(diào)整元器件的參數(shù)以及裝配工藝分布參數(shù)，使電子電路處于最佳工作狀態(tài)。3.在設(shè)計和元器件允許的條件下，改變內(nèi)部、外部因素（如過壓、過流、高溫、 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 20 頁 共 26 頁

43、連續(xù)長時間運行等）以檢驗電子電路的穩(wěn)定性和可靠性，即所謂的考機。調(diào)試的一般原則是先靜態(tài)調(diào)試后動態(tài)調(diào)試。4.5.1 靜態(tài)調(diào)試所謂靜態(tài)調(diào)試即在電路未加輸入信號的直流工作狀態(tài)下測試，調(diào)整其靜態(tài)工作點和靜態(tài)技術(shù)性能指標(biāo)。4.5.2 動態(tài)調(diào)試所謂動態(tài)調(diào)試即對電子電路輸入適當(dāng)信號的工作狀態(tài)下測試和調(diào)整其動態(tài)指標(biāo)。動態(tài)調(diào)試是在靜態(tài)調(diào)試的基礎(chǔ)上進行的。調(diào)試的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)電路中存在的問題和異?，F(xiàn)象，并采取有效措施進行處理，使電路技術(shù)性能指標(biāo)滿足預(yù)定要求。這需要具備一定的理論知識和調(diào)試經(jīng)驗。調(diào)試的方法是在電路的輸人端接人適當(dāng)頻率和幅值的信號，并循著信號的流向逐級檢測各有關(guān)點的波形、參數(shù)和性能指標(biāo)。發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象，應(yīng)采取

44、不同的方法縮小故障范圍，最后設(shè)法排除故障。因為電子電路的各項指標(biāo)互相影響，在調(diào)試某一項指標(biāo)時往往會影響另一項指標(biāo)。實際情況錯綜復(fù)雜，出現(xiàn)的問題多種多樣，處理的方法也是靈活多變的。動態(tài)調(diào)試時，必須全面考慮各項指標(biāo)的相互影響，要用示波器監(jiān)視輸出波形，確保在不失真的情況下進行調(diào)試。作為“放大”用的電路，要求其輸出電壓必須如實地反應(yīng)輸入電壓的變化，即輸出波形不能失真。1.聲光控制照明節(jié)電開關(guān)接上電源，此時由于電路要初始化，無論在什么狀態(tài)下，剛通電時燈泡都會被點亮，發(fā)光時間大約在 10S 左右，10S 后燈泡熄滅。2.用手遮住光敏電阻，使聲光控制照明節(jié)電開關(guān)處于黑暗狀態(tài)下，它的電阻值很高，一般在 800

45、K左右，等待聲音信號的輸入，此時在附近發(fā)出聲音，駐極體話筒接收到聲音信號，泡被點亮，經(jīng)延時電路延時 30S 左右，燈熄滅。等待下一次聲音信號的觸發(fā)。3.挪開遮住光敏電阻的手，使聲光控制照明節(jié)電開關(guān)處于明亮狀態(tài)下，它的電阻值很低，一般在 50K左右，此時在附近無論發(fā)出多大的聲音，燈泡都不被點亮。實物的仿真效果已證實了本次課程設(shè)計已達到設(shè)計的要求。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 21 頁 共 26 頁總 結(jié)在這次畢業(yè)設(shè)計中，我做的課題是聲光控制照明節(jié)電開關(guān)電路。這是一種聲音和光照雙控的照明燈，它可以用于樓梯、過道、庫房等場合。白天，不管過路者發(fā)出多大聲音，都不會使燈泡發(fā)亮。夜晚，電

46、路的駐機體話筒只要檢測到有碎發(fā)聲響，就會自動點亮為行人照明，過幾十秒后又自動熄滅。本次的畢業(yè)設(shè)計，對我來說具有非常大的挑戰(zhàn)，它將我所學(xué)到的知識應(yīng)用到了實踐，使我在設(shè)計實踐中獲得了新知。學(xué)習(xí)了兩年的理論知識和實踐操作，我不僅僅得到的是課本上的知識，更重要的是我通過自己的獨立動手和老師同學(xué)的耐心指導(dǎo)，使我學(xué)會了分析電路、設(shè)計電路的本領(lǐng)以及計算機輔助作圖等。在此設(shè)計中利用到了三極管的放大 、光敏效應(yīng)，特別是讓我溫習(xí)了可控硅的知識與應(yīng)用， 讓我進一步鞏固和掌握前面所學(xué)的基礎(chǔ)知識，加深了對模擬電路、數(shù)字電路的理解，對元器件的使用更加深刻明了。本次的設(shè)計我基本上完成了聲控開關(guān)安全節(jié)電、結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、

47、安裝方便、使用壽命長的要求。我為我能把所學(xué)的知識利用起來服務(wù)于我們生活而感到自豪。但設(shè)計剛開始時我還不知從何下手，后來經(jīng)過廣泛查閱資料和老師的指點后就明朗了許多。我們無論是生活還是學(xué)習(xí)都離不開外界的力量，當(dāng)然也要有自己的努力，老師說：“做得好不好是另外一回事，但是要自己動手去做，認真思考這種過程才是人生中最充實的、最美好的” 。我自知這次的畢業(yè)設(shè)計有很多的不足，做得比較多效果卻不是很好，很多東西平時學(xué)得也不透徹，我覺得這次畢業(yè)設(shè)計從每一個細節(jié)都在促進著我。我希望我都能從中收獲一些，能把知識真正的變成自己的財富。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 22 頁 共 26 頁致 謝本設(shè)計從擬定題目到完成，歷時數(shù)月。當(dāng)指導(dǎo)老師肯定我的設(shè)計可以參加答辯的那一刻，我的心情久久不能平靜，那是發(fā)自內(nèi)心的高興。想想自己在設(shè)計過程中的酸甜苦辣，真的很滿足