聲光雙控節(jié)電照明開(kāi)關(guān)課程設(shè)計(jì)_secret

1、課程設(shè)計(jì)論文題 目： 聲光雙控節(jié)電照明開(kāi)關(guān) 學(xué)院名稱： 班 級(jí)： 指導(dǎo)老師： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 前言當(dāng)今世界在以電子信息技術(shù)為前提下推動(dòng)了社會(huì)跨躍式的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的飛速開(kāi)展日新月異帶動(dòng)了各國(guó)生產(chǎn)力的大規(guī)模提高。由此可見(jiàn)科技已成為各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的核心，尤其是電子信息技術(shù)更顯得尤為重要，在國(guó)民生產(chǎn)各部門(mén)電子信息技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。曾經(jīng)不被人們所重用的如聲音，光等如今在電子信息技術(shù)方面都得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是光能更是人們有待開(kāi)發(fā)的具大的能源寶庫(kù)。隨著人們生活現(xiàn)代化水平不斷提高，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速開(kāi)展，電力的供需矛盾日益加劇生產(chǎn)更多的電即意味著要消耗更多的煤、石油、天然氣、核原料等不可再生資源，還會(huì)帶

2、來(lái)許多相應(yīng)的環(huán)境問(wèn)題。為此，我們應(yīng)該從身邊做起，珍惜并節(jié)約每一度電。所以，現(xiàn)在很多住宅樓道都安裝了自動(dòng)控制樓道燈。電子信息技術(shù)開(kāi)展的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高度智能化，在減少以至不需要人為干預(yù)下使機(jī)器能獨(dú)立處理各種工作。智能化照明電路也是如此，如我們所熟知的走道照明電路其智能化實(shí)現(xiàn)方法是利用了聲學(xué)光學(xué)電子學(xué)原理的綜合；而馬路上的路燈是應(yīng)用了光學(xué)的原理；另一個(gè)我們所知的交通系統(tǒng)紅綠燈那么是采用了電子學(xué)中計(jì)數(shù)器的原理?？梢?jiàn)原理不同電路所實(shí)現(xiàn)的功能也不盡相同。 一設(shè)計(jì)內(nèi)容 這里介紹的節(jié)電開(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，夜間或光線較暗時(shí)，節(jié)電開(kāi)關(guān)呈預(yù)備工作狀態(tài)。當(dāng)有人經(jīng)過(guò)該開(kāi)關(guān)附近時(shí)，腳步

3、聲等把節(jié)電開(kāi)關(guān)啟動(dòng)，燈亮，延時(shí)幾十秒。二 給定條件給出電路圖、要求安裝設(shè)計(jì)實(shí)用產(chǎn)品、聲控節(jié)電開(kāi)照顧明時(shí)間控制1分鐘內(nèi)，整個(gè)電路采用分立元器件或者數(shù)字集成電路組成。幾十秒后節(jié)電開(kāi)關(guān)自動(dòng)關(guān)閉、燈滅。三方案 聲控照明電路 聲音是我們最為熟知的。人與人需要用聲音去交流，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)出聲音，動(dòng)物會(huì)發(fā)出聲音等等。然而發(fā)此珍貴的資源卻被我們無(wú)視了很長(zhǎng)時(shí)間，如今留給我們的就是怎樣合理高效的利用這一資源。以前人們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)只求一個(gè)用字，只要能用就萬(wàn)事大吉了，所以我們常見(jiàn)的電路都有很多開(kāi)關(guān)如照明電路要讓它工作我們必須機(jī)械地去控制它，這對(duì)于當(dāng)今社會(huì)各種各樣的智能化建筑如智能辦公樓，智能化公寓等是非常不實(shí)用的；在這種

4、情況下聲音就派上了用場(chǎng)，聲控作為智能化電路的一局部是一可缺少的；然而要實(shí)現(xiàn)聲控也不是一件容易的事，因?yàn)槁曇羰且荒M量且非電信號(hào)無(wú)法在數(shù)字電路中使用，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)聲控電路時(shí)就面臨怎樣把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的問(wèn)題。要解決這個(gè)問(wèn)題我們可以設(shè)計(jì)一個(gè)類似于竊聽(tīng)器的接收設(shè)備專門(mén)用來(lái)接聽(tīng)聲音信號(hào)并將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)轉(zhuǎn)送到下一級(jí)電路。但是作為聲控電路對(duì)聲音信號(hào)的要求既不能太強(qiáng)也不能太弱，太強(qiáng)聲控難以實(shí)現(xiàn)；而太弱電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜也難以實(shí)現(xiàn)，所以最好是能接收到如人的講話聲，腳踏地板聲。當(dāng)這類信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)時(shí)，電信號(hào)一般較弱，必須對(duì)其進(jìn)行放大對(duì)此可選擇功放電路，運(yùn)放電路，差分電路等，根據(jù)電

5、路對(duì)信號(hào)的要求一般選擇運(yùn)放電路較好，提高信號(hào)輸出電壓。經(jīng)過(guò)這一步實(shí)現(xiàn)了聲音信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。有了電信號(hào)實(shí)現(xiàn)聲控就容易了，我們可以讓產(chǎn)生的電信號(hào)去觸發(fā)觸發(fā)器使電路導(dǎo)通。對(duì)于這樣的電路設(shè)計(jì)對(duì)外加電源的要求必須穩(wěn)定，不斷電，故最好再為其設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)壓電路這樣才能使電路穩(wěn)定工作。而對(duì)元器件的要求也較高，特別是半導(dǎo)體器件必須保證靈敏度高，各電參數(shù)精確穩(wěn)定，這樣電路才能高效地工作。如今對(duì)于這樣的電路設(shè)計(jì)我們以不必為其煩惱，因?yàn)橛辛寺曇魝鞲衅?，可以直接將聲音信?hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，大簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，使聲控電路的設(shè)計(jì)顯得更加容易。下面就運(yùn)用聲音傳感器設(shè)計(jì)的聲控照明電路加以分析： 聲控照明電路的主要原理:是利用了聲學(xué)

6、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。 作為一個(gè)智能化聲控照明電路應(yīng)具有以下功能：能在聲音的控制下實(shí)現(xiàn)電路的導(dǎo)通與截止。聲音的發(fā)出應(yīng)是多方面的如腳步聲，物體打擊聲等。響應(yīng)時(shí)間應(yīng)越短越好。為此在選擇電路元器件時(shí)應(yīng)選擇靈敏度較高的聲音傳感器組成聲控照明電路控制電路的前端，同時(shí)我們還要為該傳感器設(shè)置傳感條件如聲音響度必須在20DB以上才能響應(yīng)等。中間端采用觸發(fā)器構(gòu)成，利用觸發(fā)器不觸不發(fā)，一觸即發(fā)的特點(diǎn)去推動(dòng)照明電路工作，觸發(fā)器的選擇也應(yīng)選擇靈敏度高，響應(yīng)時(shí)間短的觸發(fā)器如D觸發(fā)器，JK觸發(fā)器等。 二光控照明電路 在第三次科技革命的推動(dòng)下，光能這一偉大的，自

7、然的以及人類生存所必須的珍貴資源在被人類遺忘了假設(shè)干年后，今天終于得到了廣泛的應(yīng)用。太陽(yáng)能熱水器，太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)能浴場(chǎng)等都成為人們熱議的話題，大到天上的人造衛(wèi)星，小到街道的路燈太陽(yáng)能的應(yīng)用無(wú)所不在。而作為智能化電路的設(shè)計(jì)考慮光能的應(yīng)用也是理所當(dāng)然的。在半導(dǎo)體技術(shù)的飛速開(kāi)展下大促進(jìn)了光能應(yīng)用的快速進(jìn)步，在發(fā)電，取暖等方面尤為突出，智能化電路設(shè)計(jì)引進(jìn)光技術(shù)已不是新奇事了，在光控電路的設(shè)計(jì)中不同于聲控電路復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，隨著半導(dǎo)體光敏元器件的快速開(kāi)展，我們?cè)谠O(shè)計(jì)光控電路時(shí)面臨的問(wèn)題已由怎樣使光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)變?yōu)樵鯓釉陔娐分屑哟箅娦盘?hào)的強(qiáng)度？這一問(wèn)題如今也以得到了較好的解決，光敏元器件的應(yīng)用在光照的情

8、況下使其電參數(shù)發(fā)生變化從而使其對(duì)電流的阻礙作用減小或增大，進(jìn)而使電路導(dǎo)通或截止，電信號(hào)強(qiáng)弱的改變光控轉(zhuǎn)化為電控電路功能的實(shí)現(xiàn)便容易了。在這樣的電路設(shè)計(jì)中，對(duì)電路元器件的要求也極為高尤其是光敏元件是光控電路功能實(shí)現(xiàn)的核心，必須保證其各項(xiàng)參數(shù)的精確，穩(wěn)定。故在選擇這類元器件時(shí)一定要選擇高靈敏度工作穩(wěn)定可靠的元件，當(dāng)然電路工作的穩(wěn)定是否？功能能否實(shí)現(xiàn)？并不僅僅只和電路元器件有關(guān)，外加電源也是不可無(wú)視的，與聲控電路一樣最好也是給光控電路加上一個(gè)穩(wěn)壓電路確保電路能正常工作?，F(xiàn)就采用光敏元件設(shè)計(jì)光控照明電路作如下分析： 電路原理：利用光敏元件隨光照強(qiáng)度的變化而阻抗發(fā)生變化的特點(diǎn)，去控制電信號(hào)的強(qiáng)弱，再由傳

9、感器將變化的電信號(hào)傳遞給觸發(fā)器，只要電信號(hào)強(qiáng)度到達(dá)一定程度將觸發(fā)觸發(fā)器使其導(dǎo)通工作。光控照明電路其主要功能是實(shí)現(xiàn)當(dāng)外界光照強(qiáng)度降低到一定程度時(shí)，使照明電路導(dǎo)通工作。就其方案而言多種多樣，但我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮方案的可行性，穩(wěn)定性以及元器件的靈敏度，尤其是光敏元件必須選擇靈敏度高的這樣電路功能才能較容易實(shí)現(xiàn)，為此我們?cè)谠O(shè)計(jì)光控電路時(shí)，不但要盡量使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，而且要使電路功能強(qiáng)，功能的實(shí)現(xiàn)要可靠穩(wěn)定。光控電路框圖如下： 三延時(shí)電路 從20世紀(jì)中后期數(shù)字電路的飛速開(kāi)展到今天技術(shù)已越來(lái)越成熟。自從電子計(jì)數(shù)器的出現(xiàn)之后各式各樣，功能萬(wàn)千的定時(shí)/計(jì)數(shù)器層出不窮。然而正是電子計(jì)數(shù)器的出現(xiàn)才使得電子技術(shù)的

10、開(kāi)展上了一個(gè)新的臺(tái)階。定時(shí)/計(jì)數(shù)這一功能在電子電路中的應(yīng)用，使智能化電路的設(shè)計(jì)更加名副其實(shí)。我們常見(jiàn)的交通紅綠燈，公園里的娃娃車(chē)等都是采用了定時(shí)計(jì)數(shù)技術(shù)的典型例如。我們大家都看過(guò)智力競(jìng)賽，都有知道搶答器，然而搶答器更是電子定時(shí)/計(jì)數(shù)器的典型應(yīng)用。雖然我們可以花幾元錢(qián)就可以從街上買(mǎi)一個(gè)不錯(cuò)的搶答器，但要讓我們自己動(dòng)手做一個(gè)出來(lái)就不是一件容易的事的，它不僅只是我們所看到的結(jié)果能夠搶答更為重要的是其功能的實(shí)現(xiàn)是集成了很多技術(shù)。如定時(shí)，鎖存，顯示等等，由此可見(jiàn)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用不僅廣泛，而且意義深遠(yuǎn)?，F(xiàn)就延時(shí)電路作如下分析： 電路原理：利用電子計(jì)數(shù)器的原理實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能。 延時(shí)電路其構(gòu)成方案一般有三種：

11、硬件構(gòu)成；軟件構(gòu)成；軟硬相結(jié)合構(gòu)成；對(duì)于由硬件構(gòu)成的定時(shí)器，一般是用改變R、C元件值控制定時(shí)的，其效率較高，但靈活性，通用性較差如555定時(shí)器；而由軟件構(gòu)成的定時(shí)器是用執(zhí)行一段程序來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)的，其靈活性通用性較高，但效率較差；故現(xiàn)在設(shè)計(jì)定時(shí)器一般都是采用軟硬相結(jié)合的方法集兩者之長(zhǎng)通過(guò)編程設(shè)定不同的延時(shí)常數(shù)，而由硬件控制定時(shí)過(guò)程，其效率和靈活性都得到了較大的提高。如大規(guī)模集成電路可編程計(jì)數(shù)器8253，51單片機(jī)通過(guò)編程構(gòu)成計(jì)數(shù)器等。在一個(gè)實(shí)際的電路中延時(shí)不是主要目的，而主要目的是為了完善電路功能。故作為一個(gè)延時(shí)電路，在整個(gè)電路中其應(yīng)在延時(shí)結(jié)束后能發(fā)出一個(gè)結(jié)束信號(hào)，控制電路是否繼續(xù)工作下去。所以前

12、述聲控，光控電路盡管也能實(shí)現(xiàn)控制電路的功能，但其功能是不完善的，為此應(yīng)對(duì)其進(jìn)行改良有三種方案可行：聲控延時(shí)；光控延時(shí)；聲光聯(lián)控延時(shí)；此三種方案可用于不同的場(chǎng)合，現(xiàn)就第三種方案加以事例進(jìn)行分析。 四電路總體框架 圖1聲控照明節(jié)電開(kāi)關(guān)電路原理方框該圖是該聲控照明節(jié)電開(kāi)關(guān)電路原理方框，由話筒、電壓比擬器、光控、電子開(kāi)關(guān)、延時(shí)和交流開(kāi)關(guān)等局部電路組成。 聲光聯(lián)控延時(shí)照明電路的主要原理就是利用光控部件控制電路白天不工作，而夜晚那么由聲控部件控制其工作，再由延時(shí)部件控制其工作時(shí)間。 在白天由光控部件控制電路，無(wú)論外界有無(wú)聲音發(fā)出電路都不會(huì)工作，而到了夜晚光控部件就不在起作用由聲控部件控制電路，只要在一定范

13、圍內(nèi)有聲音發(fā)出且到達(dá)一定響度電路就會(huì)導(dǎo)通工作，又由延時(shí)部件控制其工作時(shí)間；由該事例可知聲、光、延時(shí)三局部是相互聯(lián)系的沒(méi)有光控電路智能化實(shí)現(xiàn)不完善，沒(méi)有聲控電路也談不上延時(shí)，而沒(méi)有延時(shí)電路也談不上智能。該電路的設(shè)計(jì)較完備，在電能節(jié)約方面處理的較好，但該電路也存在一定的缺陷如要使燈常亮那么該電路無(wú)法實(shí)現(xiàn)；要對(duì)電路進(jìn)行維護(hù)在白天需要燈亮那么該電路也無(wú)法實(shí)現(xiàn)；為此要對(duì)該電路進(jìn)行升級(jí)，所謂升級(jí)就是對(duì)電路的功能進(jìn)行進(jìn)一步完善。我們可以為其添加一些硬件使在不影響電路正常智能化實(shí)現(xiàn)的前提下，電路能受人為所控制以至更好的為人們效勞。五電路主要組成聲音傳感器 MIC把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào).當(dāng)這類信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)時(shí)

14、，電信號(hào)一般較弱，可對(duì)其進(jìn)行放大對(duì)此可選擇功放電路，經(jīng)過(guò)這一步實(shí)現(xiàn)了聲音信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。有了電信號(hào)實(shí)現(xiàn)聲控就容易了，我們可以讓產(chǎn)生的電信號(hào)去觸發(fā)觸發(fā)器使電路導(dǎo)通。光控局部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(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化。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(shí)，半導(dǎo)體片光敏層內(nèi)就激發(fā)出電子空穴對(duì)，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強(qiáng)?？梢?jiàn)光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光

15、電控制系統(tǒng)，如光電自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)戶，航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動(dòng)亮滅，自動(dòng)給水和自動(dòng)停水裝置，機(jī)械上的自動(dòng)保護(hù)裝置和“位置檢測(cè)器，極薄零件的厚度檢測(cè)器，照相機(jī)自動(dòng)曝光裝置，光電計(jì)數(shù)器，煙霧報(bào)警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。光敏電阻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。圖2 光敏電阻內(nèi)部結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)采用MG系列光敏電阻與91K的電阻串聯(lián)。三定時(shí)局部集成定時(shí)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(shí)間延遲和多種脈沖信號(hào)的電路，由于內(nèi)部電壓標(biāo)準(zhǔn)使用了三個(gè)5K電阻，故取名555電路。其電路類型有雙極性和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。

16、555電路的引腳排列圖3如下圖，其功能表如表1所示。555電路構(gòu)成，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，如圖4。輸出電壓Vo的脈寬t=RCln3555定時(shí)器內(nèi)部電路見(jiàn)圖5。圖3 555定時(shí)器引腳排列圖4表1 555定時(shí)器的功能表6高觸發(fā)端2低觸發(fā)端4復(fù)位端3輸出端7放電端LL導(dǎo)通HL導(dǎo)通H不變不變HH截止圖4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 圖5 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)四降壓整流局部D1，D2，C5，MC78L05CP構(gòu)成整流電路，為元件提供工作所需直流電壓。如圖6。 圖6 整流電路六電路工作原理電路圖參見(jiàn)附錄所用元件及各參數(shù)都已標(biāo)明。MIC為聲電轉(zhuǎn)換器電路中LM3900構(gòu)成電壓比擬放大器。非門(mén)和與非門(mén)構(gòu)成信號(hào)邏輯分析電路。555定時(shí)

17、器為定時(shí)開(kāi)關(guān)。繼電器為照明電路接通開(kāi)關(guān)。D1，D2，C5，MC78L05CP和降壓器構(gòu)成降壓整流電路。當(dāng)白天時(shí)，光敏電阻RL成低阻狀態(tài)，與非門(mén)輸出高電平，555定時(shí)器3腳那么保持低電平，繼電器開(kāi)關(guān)K保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)，照明電路斷開(kāi)。當(dāng)夜晚時(shí)，光敏電阻RL成高阻狀態(tài)。阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于R6，輸出高電平。當(dāng)話筒未接收到聲音時(shí)，LM3900的4腳輸出為高電平，電容C2右端為高電平，信號(hào)通過(guò)邏輯門(mén)電路后變?yōu)楦唠娖?，輸入?55定時(shí)器2腳，555定時(shí)器3腳那么保持低電平，繼電器開(kāi)關(guān)K保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)，照明電路斷開(kāi)。當(dāng)話筒接收到聲音時(shí)，LM3900的4腳輸出為低電平。由于電容兩端電壓不能突變，電容C2右端為低電平，信號(hào)通過(guò)邏輯門(mén)電路后變?yōu)榈碗娖健］斎氲?55定時(shí)器2腳，當(dāng)555定時(shí)器2腳接收到一個(gè)低電平時(shí)，555定時(shí)器3腳那么輸出一定時(shí)間的高電平，