樓道聲控?zé)粼O(shè)計

樓道聲控?zé)舻脑O(shè)計班級：姓名：學(xué)號：2011年月日PAGE17第一章緒論光控電路有著廣泛的應(yīng)用。比如城市中的路燈或樓道照明等一般都是由人工操作的,如果采用光控電路,根據(jù)光線的強弱來自動開啟和關(guān)閉照明燈,做到無人自動控制,可以減輕工人的勞動強度,有效的節(jié)約能源。但光控電路有其缺陷,就是夜晚無光線的時候,照明燈將一直工作著,這樣會造成資源的浪費,也會縮短照明燈的壽命。這時若在光控電路的基礎(chǔ)上添加一個聲控電路,使得照明電路在無光線的時候,只受聲音的控制,當(dāng)有腳步聲或其它較強聲響的時候,照明電路自動工作。當(dāng)聲音消失的時候,照明燈自動熄滅,這就需要在光控電路和聲控電路聯(lián)合工作的條件下添加一個延時電路,使照明燈點亮后,延時一定時間后自動熄滅。聲控?zé)舻闹谱髂康氖峭ㄟ^聲控?zé)舻闹谱?，提高學(xué)習(xí)電路知識的興趣，掌握元器件的測試方法，掌握自己制作印制電路板的方法，鍛煉實際動手操作能力。聲控?zé)纛櫭剂x，聲控?zé)艏词怯寐曋际刂齐姛袅翜缁蛄炼葟娙醯囊环N燈具，控制某一用電負載的方法多種多樣，用光的強弱控制的稱光控，用溫度高低控制的你溫控，用磁場強弱控制的稱磁控，還有依靠壓力、濕度的等等。使用這種照明電路,人們就不必在黑暗中摸索開關(guān),也不必再擔(dān)心點長明燈費電和損壞燈泡了。夜間只要有腳步聲或其它較強的聲響時,燈便自動點亮,延時一定時間后自動熄滅。特別適用自動控制路燈照明以及走廊和樓道等處的短時照明。第二章課程設(shè)際內(nèi)容與要求1.1設(shè)計內(nèi)容設(shè)計聲光控制照明燈。1.2設(shè)計要求要求該電路夜間有聲音信號時，照明燈（用LED發(fā)光管模擬）點亮；無聲時延遲5秒后熄滅;如聲音間隔小于5秒，則LED持續(xù)點亮。白天有聲無聲均不點亮。1.3設(shè)計目的本次課程設(shè)計主要是配合《模擬電子技術(shù)》和《數(shù)字電子技術(shù)》理論課程而設(shè)置的一門實踐性課程，起到鞏固所學(xué)知識，加強綜合能力，培養(yǎng)電路設(shè)計能力，提高實驗技術(shù)，啟發(fā)創(chuàng)新思想的結(jié)果。只有在天黑之后，當(dāng)有人走過樓道通道，發(fā)出腳步聲或其他聲音時，樓道燈會自動點亮，提供照明，當(dāng)人們進入家門或走出公寓，樓道燈延時幾分鐘后會自動熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會亮，可以達到節(jié)能的目的。樓道聲控?zé)舨粌H適用于住宅處的樓道，而且也適用于工廠、辦公樓、教學(xué)樓等公共場所，它具有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優(yōu)點。第三章系統(tǒng)總體方案設(shè)計及方案論證3.1樓道聲控?zé)舻幕驹碓撾娐酚陕暱仉娐?、光控電路及放大電路、單穩(wěn)態(tài)延時電路組成，下面對其功能進行逐一分析并確定電路結(jié)構(gòu)。光控電路是根據(jù)光線的強弱來優(yōu)先決定電燈的亮滅。聲音信號由駐極體話筒BM接收，經(jīng)過反比放大，放大的信號送到NE555定時器的2,6腳。該電路可以對聲控延時電路進行控制，在白天光線較強時，該電路在光控電路的作用下，處于關(guān)閉狀態(tài)，對任何聲音信號都不響應(yīng)，在晚上光線較弱時，光控電路將該電路的功能打開，使得該電路能根據(jù)外界聲音信號做出相應(yīng)的響應(yīng)。NE555定時器的輸出去控制74HC123聲控延時電路。該電路主要在光線較弱時起作用。這主要是通過光控電路的輸出來控制的。圖3.1樓道聲控?zé)綦娐穲D3.2元器件的介紹器件清單表3.2器件清單74HC123一塊NE555一個LM358一個駐極體話筒一個電阻：330Ω2;1K/4;4.7K/5;10K/2;150K/2電位器單圈藍色方形一個22KΩ電容：16V47uF一個；16V10uF兩個；光敏電阻；發(fā)光二極管LED一個；3.2.1電阻器電阻器的種類有很多，通常分為三大類：固定電阻、可變電阻、特種電阻。光敏電阻是一種電阻值隨外界光照強弱（明暗）變化而變化的原件，光越強阻值越小，光越弱阻值越大。光敏電阻器又叫光敏電阻，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弱而改變的電阻器，一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)化為電的變化）。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，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子一空穴對，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強。3.2.2駐極體話筒BM駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價格低的特點，廣泛用于盒式錄音機、無線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個場效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。構(gòu)造與原理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。駐極體膜片與金屬極板之間的電容量比較小，一般為幾十pF。因而它的輸出阻抗值很高(Xc＝1／2~tfc)，約幾十兆歐以上。這樣高的阻抗是不能直接與音頻放大器相匹配的。所以在話筒內(nèi)接入一只結(jié)型場效應(yīng)晶體三極管來進行阻抗變換。場效應(yīng)管的特點是輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低。普通場效應(yīng)管有源極(S)、柵極(G)和漏極(D)三個極。這里使用的是在內(nèi)部源極和柵極間再復(fù)合一只二極管的專用場效應(yīng)管。接二極管的目的是在場效應(yīng)管受強信號沖擊時起保護作用。場效應(yīng)管的柵極接金屬極板。這樣，駐極體話筒的輸出線便有三根。即源極S，一般用藍色塑線，漏極D，一般用紅色塑料線和連接金屬外殼的編織屏蔽線。\o"查看圖片"圖3.2.2駐極體話筒2、駐極體話筒工作原理駐極體話筒體積小，結(jié)構(gòu)簡單，電聲性能好，價格低廉，應(yīng)用非常廣泛。高分子極化膜上生產(chǎn)時就注入了一定的永久電荷(Q)，由于沒有放電回路，這個電荷量是不變的，在聲波的作用下，極化膜隨著聲音震動，因此和背極的距離也跟著變化，也就是鎖極化膜和背極間的電容是隨聲波變化。我們知道電容上電荷的公式是Q＝C×V，反之V＝Q/C也是成立的。駐極體總的電荷量是不變，當(dāng)極板在聲波壓力下后退時，電容量減小，電容兩極間的電壓就會成反比的升高，反之電容量增加時電容兩極間的電壓就會成反比的降低。最后再通過阻抗非常高的場效應(yīng)將電容兩端的電壓取出來，同時進行放大，我們就可以得到和聲音對應(yīng)的電壓了。由于場效應(yīng)管時有源器件，需要一定的偏置和電流才可以工作在放大狀態(tài)，因此，駐極體話筒都要加一個直流偏置才能工作。3、駐極體話筒選配注意駐極體話筒價格很低，損壞后做更換處理，關(guān)于駐極體話筒選配要注意以下幾點：（1）兩根和三根引腳的駐極體話筒之間不能直接替代，一般情況下也不做改動電路的代替。（2）這種話筒沒有型號之分，相同引腳數(shù)的話筒可以代替，只是存在性能上的差別。詞條圖冊更多圖冊3.2.3555定時器電路集成定時器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)生時間延遲和多種脈沖信號的電路，由于內(nèi)部電壓標(biāo)準(zhǔn)使用了三個5K電阻，故取名555電路。其電路類型有雙極型和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。555電路構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，如圖所示。圖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器555定時器內(nèi)部電路見圖所示。圖555定時器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.2.474HC12374HC123是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。其RxCx(7,15)和Cx端(6,14)接定時的電阻和電容,即決定觸發(fā)后Q端產(chǎn)生的單脈沖寬度.Rbar(3,11)是低電平復(fù)零,不作復(fù)零時為高電平。Abar(1,9)是下降沿觸發(fā)輸入端,通過Abar用負脈沖觸發(fā),不用時保持高電平.B(2,10)是上升沿觸發(fā)輸入端,通過B用正脈沖觸發(fā),不用時置低.。Q(5,13)與Qbar(4,12)分別輸出正負定時單脈沖。器件中單穩(wěn)觸發(fā)器作用是不管觸發(fā)信號持續(xù)多長時間，只固定維持外圍阻容給定的一段時間就恢復(fù)觸發(fā)前狀態(tài)，外圍電阻電容決定單穩(wěn)時間，因為觸發(fā)是由邊緣觸發(fā)，上升或下降沿?？稍儆|發(fā)單穩(wěn)不同之處是前次觸發(fā)后的單穩(wěn)沒有恢復(fù)觸發(fā)前狀態(tài)而又有觸發(fā)信號時，可再觸發(fā)單穩(wěn)將在觸發(fā)邊緣開始繼續(xù)維持阻容給定的單穩(wěn)時間，而單穩(wěn)是不理會在翻轉(zhuǎn)后的觸發(fā)信號的。此芯片也可做多諧振蕩器用。74HC123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。它有兩種輸入，A為低電平有效，B為高電平有效。有兩種輸出，正好相反。用外接的電阻電容作定時元件，時間自己定，比74LS電路易用。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74HC123及外圍電路來實現(xiàn)該功能。74HC123為雙可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)，其輸出脈沖的寬度主要取決于定時電阻R與定時電容C，脈寬的計算為電容值與電阻值的乘積即：WP=R′C，在實際設(shè)計中R=5kW，C=80pF，輸出脈寬為400ns、幅度約5V。脈沖快沿放大與射極跟隨輸出電路，主要作用是對整形與展寬后的觸發(fā)脈沖進行加速和放大，以便得到有較高幅度和較快上升沿的脈沖信號去觸發(fā)場效應(yīng)管2SC3306。3.2.5LM358LM358里面包括有兩個高增益、獨立的、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運放，適用于電壓范圍很寬的單電源，而且也適用于雙電源工作方式，它的應(yīng)用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運放的地方使用。

LM358引腳圖及引腳功能LM358封裝有塑封8引線雙列直插式和貼片式兩種。LM358的特點:

.內(nèi)部頻率補償

.低輸入偏流

.低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流

.共模輸入電壓范圍寬，包括接地

.差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍

.直流電壓增益高(約100dB)

.單位增益頻帶寬(約1MHz)

.電源電壓范圍寬：單電源(3—30V)；

.雙電源(±1.5一±15V)

.低功耗電流，適合于電池供電

.輸出電壓擺幅大(0至Vcc-1.5V)聲控走廊燈開關(guān)電路工作原理電路原理如圖1所示。二極管VD4~VD7組成橋式整流電路。電阻R10、電容C4組成降壓、濾波電路。單行晶閘管VS式照明燈HL的無觸點開關(guān)。VS導(dǎo)通，HL點亮；VS關(guān)斷，HL熄滅。白天，由于光電二極管VD1受到環(huán)境光線的照射阻值很小，反相器F3的eq\o\ac(○,13)腳呈低電位，eq\o\ac(○,12)腳呈高電位，經(jīng)反相器F4eq\o\ac(○,10)腳呈低電位，二極管VD3呈截止?fàn)顟B(tài)。反相器F5的eq\o\ac(○,6)腳呈高電位，反相器F6的eq\o\ac(○,8)腳呈低電位，三極管VT處于截止?fàn)顟B(tài)。由于單向晶閘管VS無觸發(fā)電壓而關(guān)斷。照明燈HL不亮。天黑時，光電二極管的阻值增大，雖然F3的eq\o\ac(○,13)腳電位有所上升，但仍達不到開啟F3的閥值電壓，故處于預(yù)備工作狀態(tài)。此時，F(xiàn)6的eq\o\ac(○,8)腳呈低電位，照明燈HL依然不亮。當(dāng)外界有聲音發(fā)出時，其聲波被壓電陶瓷片BC轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)兩級反相器F1和F2變換，eq\o\ac(○,4)腳輸出的信號經(jīng)電容C1耦合，有限流電阻R3加給F3的eq\o\ac(○,13)腳。F3的eq\o\ac(○,13)腳達到閥值開啟電壓，F(xiàn)3反相器工作，eq\o\ac(○,12)腳呈低電位，F(xiàn)4的eq\o\ac(○,10)腳呈高地位二極管VD3獲得正向電壓而導(dǎo)通，并給電容C3充電（由于這種延時，可保證有效的減緩沖擊電流，從而大大的延長燈泡使用壽命）。F5的eq\o\ac(○,5)腳電位升高，則eq\o\ac(○,6)腳電位降低，經(jīng)F6反相，eq\o\ac(○,8)腳呈高電位，單向晶閘管VS獲得高電位而觸發(fā)導(dǎo)通，HL點亮。同時三極管VT導(dǎo)通。無聲時，F(xiàn)3的eq\o\ac(○,13)腳又回到原等待電位，則二極管VD3截止。此時充足電荷的電容C3開始向電阻R8放電。由于放電過程中F6的eq\o\ac(○,8)腳仍持續(xù)高電位，HL仍舊保持照明狀態(tài)。隨著時間的推移，電容C3的端電壓放電到一定低電位時，促使F5反相，eq\o\ac(○,6)腳電位變高，則F6的eq\o\ac(○,8)腳電位變低，VS關(guān)斷，HL熄滅。電路中三極管VT主要是為了節(jié)能而設(shè)置的。當(dāng)F6的eq\o\ac(○,8)腳呈高電位時，三極管VT導(dǎo)通，其集電極電位變低，因而使F3的eq\o\ac(○,13)腳電位下降。即使F2的eq\o\ac(○,4)腳有信號輸出，由于VT的集電極的鉗位作用，使得F3不受F2控制，只有當(dāng)C3放電完畢后VT才會截止。所以，外界的聲音無論怎樣連續(xù)發(fā)出，都不會影響電路定時的正常工作，這樣既滿足接受第一次聲音控制，又達到了節(jié)能的目的。只有當(dāng)定時完畢，電路在接收信號，才開啟照明燈工作。R2為負反饋電阻。電阻R1、R9構(gòu)成分壓電路。VD2為隔離二極管。C2為抗干擾電容，用于消除外界的雜波影響。整流、降壓、濾波電路橋式整流電路是一種將交流電壓變換為單向脈動的直流電壓，原理圖中用VD4-VD7四個二極管組成了橋式整流電路。橋式整流電路的工作原理如下：e2為正半周時，對D1、D3和方向電壓，Dl，D3導(dǎo)通；對D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成e2、Dl、Rfz、D3通電回路，在Rfz，上形成上正下負的半波整洗電壓，e2為負半周時，對D2、D4加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通；對D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構(gòu)成e2、D2Rfz

、D4通電回路，同樣在Rfz上形成上正下負的另外半波的整流電壓。上述工作狀態(tài)分別如右圖（A）（B）所示。如此重復(fù)下去，結(jié)果在Rfz，上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖5-6中還不難看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級電壓的最大值，比全波整洗電路小圖3-1橋式整流電路工作狀態(tài)圖濾波電路是一種能使有頻率信號通過，同時抑制無用頻率成分的電路，R10、C4組成降壓、濾波電路，經(jīng)C4的濾波率去交流成分，電阻R10分得一部分電壓起到降壓的作用。聲控走廊燈開關(guān)電圖3-2聲控走廊燈開關(guān)電路原理圖圖3-3聲控走廊燈開關(guān)電路PCB圖第四章硬件電路安裝及調(diào)試在進行硬件安裝的過程中，我們遇到了很多的問題。第一次使用電路板，對它內(nèi)部的連接并不熟悉，從而出現(xiàn)了很多的錯誤。首先是安裝元件，把他們的位置擺放好。兩兩之間的關(guān)系在電路板上有一個好的體現(xiàn)，使人一目了然，而且要達到美觀和線路連接簡易，盡量用到最少的線，是它看起來不亂。然后要做的就是分析電路圖，在電路板上配線，用到的工具有各種鉗子，鑷子等。焊接，一般常用焊錫做焊料。它具有較好的流動性和附著性。在一定溫度、濕度及振動沖擊下有足夠的機械強度。而且具有耐腐蝕性，使用方便等優(yōu)點。焊劑：作用是除去油污，防止焊件受熱氧化，增強焊錫的流動性。常用的電烙鐵有外熱式、內(nèi)熱式和速熱式三種。一般功率不能過大，若選用的功率過大，不易掌握火候，很容易使元件過熱而損壞。焊點的質(zhì)量直接關(guān)系到整塊電路板能否正常工作，也是每個操作人員要學(xué)會并掌握的基本功。焊接順序及方法先測量，作好記錄、清潔、掛錫焊接、最后在檢查測量。焊接方法：1、右手持電烙鐵。左手用尖嘴鉗或鑷子夾持元件或?qū)Ь€。焊接前，電烙鐵要充分預(yù)熱。烙鐵頭刃面上要吃錫，及帶上一定量焊錫。2、將烙鐵頭刃面緊貼在焊點處。電烙鐵與水平面大約成60度角。以便于熔化的錫從烙鐵頭上流到焊點上。烙鐵頭在焊點處停留的時間控制在2~3秒鐘。3、抬開烙鐵頭。左手仍持元件不動。待焊點處的錫冷卻凝固后，才可松開左手。4、用鑷子轉(zhuǎn)動引線，確認不松動，然后可用偏口鉗剪去多余的引線。待線路連接好了之后，進行調(diào)試。正確的現(xiàn)象是接通電源燈亮一會熄滅，將光敏電阻遮住，拍一下手，燈亮，過幾秒之后燈滅。但在我們的設(shè)計過程中出現(xiàn)了錯誤：首先是線路有短路，沒有測量好電路板的內(nèi)部連接，接地線沒有接到一起調(diào)試在通電調(diào)試之前，必須認真檢查電路連線是否正確，對照電路圖按照一定順序逐級檢測，特別要注意電源是否接錯，電源與地是否有短接，二極管是否接反，輕輕撥一撥元器件，觀察焊點是否牢固。安裝保險管后才能給電路通電。電源接通后首先保證安全，觀察電路中是否有冒煙、起火等現(xiàn)象。如果有，應(yīng)立即斷電，故障排除后繼續(xù)通電，并注意觀察各器件引腳電壓是否正常。打開電源，給系統(tǒng)加上激勵信號源（如系統(tǒng)的啪手聲、打擊聲），用眼睛直接觀察燈泡是否亮和按時熄滅。先用萬用表測量電路有關(guān)點電位是否正常。檢查發(fā)光二極管是否正常工作。發(fā)現(xiàn)不正?，F(xiàn)象時，及時找出原因進行修改，注意接線不得有誤，接入電源，使脈沖發(fā)生電路正常工作。在光電二極管有光與無光的情況下看總體電路的工作情況。觀察燈泡是否按要求進行亮暗變化。如不能順利完成以上功能，則應(yīng)認真檢查電路的連接及功能設(shè)計是否有誤并作出相應(yīng)調(diào)整。在本電路調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)無論光電二極管遮光與否，燈一直保持兩的狀態(tài)不變，