聲光控制照明燈課程設(shè)計

樓道聲光控制照明燈設(shè)計學生姓名：劉力指導(dǎo)教師：金琳專 業(yè)：電子信息工程班級：D-09432學號：18TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章：前言 2\o"CurrentDocument"第二章：系統(tǒng)整體設(shè)計 4\o"CurrentDocument"2.1工作原理 4\o"CurrentDocument"2.2設(shè)計方案論證 4\o"CurrentDocument"第三章：過程論述 63.1、 電路原理圖 73.2、 電路原理 83.3、 部分元器件及功能 8電阻部分 9電容部分 93.SN74LS112N資料如下 10NE555內(nèi)部框圖 11LM358內(nèi)部結(jié)結(jié) 12駐極體話筒及光敏電阻 13\o"CurrentDocument"第四章：結(jié)果分析… 15\o"CurrentDocument"第五章：結(jié)論或總結(jié) 16第六章：設(shè)計體會及意見和建議 1718參考文獻資料……18吉林工程技術(shù)師范學院課程設(shè)計論文第一章前言聲音是我們最為熟知的。人與人需要用聲音去交流，機器運轉(zhuǎn)發(fā)出聲音，動物會發(fā)出聲音等等。然而發(fā)此寶貴的資源卻被我們忽視了很長時間，如今留給我們的就是怎樣合理高效的利用這一資源。以前人們在設(shè)計電路時只求一個'用’字，只要能用就萬事大吉了，所以我們常見的電路都有很多開關(guān)如照明電路要讓它工作我們必須機械地去控制它，這對于當今社會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用的；在這種情況下聲音就派上了用場，聲控作為智能化電路的一部分是一可缺少的；然而要實現(xiàn)聲控也不是一件容易的事，因為聲音是一模擬量且非電信號無法在數(shù)字電路中使用，所以我們在設(shè)計聲控電路時就面臨怎樣把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，把聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號的問題。要解決這個問題我們可以設(shè)計一個類似于'竊聽器’的接收設(shè)備專門用來接聽聲音信號并將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號轉(zhuǎn)送到下一級電路。但是作為聲控電路對聲音信號的要求既不能太強也不能太弱，太強聲控難以實現(xiàn)；而太弱電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜也難以實現(xiàn)，所以最好是能接收到如人的講話聲，腳踏地板聲。當這類信號轉(zhuǎn)化為電信號時，電信號一般較弱，必須對其進行放大對此可選擇功放電路，運放電路，差分電路等，根據(jù)電路對信號的要求一般選擇運放電路較好，提高信號輸出電壓。經(jīng)過這一步實現(xiàn)了聲音信號到電信號的轉(zhuǎn)換。有了電信號實現(xiàn)聲控就容易了，我們可以讓產(chǎn)生的電信號去觸發(fā)觸發(fā)器使電路導(dǎo)通。對于這樣的電路設(shè)計對外加電源的要求必須穩(wěn)定，不斷電，故最好再為其設(shè)計一個穩(wěn)壓電路這樣才能使電路穩(wěn)定工作。而對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。如今對于這樣的電路設(shè)計我們以不必為其煩惱，因為有了聲音傳感器，可以直接將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，大簡化了電路結(jié)構(gòu)，使聲控電路的設(shè)計顯得更加容易。下面就運用吉林工程技術(shù)師范學院課程設(shè)計論文聲音傳感器設(shè)計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和電子學的原理即用聲音傳感器將聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號從而推動觸發(fā)器觸發(fā)使電路導(dǎo)通工作。作為一個智能化聲控照明電路應(yīng)具有以下功能：①能在聲音的控制下實現(xiàn)電路的導(dǎo)通與截止。②聲音的發(fā)出應(yīng)是多方面的如腳步聲，物體打擊聲等。③響應(yīng)時間應(yīng)越短越好。為此在選擇電路元器件時應(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)的特點去推動照明電路工作，觸發(fā)器的選擇也應(yīng)選擇靈敏度高，響應(yīng)時間短的觸發(fā)器如D觸發(fā)器，JK觸發(fā)器等。該聲控燈的設(shè)計指導(dǎo)思想是：我門可以通過一個變壓器和整流電路等第把日常所用的220伏的交流電整理成我們所需要的12伏電壓。我們通過一個微型麥克風作為該電路系統(tǒng)的聲敏器件，即把聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號。當有聲音的時候，它可以產(chǎn)生一段振蕩電流，以使緊跟其后的三極管（以一個起著隔直通交作用的電容隔開）導(dǎo)通；若無聲音，則麥克風不會給其后的三極管提供振蕩電流，三極管仍然保持截止。為了使響應(yīng)時間有效的縮短，我們可以引進反饋電路。在此三極管后，我們可以布置由相關(guān)參數(shù)的電阻和電容以組成積分電路，這樣可以通過電容放電的過程實現(xiàn)電信號在一定時間內(nèi)的有效保持，由此向后續(xù)電路部分提供高電平。此高電平用來使第二個三極管導(dǎo)通。當?shù)诙€三極管導(dǎo)通時，可以使接在其集電極上的繼電器內(nèi)通以電流，最終達到控制電燈的亮和熄滅。這就是我們的指導(dǎo)思想。吉林工程技術(shù)師范學院課程設(shè)計論文第二章系統(tǒng)整體設(shè)計2.1工作原理可控硅的導(dǎo)通和阻斷是受自然光的亮度（或人為亮度）的大小所控制的。適合作為街道、宿舍走廊或其它公共場所照明燈，起到白天熄滅晚上照的控制作用，以節(jié)約用電。顧名思義，聲光控延時開關(guān)就是用聲音來控制開關(guān)的“開啟”，若十分鐘后延時開關(guān)“自動關(guān)閉”。因此，整個電路的功能就是將聲音信號處理后。變?yōu)殡娮娱_關(guān)的開關(guān)動作。明確了電路的信號流向后，即可依據(jù)主要元器件將電路劃分為若干個單元。本實驗就是依據(jù)NE555組成的施密特觸發(fā)器電路74LS122組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路而設(shè)計的，原理由施密特觸發(fā)器的原理和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的原理即可得到本實驗的電路原理。其中光敏電阻的阻值隨光照的變強而減小。2.2設(shè)計方案論證日常所用的220伏特的交流電不能直接為后續(xù)電路所用，所以我們通過一定規(guī)格的變壓器把它降為12伏特的交流電。此時，我們再用一個整流電路把交流電轉(zhuǎn)變成只有正性的電流，但此時電流仍不是我們所需要的直流電。我們再用穩(wěn)壓電路把電流處理成我們所需的直流電流。此后，我們通過微型麥克風把聲音信號轉(zhuǎn)變成電信號，為后面的三極管提供振蕩電流以使三極管導(dǎo)通。若無聲音時，三極管保持截止并呈現(xiàn)出一個大電阻，集電極中便無電流通過，由于集電極上電阻相對于集電極電阻來說很小，所以此時的集電極此時向后續(xù)電路提供一個高電平。這會使后面電路中的電容兩側(cè)均保持低電平，故，電容不會充電。而電容又向后面的電路提供低電平，最終使第二個三極管保持截止狀態(tài)。當有聲音信號發(fā)生時，麥克風就會把聲音信號轉(zhuǎn)換成振蕩電流，通過隔直通交的電容以使其后的三極管導(dǎo)通并向后續(xù)電路表現(xiàn)為一個小電阻，由于該電阻相對于集電極上的電阻來說很小，所以此時的集電極向后續(xù)電路提供一個低電平。并通過一個非門使后面的電容左側(cè)為高電平，而電容因為右側(cè)只通過一個二極管接地，所以為低電平：這就為電容的充電提供了條件。當電容很快地充電完成并且聲音信號消失后，由于電容的電荷還存在，所以電容仍然會向后續(xù)電路提供一個高電平，并且會持續(xù)一定時間（具體時間由積分電路的參數(shù)確定）的放電過程。當電容兩端電壓低于某一水平后，高電平變成低電平。高電平可以使第二個三極管導(dǎo)通，低電平使其截止。當?shù)诙€三極管導(dǎo)通時，其中的電流可使繼電器工作和打開控制電燈的開關(guān)，聲控的過程便得以實現(xiàn)。該聲控燈的設(shè)計方案主要是運用的模電知識，也有部分數(shù)電的知識。其電路結(jié)構(gòu)非常簡明，原理清楚易懂，大多是我們在學習的過程中了解過的知識。并且，所運用的器件相對較少，在焊接和生產(chǎn)的過程中可有效地降低難度和成本。最重要的是我們可以很簡單地通過調(diào)整其中個別電氣元器件達到調(diào)整電燈點亮時間以符合我們實際生活和生產(chǎn)的要求?；谝陨系仍?，我們認為這個設(shè)計方案比較優(yōu)秀。

第三章過程論述:3.1電路原理圖樓道聲光控制照明燈電路圖，ESTTHRCVULTTRIGGNDVCCDECOUTREKT/CEKTCEKTRDTTVCCQA2，ESTTHRCVULTTRIGGNDVCCDECOUTREKT/CEKTCEKTRDTTVCCQA2B1QB2CLRNCGNDNC:瘁Oh』用,一、 —…廠XIJ7YWHIfff?|.JJ<!'百1?*一"，忠，|口5頑11?|燦IMVWitPCS3.2.電路原理：整個電路由三部分組成：LM358NE55574LS112第一部分：由駐極體話筒和LM358構(gòu)成聲控原理，由光敏電阻和LM358抽成光控原理。第二部分：由聲控單元和光控單元共同控制555定時器的觸發(fā)輸入端，實現(xiàn)了聲光兩信號的邏輯“與”即聲光雙控功能。實現(xiàn)了聲光兩信號的邏輯“與”即聲光雙控功能。吉林工程技術(shù)師范學院課程設(shè)計論文第三部分：由NE555出來與74LS112相連，實現(xiàn)了延時5秒的效果利用一塊時基電路及少數(shù)外圍元件可能組成聲光雙控節(jié)電燈。裝置省去了能耗大、笨重、極易產(chǎn)生熱量的電源變壓器，具有結(jié)構(gòu)簡單、自耗電輕微、性能穩(wěn)定、靈敏度高、通用性強的特點。駐極體話筒對猝發(fā)聲響有極為敏感的特性，用它作為該電路由聲電轉(zhuǎn)換元件，及電信號放大部分、NE555施密特觸發(fā)器整形部分，單穩(wěn)態(tài)延時部分和光控部分組成。LM358的其中一個運放接為比較器，由光敏電阻所在支路和基準電壓進行比較，給出高低電平接到NE555的復(fù)位端。當有光時，光敏電阻的阻值下降，比較器輸出低電平，NE555復(fù)位，故此電路在有光時LED不亮，為光控電路。另一運放將聲信號轉(zhuǎn)成的電信號放大，通過施密特觸發(fā)器整形為方波，此支路為聲控電路。將整形后的波形給單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS122,通過外圍電路的參數(shù)選取確定觸發(fā)時間。3.3部分元器件及功能1.光敏電阻-J■■Ir. 七\圖3-1光敏電阻工作原理是赫內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗*殼里就構(gòu)成光敏電阻如圖所示。為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。構(gòu)成光敏電阻的材料有金屬的硫化物、硒化物、碲化物等半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。當光敏電阻受吉林工程技術(shù)師范學院課程設(shè)計論文到光照時，價帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子，同時產(chǎn)生空穴，電子一空穴對的出現(xiàn)使電阻率變小。光照愈強，光生電子一空穴對就越多，阻值就愈低。當光敏電阻兩端加上電壓后，流過光敏電阻的電流隨光照增大而增大。入射光消失。駐極體話筒小的空氣隙，形成一個以空氣隙和駐極體作絕緣介質(zhì)，以背電極和駐極體上的金屬層作為兩個電極構(gòu)成一個平板電容器。電容的兩極之間有輸出電極。由于駐極體薄膜上分布有自由電荷。當聲波引起駐極體薄膜振動而產(chǎn)生位移時；改變了電容兩極版之間的距離，從而引起電容的容量發(fā)生變化，由于駐極體上的電荷數(shù)始終保持恒定，根據(jù)公式：Q=CU所以當C變化時必然引起電容器兩端電壓U的變化，從而輸出電信號，實現(xiàn)聲一電的變換。3.LM35內(nèi)部引腳圖吉林工程技術(shù)師范學院課程設(shè)計論文LM358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。4.NE555內(nèi)部框圖，工作原理「[5「[5+、|6「REXT/CEXTCEXTRINTVCCA1QA2B1QB2CLRNCGNDNC74LS122（1） 6腳TH:高電平觸發(fā)端，當TH電平大于2/3VCC,輸出端OUT呈低電平，DIS端通。（2） 2腳TR:低電平觸發(fā)端，當TR電平小于1/3VCC，輸出端OUT呈高電平，DIS端關(guān)斷。（3） 5腳CV:控制電壓端，CV若接不同的電壓值可以改變TR低電平、TH的觸發(fā)電平值。（4） 7腳DIS：為放電端，其內(nèi)部三極管的導(dǎo)通或關(guān)斷，能為外部RC回路提充放電通路。（5） 4腳R：為復(fù)位端，若R=0，OUT輸出低電平。（6） 3腳OUT：為輸出端。（7） 8腳VCC：電源。（8） 1腳GND:地。NE555定時器由3個阻值為5kQ的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電三極管TD和緩沖反相器G4組成。虛線邊沿標注的數(shù)字為管腳號。其中，1腳為接地端；2腳為低電平觸發(fā)端，由此輸入低電平觸發(fā)脈沖；6腳為高電平觸發(fā)端，由此輸入高電平觸發(fā)脈沖；4腳為復(fù)位端，輸入負脈沖（或使其電壓低于0.7V）可使NE555定時器直接復(fù)位；5腳為電壓控制端，在此端外加電壓可以改變比較器的參考電壓，不用時，經(jīng)0.01UF的電容接地，以防止引入干擾；7腳為放電端，NE555定時器輸出低電平時，放電品體管TD導(dǎo)通，外接電容元件通過TD放電；3腳為輸出端，輸出高電壓約低于電源電壓1V-3V，輸出電流可達200mA，因此可直接驅(qū)動繼電器、發(fā)光二極管、指示燈等；8腳為電源端，可在5V-18V范圍內(nèi)使用。5.發(fā)光二極管發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與神（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷神化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。當給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復(fù)合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。6.電容器就是兩片不相連的金屬板.電容器在電子線路中的作用一般概括為：通交流、阻直流。電容器通常起濾波、旁路、耦合、去耦、轉(zhuǎn)相等電氣作用，是電子線路必不可少的組成部分。在集成電路、超大規(guī)模集成電路已經(jīng)大行其道的今天，電容器作為一種分立式無源元件仍然大量使用于各種功能的電路中，其在電路中所起的重要作用可見一斑。作貯能元件也是電容器的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，同電池等儲能元件相比，電容器可以瞬時充放電，并且充放電電流基本上不受限制，可以為熔焊機、閃光燈等設(shè)備提供大功率的瞬時脈沖電流。電容器還常常被用以改善電路的品質(zhì)因子，如節(jié)能燈用電容器。隔直流：作用是阻止直流通過而讓交流通過。旁路（去耦）：為交流電路中某些并聯(lián)的元件提供低阻抗通路。耦合：作為兩個電路之間的連接，允許交流信號通過并傳輸?shù)较乱患夒娐窞V波：將整流以后的鋸齒波變?yōu)槠交拿}動波，接近于直流。溫度補償：針對其它元件對溫度的適應(yīng)性不夠帶來的影響，而進行補償，改善電路的穩(wěn)定性。計時：電容器與電阻器配合使用，確定電路的時間常數(shù)。調(diào)諧：對與頻率相關(guān)的電路進行系統(tǒng)調(diào)諧，比如手機、收音機、電視機。整流：在預(yù)定的時間開或者關(guān)半閉導(dǎo)體開關(guān)元件。儲能：儲存電能，用于必須要的時候釋放。例如相機閃光燈，加熱設(shè)備等等。如今某些電容的儲能水平已經(jīng)接近鋰電池的水準，一個電容儲存的電能可以供一個手機使用一天。判斷電容器的好壞可用萬用表的驅(qū)姆檔，看其充放電的能力.如果剛開始電阻小然后慢慢變大的是好的.表示充電正常，如果電阻一直小或者大就是壞的SN74LS122N內(nèi)部原理圖

Q Q圖孝4電路原理圖3、電路中各個元件的參數(shù)如下：3.1電阻部分： cf KR1=10K R2=150M R3=4.7KR4=4.7K R5=1M R6=4.7MR7=150K R8=1K R9=4.7KR10=330K3.2電容部分：C1=10rf C2=10rf C3=47rf3.3SN74LS112N資料如下：

NC-NOINTERNALCONNECTION.SN74LS122SN74LS123SN74LS123(TOPVEEW)(SEENOTES1NC-NOINTERNALCONNECTION.SN74LS122SN74LS123SN74LS123(TOPVEEW)(SEENOTES1THRU4)1Rauf1 3VccCgfl膈丸IQ&CLR2B網(wǎng)SN74LS122(TOPV[EW)(SEENOTES1THRU4)隔CartNCCgdNCRjnt吉林工程技術(shù)師范學院課程設(shè)計論文第四章結(jié)果分析現(xiàn)在對研究過程中所獲得的主要數(shù)據(jù)、現(xiàn)象進行定性分析：當外界無噪音時，第一個三極管的集電極為高電平；與非門引腳4上為低電平；與非門引腳10上為高電平；與非門引腳3上為低電平；VT2的集電極上為高電平；無電流通過繼電器，電燈不亮；當外界有一定強度的噪音時，VT1的集電極上為低電平；與非門。1的引腳4上為高電平；與非門D2的引腳10上為低電平；與非門D3的引腳3上為高電平；三極管VT2的集電極上為低電平；有電流通過繼電器；電燈變亮。根據(jù)以上定性分析，我們得出結(jié)論：當外界無噪音時，電燈保持熄滅狀態(tài)；當外界有噪音時，電燈變亮并持續(xù)一定時間。吉林工程技術(shù)師范學院課程設(shè)計論文第五章結(jié)論或總結(jié)設(shè)計工作剛開始時沒有思路，但是當有思路時，發(fā)現(xiàn)課程設(shè)計并沒有像想象中的那么困難，反而其中有很多樂趣；不過，其中有很多細節(jié)問題需要注意，否則，在調(diào)試的過程中就會遇到一些沒有預(yù)料到的問題。整個課程設(shè)計最花時間的其實并不是構(gòu)思大致思路，而是，對其中容易出錯的地方進行錯誤排除和優(yōu)化細節(jié)問題。在焊接的過程中，我們應(yīng)該細心地，認真地按照我們在實訓時所學的方法去焊接，這一點是我們深刻體會到的。我們在后續(xù)的調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，基本的科學知識其實并沒有出錯，而問題大多集中在設(shè)計的工藝上：或是那個點焊接得不牢固，或是兩個本不應(yīng)該短路的點被焊接在了一起，或是元器件參數(shù)給混淆了等等。這類的錯誤在焊接過程中容易出現(xiàn)，并且讓人在當時不能立即發(fā)現(xiàn)問題。這也為以后的實踐工作中打下了基礎(chǔ)。通過這次課程設(shè)計活動，使我也深刻地理解了一些元器件的電氣特性。以前，只是從書中讀到過，或聽老師說過，雖然我記住了，但是在現(xiàn)在看來，我并沒有深刻地理解這些看似很平常的知識。我也深刻地理解到，要想在這個行業(yè)內(nèi)有所創(chuàng)新，首先必須把最基本的知識牢固地掌握住，這樣才能在以后的設(shè)計過程中達到得心應(yīng)于，手到拿來的熟練程度。在整個過程中，我也學到了做事應(yīng)該有詳細的計劃和執(zhí)行力，這樣才最省時間。吉林工程技術(shù)師范學院課程設(shè)計論文第六章設(shè)計心得體會及今后的改進意見設(shè)計，給人以創(chuàng)作的沖動。在畫家眼里，設(shè)計是一幅清明上河圖或是一幅向日葵；在建筑師眼中，設(shè)計是昔日鎏金般的圓明園或是今日一塑自由女神像；在