課程設(shè)計(jì)報(bào)告 聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)

華北科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)--聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)目錄一、設(shè)計(jì)作用及目的 21．設(shè)計(jì)作用 22．設(shè)計(jì)目的 3二、設(shè)計(jì)具體要求 3三、聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn) 41．系統(tǒng)概述 42．各部分工作原理 53．電路仿真 9四、心得體會(huì) 15五、附錄：元器件明細(xì)表 16六、參考文獻(xiàn) 17

聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)作用及目的1、設(shè)計(jì)作用公共場(chǎng)所和居民居住區(qū)的公共樓道普遍使用機(jī)械手動(dòng)開(kāi)關(guān)，由于各種原因往往出現(xiàn)許多燈泡點(diǎn)亮長(zhǎng)明的現(xiàn)象，故使燈泡壽命短，浪費(fèi)電量，為國(guó)家、單位、個(gè)人造成經(jīng)濟(jì)損失。另外，由于頻繁開(kāi)關(guān)或其他人為因素，墻壁開(kāi)關(guān)的損壞率很高，既增大了維修量、浪費(fèi)了資金，又容易造成事故隱患。因此，設(shè)計(jì)研究一種電路新穎、安全節(jié)電、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便的聲光雙控白熾燈節(jié)能自動(dòng)開(kāi)關(guān)顯得相當(dāng)有必要。使公共場(chǎng)所和居民居住區(qū)的公共樓道燈在白天時(shí)不亮，晚上聞聲自亮，待人走后，幾十秒后自動(dòng)關(guān)閉，既方便，又省電。用聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)代替住宅小區(qū)的樓道上的開(kāi)關(guān)，只有在天黑以后，當(dāng)有人走過(guò)樓梯通道，發(fā)出腳步聲或其它聲音時(shí)，樓道燈會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮，提供照明，當(dāng)人們進(jìn)入家門(mén)或走出公寓，樓道燈延時(shí)幾分鐘后會(huì)自動(dòng)熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會(huì)亮，可以達(dá)到節(jié)能的目的。2、設(shè)計(jì)目的(1)使學(xué)生進(jìn)一步掌握模擬電子技術(shù)的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力和綜合分析能力；(2)培養(yǎng)根據(jù)課題需要選學(xué)參考書(shū)籍,查閱手冊(cè)、圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力。通過(guò)獨(dú)立思考，深入鉆研有關(guān)問(wèn)題，學(xué)會(huì)自己分析并解決問(wèn)題的方法；(3)通過(guò)電路方案的分析、論證和比較，設(shè)計(jì)計(jì)算和選取元器件，初步掌握簡(jiǎn)單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法，提高電子電路的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?4)熟悉并學(xué)會(huì)選用電子元器件，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)；(5)了解與課題有關(guān)的電子電路以及元器件的工程技術(shù)規(guī)范，能按設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，完成設(shè)計(jì)任務(wù)，正確地反映設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)的成果，正確地繪制電路圖。二、設(shè)計(jì)具體要求1.能夠通過(guò)照明燈開(kāi)關(guān)對(duì)光線(xiàn)強(qiáng)弱的感應(yīng)和通過(guò)照明燈開(kāi)關(guān)對(duì)聲強(qiáng)的感應(yīng)設(shè)置兩級(jí)開(kāi)關(guān)，控制照明燈的亮滅。2.能夠?qū)崿F(xiàn)有光線(xiàn)時(shí)滅，無(wú)光線(xiàn)有聲時(shí)亮。3.在燈亮一段時(shí)間（1～3min）后自動(dòng)熄滅；4.在照明燈點(diǎn)亮期間又有新的聲源出現(xiàn)，照明燈重新開(kāi)啟。5.電源為220v市電，控制對(duì)象為30w燈泡；6.總設(shè)計(jì)畫(huà)出電路原理框圖；7.利用仿真軟件進(jìn)行電路仿真，列出原件明細(xì)表。三、聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)1．系統(tǒng)概述系統(tǒng)分為電源電路、控制部分和延遲開(kāi)關(guān)部分，示意圖如圖1所示：圖SEQ圖\*ARABIC1系統(tǒng)示意圖

2．各部分工作原理（1）電源電路：由D1~D6、R1、C1構(gòu)成，如圖2標(biāo)注，D1~D4為整流電路，R1為限流電阻、電容C2濾去交流分量并儲(chǔ)存一定的電能，為延時(shí)提供電壓，穩(wěn)壓管D6起限壓作用。圖SEQ圖\*ARABIC2電源電路（2）聲光控部分：電路通過(guò)光信號(hào)和聲音信號(hào)控制，分別使電路中的三極管處于截止放大或者飽和狀態(tài)，從而控制部分特殊點(diǎn)的電位達(dá)到聲光控的目的。如圖3所示為靜態(tài)工作點(diǎn)示意圖，三極管處于放大狀態(tài)時(shí)，Ube處于0.4V~0.7V之間。圖SEQ圖\*ARABIC3三極管靜態(tài)工作點(diǎn)示意圖光控由光敏電阻模擬，聲控由壓電陶瓷片模擬，電路中光敏電阻用RG1和RG2串聯(lián)代替，壓電陶瓷片由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器代替。如圖4所示。圖SEQ圖\*ARABIC4模擬聲光控白天在光線(xiàn)的作用下光敏電阻很小，此時(shí)即RG2被短路只剩下較小的電阻RG1，如圖5所示。此時(shí)T2基極電位變低而處于截止?fàn)顟B(tài)，即使函數(shù)信號(hào)發(fā)生器發(fā)出信號(hào)（模擬有聲音信號(hào)情況）也不能通過(guò)T2向后放大。同時(shí)PNP型管T3也截止，電容C4QUOTEC4兩端電壓很小，可控硅VS處于截止?fàn)顟B(tài)，燈不亮。圖SEQ圖\*ARABIC5有光照時(shí)模擬晚上，RG1和RG2串聯(lián)保持高電阻，其上端電位升高，T2進(jìn)入放大區(qū)，可以接收并放大聲音信號(hào)（信號(hào)發(fā)生器發(fā)出信號(hào)模擬）。在無(wú)聲音信號(hào)時(shí)，T3處于截止?fàn)顟B(tài)，燈不亮。有聲音信號(hào)時(shí)，信號(hào)發(fā)生器發(fā)出信號(hào)，首先通過(guò)T1放大，然后經(jīng)R5QUOTER5與C3出，使T2的基極電位升高，T2、T3隨之導(dǎo)通，正電源就通過(guò)T3、D7向電容C4充電，使C4兩端電壓升高，升至可控硅VS的觸發(fā)電平時(shí)，VS就就由關(guān)斷態(tài)進(jìn)入導(dǎo)通態(tài)，燈亮。（3）延時(shí)關(guān)斷部分：延時(shí)關(guān)斷部分主要由R10、C4、C1成，如圖6所示。圖SEQ圖\*ARABIC6延時(shí)部分電容電荷釋放示意圖如圖7所示。圖SEQ圖\*ARABIC7電容電荷釋放示意圖

燈延遲關(guān)斷過(guò)程：燈亮?xí)r，由D1~D4、VS組成的開(kāi)關(guān)主回路就有較大的電流通過(guò)，VS導(dǎo)通后，VS兩端電壓跌落，由T1~T3均轉(zhuǎn)為截止態(tài)，此時(shí)C4儲(chǔ)存的電荷將通過(guò)R10釋放，電容電荷釋放示意圖如圖表13所示。使C4兩端電壓逐漸下降，當(dāng)降至VS門(mén)極的觸發(fā)電平，VS在交流電過(guò)零時(shí)即關(guān)斷，電燈X1隨之熄滅。由公式u(t)=u(∞)+[u(0+)-u(∞)]·e-(t/ζ)， 代入u(∞)=0V，u(0+)=13V，u(t)=5V計(jì)算得t=179.6s為延遲關(guān)斷時(shí)間。若環(huán)境再有響聲，則電燈再次被點(diǎn)亮，重復(fù)上述過(guò)程。3．電路仿真(1)電源電路仿真220V交流電通過(guò)電燈，經(jīng)過(guò)D1~D4整流后，電容C2濾去交流分量，D6為穩(wěn)壓值24V的穩(wěn)壓二極管，保證后方電路電壓不超過(guò)24V。D1~D4為整流電路，整流前后波形如圖8所示；穩(wěn)壓管D6起穩(wěn)壓作用。穩(wěn)壓波形如圖9所示。穩(wěn)壓電路最終電壓24V為后面的聲光控電路提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，也是延時(shí)關(guān)斷部分進(jìn)行充放電必不可少的。

圖SEQ圖\*ARABIC8整流波形圖SEQ圖\*ARABIC9穩(wěn)壓波形

(2)聲光控部分電路仿真白天有光照時(shí)光敏電阻減小，RG2被短路，如圖10所示，T2、T3兩管be間電壓都很小，兩管均截止，仿真如圖所示，C4兩端電壓很小，不能使可控硅VS導(dǎo)通，燈不亮。圖SEQ圖\*ARABIC10白天有光仿真

晚上無(wú)光照，光敏電阻有較高阻值，其電位升高使T2進(jìn)入放大區(qū)，此時(shí)若沒(méi)有聲音信號(hào)，T3QUOTET3仍處于截止?fàn)顟B(tài)，仿真如圖11所示。C4QUOTEC4電壓很低，可控硅VS不導(dǎo)通，燈不亮。圖SEQ圖\*ARABIC11晚上無(wú)聲仿真

有聲音信號(hào)時(shí)，信號(hào)發(fā)生器發(fā)出信號(hào)，首先通過(guò)T1放大，然后經(jīng)R5與C3輸出，使T2的基極電位升高，T2導(dǎo)通，T3飽和導(dǎo)通，導(dǎo)通后僅起降壓作用，管壓降約為3V，此時(shí)電源通過(guò)T3、D7向電容C4充電，C4兩端電壓升高，升至可控硅VS的觸發(fā)電平時(shí)，VS進(jìn)入導(dǎo)通態(tài)，燈亮。仿真如圖12所示。圖SEQ圖\*ARABIC12晚上有聲仿真

(3)延遲關(guān)斷部分仿真燈亮?xí)r，由D1~D4、VS組成的開(kāi)關(guān)主回路就有較大的電流通過(guò)，VS導(dǎo)通后，VS兩端電壓跌落，此時(shí)C1、C4儲(chǔ)存的電荷將通過(guò)R10釋放，電容電荷釋放示意圖如圖13所示。測(cè)得波形如圖表14所示。使C4兩端電壓逐漸下降，當(dāng)降至VS門(mén)極的觸發(fā)電平，VS在交流電過(guò)零時(shí)即關(guān)斷，電燈X1隨之熄滅?？煽毓栌|發(fā)電平接近4.3V，由波形圖可知，則在燈亮194.12s后，電容兩端電壓降至觸發(fā)電平以下，可控硅截止，燈熄滅，與計(jì)算值179.6s接近。圖SEQ圖\*ARABIC13電容放電延時(shí)仿真

四、心得體會(huì)在這三周的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)中，我做的是“聲光控制開(kāi)關(guān)”。這是一種聲音和光照雙控電路，多用于樓梯、過(guò)道、庫(kù)房的場(chǎng)合。白天光照時(shí)，不管過(guò)路者發(fā)出多大聲音，都不會(huì)使燈泡亮。夜晚光暗，電路的拾音器只要檢測(cè)到有聲響，燈就會(huì)自動(dòng)照明，若再無(wú)聲響，則過(guò)一段時(shí)間后燈自動(dòng)熄滅，節(jié)能節(jié)電。電源設(shè)計(jì)根據(jù)其主體電路及執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同，要求可靠、價(jià)廉、有效益。由于此開(kāi)關(guān)在光線(xiàn)較暗時(shí)是否接通取決于聲音的強(qiáng)弱，因此為加強(qiáng)其工作效應(yīng)，設(shè)計(jì)了信號(hào)放大整形電路，微弱的信號(hào)經(jīng)過(guò)此電路加工也能使開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。本次的聲光控制開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)實(shí)踐將我們學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到了實(shí)踐，深化了對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)和模擬電子設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，使我們?cè)谠O(shè)計(jì)的實(shí)踐中獲得新知。學(xué)習(xí)了一年的理論知識(shí)之后，這次的實(shí)踐操作，我得到了課本之外的東西，通過(guò)自己的獨(dú)立動(dòng)手，老師耐心指導(dǎo)下以及同學(xué)的探討，讓我學(xué)會(huì)了分析電路、設(shè)計(jì)電路的步驟以及計(jì)算機(jī)輔助作圖等。在此設(shè)計(jì)中利用到了三極管的放大、光敏效應(yīng)，讓我們進(jìn)一步鞏固和掌握所學(xué)的理論基礎(chǔ)知識(shí)，加深對(duì)了對(duì)模擬電路、數(shù)字電路、理解，對(duì)元?dú)饧氖褂酶由羁獭Ｎ?、附錄表SEQ表\*ARABIC1元器件明細(xì)表名稱(chēng)代號(hào)型號(hào)或參數(shù)作用電阻R1100kΩ限流R29.1kΩ基極偏置R32MΩ基極偏置R456kΩ集電極偏置R562kΩ耦合電阻R691kΩ耦合電阻R74.7kΩ基極偏置R836kΩ基極偏置R910kΩ集電極偏置R1062kΩ放電延時(shí)RG13kΩ兩電阻模擬光敏電阻受光時(shí)阻值變化RG220MΩ三極管T12N914(NPN)信號(hào)放大T22N914(NPN)信號(hào)放大、開(kāi)關(guān)T32N6727(PNP)開(kāi)關(guān)電容C1220μF濾波電容(電解電容)C2100nF耦合電容C31μF耦合電容(電解電容)C4100μF充放電電容(電解電容)可控硅VSMCR22-8單向可控硅二極管D1~D41N4007整流D5、D71N4007單向?qū)―61N4967(24V)穩(wěn)壓管,限壓燈泡