樓道聲控?zé)粽n程設(shè)計作業(yè)

1、可編輯電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）光控路燈控制器的設(shè)計學(xué)生姓名：劉騰艷專 業(yè)：電氣工程及其自動化班 級：電器四班 學(xué) 號：1416301053指導(dǎo)教師：郭宇 第一章 內(nèi)容摘要光電子技術(shù)是繼微電子技術(shù)之后近30年來迅猛發(fā)展的綜合性高新技術(shù)。1962年半導(dǎo)體激光器的誕生是近代科學(xué)技術(shù)史上一個重大事件。經(jīng)歷十多年的初期探索，從70年代后期起，隨著半導(dǎo)體光電子器件和硅基光導(dǎo)纖維兩大基礎(chǔ)元件在原理和制造工藝上的突破，光子技術(shù)與電子技術(shù)開始結(jié)合并形成了具有強(qiáng)大生命力的信息光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)。光電子技術(shù)是一個比較龐大的體系，它包括信息傳輸，如光纖通信、空間和海底光通信等；信息處理，如計算機(jī)光互連、光計算、光交換等

2、；信息獲取，如光學(xué)傳感和遙感、光纖傳感等；信息存儲，如光盤、全息存儲技術(shù)等；信息顯示，如大屏幕平板顯示、激光打印和印刷等。20世紀(jì)60年代激光問世以來，最初應(yīng)用于激光測距等少數(shù)應(yīng)用，到70年代，由于有了室溫下連續(xù)工作的半導(dǎo)體激光器和傳輸損耗很低的光纖，光電子技術(shù)才迅速發(fā)展起來?，F(xiàn)在全世界敷設(shè)的通信光纖總長超過1000萬公里，主要用于建設(shè)寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字通信網(wǎng)。以光盤為代表的信息存儲和激光打印機(jī)、復(fù)印機(jī)和發(fā)光二極管大屏幕現(xiàn)實(shí)為代表的信息顯示技術(shù)稱為市場最大的電子產(chǎn)品。人們對光電神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)技術(shù)抱有很大希望，希望獲得功耗的、響應(yīng)帶寬很大，噪音低的光電子技術(shù)。光電子技術(shù)也是一個非常寬泛的概念，它圍

3、繞著光信號的產(chǎn)生、傳輸、處理和接收，涵蓋了新材料（新型發(fā)光感光材料，非線性光學(xué)材料，襯底材料、傳輸材料和人工材料的微結(jié)構(gòu)等）、微加工和微機(jī)電、器件和系統(tǒng)集成等一系列從基礎(chǔ)到應(yīng)用的各個領(lǐng)域。光電子技術(shù)科學(xué)是光電信息產(chǎn)業(yè)的支柱與基礎(chǔ)，涉及光電子學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)、計算機(jī)技術(shù)等前沿學(xué)科理論，是多學(xué)科相互滲透、相互交叉而形成的高新技術(shù)學(xué)科。第二章 系統(tǒng)整體設(shè)計2.1 光控制路燈控制器課程設(shè)計的目的1. 能夠全面的鞏固和應(yīng)用課程中所學(xué)的基本理論的基本方法，并初步掌握綜合系統(tǒng)設(shè)計的基本方法。2. 培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立準(zhǔn)備資料、獨(dú)立設(shè)計規(guī)定功能的綜合設(shè)計能力。3. 培養(yǎng)獨(dú)立進(jìn)行試驗(yàn)，包括電路布局、安裝、調(diào)試和排

4、除故障的能力。4. 培養(yǎng)書寫綜合設(shè)計實(shí)驗(yàn)報告的能力。2.2 光控制路燈控制器的設(shè)計任務(wù)與要求利用光照的強(qiáng)度作為路燈的起控點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)光線較亮?xí)r，自動關(guān)閉，晚上光線較暗時，自動開啟路燈的控制。了解常用路燈控制的各種方法，及各自的優(yōu)缺點(diǎn)，通過相互的比較，確定設(shè)計方案，同時加以電路的設(shè)計與分析，完成設(shè)計任務(wù)。2.3 設(shè)計中各電路原理的介紹一聲控電路圖及原理1.電路圖: 圖2-1 聲控電路圖2.原理:聲控電路是把聲音轉(zhuǎn)換為電信號,利用放大電路將該電信號放大從而驅(qū)動其他電路工作.3.電路框圖:二光控電路圖及原理 1.電路圖: 圖2-2 光控電路圖2.原理: 當(dāng)有光照射到光敏電阻時，其阻值減小（幾十K左右），

5、使電壓比較器5腳電壓為0V，輸出為低電平；反之光敏電阻沒有光照時，其阻值增大（幾M），使電壓比較器5腳電壓大于6腳電壓，輸出為高電平。 三NE555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器1.NE555的電路圖： 圖2-3 NE555的結(jié)構(gòu)圖及其引腳圖2.NE555的工作過程：當(dāng)2腳，即比較器A2的反相輸入端加進(jìn)電位低于VDD的觸發(fā)信號時，則VT9、VTll導(dǎo)通，給雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的VTl4提供一偏流，使VTl4飽和導(dǎo)通，它的飽和壓降Vces箝制VTl5的基極處于低電平，使VTl5截止，VTl7飽和，從而使 VTl8截止，VTl9導(dǎo)通，VT20完全飽和導(dǎo)通，VT21截止。因此，輸出端3腳輸出高電平。此時，不管6端(閾

6、值電壓)為何種電平，由于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(VTl4-VTl7)中的47k電阻的正反饋?zhàn)饔?VTl5的基極電流是通過該電阻提供的)，3腳輸出高電平狀態(tài)一直保持到6腳出現(xiàn)高于VDD 的電平為止。當(dāng)觸發(fā)信號消失后，即比較器A2反相輸入端2腳的電位高于VDD，則VT9、VTll截止，VTl4因無偏流而截止，此時若6腳無觸發(fā)輸入，則VTl7的Vces飽和壓降通過4.7k電阻維持VTl3截止，使VTl7飽和穩(wěn)態(tài)不變，故輸出端3腳仍維持高電平。同時，VTl8的截止使 VT6也截止。當(dāng)觸發(fā)信號加到6腳時，且電位高于VDD時，則VTl、VT2、VT3皆導(dǎo)通。此時，若2腳無外加觸發(fā)信號使VT9、VTl4截止，則 VT

7、3的集電極電流供給VTl5偏流，使該級飽和導(dǎo)通，導(dǎo)致VTl7截止，進(jìn)而VTl8導(dǎo)通，VTl9、VT2。都截止，VT21飽和導(dǎo)通，故3腳輸出低電平。當(dāng)6腳的觸發(fā)信號消失后，即該腳電位降至低于VDD時，則VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5得不到偏流。此時，若2腳仍無觸發(fā)信號，則 VTl5通過4.7k電阻得到偏流，使VTl5維持飽和導(dǎo)通，VTl7截止的穩(wěn)態(tài)，使3腳輸出端維持在低電平狀態(tài)。同時，VTl8的導(dǎo)通，使放電級 VT6飽和導(dǎo)通。通過上面兩種狀態(tài)的分析，可以發(fā)現(xiàn)：只要2腳的電位低于VDD，即有觸發(fā)信號加入時，必使輸出端3腳為高電平；而當(dāng)6腳的電位高于 VDD時，即有觸發(fā)信號加進(jìn)時，且同時2

8、腳的電位高于VDD時，才能使輸出端3腳有低電平輸出。4腳為復(fù)位端。當(dāng)在該腳加有觸發(fā)信號，即其電位低于導(dǎo)通的飽和壓降0.3V時，VT8導(dǎo)通，其發(fā)射極電位低于lV，因有D3接入，VTl7為截止?fàn)顟B(tài)，VTl8、VT21飽和導(dǎo)通，輸出端3腳為低電平。此時，不管2腳、6腳為何電位，均不能改變這種狀態(tài)。因VT8的發(fā)射極通過D3及VTl7的發(fā)射極到地，故VT8的發(fā)射極電位任何情況下不會比1.4V電壓高。因此，當(dāng)復(fù)位端4腳電位高于1.4V時，VT8處于反偏狀態(tài)而不起作用，也就是說，此時輸出端3腳的電平只取決于2腳、6腳的電位。3.NE555組成的施密特觸發(fā)器：將NE555的2腳與6腳接在一起，就構(gòu)成了施密特觸

9、發(fā)器。4. 施密特觸發(fā)器的電路圖和波形圖： 圖2-4 施密特觸發(fā)器的電路圖及波形圖四LM3581.LM358的引腳圖： 圖2-5 LM358的引腳圖2.LM358的介紹：LM358 內(nèi)部包括有兩個獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使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(yùn)算放大器的場合。五741221.74122的工作原理：（1）穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個穩(wěn)定狀態(tài)，一個暫穩(wěn)態(tài)。（2）在外加脈沖的作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到一個暫穩(wěn)態(tài)。（3）由于

10、電路中RC延時環(huán)節(jié)的作用，該暫態(tài)維持一段時間又回到原來的穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持的時間取決于RC的參數(shù)值。2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)：目前使用的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有不可重復(fù)觸發(fā)型和可重復(fù)觸發(fā)型兩種。不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后，再加入觸發(fā)脈沖不會影響電路的工作過程，必須在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，它才能接受下一個觸發(fā)脈沖而轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)，比如74121、74221、74LS221都是不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。而可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器就不同了，在電路被觸發(fā)而進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后，如果再次加入觸發(fā)脈沖，電路將重新被觸發(fā)，使輸出脈沖再繼續(xù)維持一個Tw寬度，屬于可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有74122、74LS122、

11、74123、74LS123等。本次實(shí)驗(yàn)所用到的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器便是可以重復(fù)使用的74122觸發(fā)器。3.74122的引腳圖：第三章 硬件電路的測試3.1 所需器件及器件的介紹1.實(shí)驗(yàn)儀器：光敏電阻（一個），絕緣實(shí)驗(yàn)臺，5V電壓源，光敏電阻(一個);駐極體話筒(一個);運(yùn)放LM358、74LS122、NE555（各一個）；發(fā)光二極管（一個）；電容（若干）；電阻（若干）；導(dǎo)線（若干）。2.實(shí)驗(yàn)工具：剝線鉗，鑷子，焊錫，數(shù)字萬用表，偏口鉗，電烙鐵。3.器件的介紹： 光敏電阻：光敏電阻器是利用半導(dǎo)體光電導(dǎo)效應(yīng)制成的一種特殊電阻器，對光線十分敏感，它的電阻值能隨著外界光照強(qiáng)弱（明暗）變化而變化。它在無光照射時

12、，呈高阻狀態(tài)；當(dāng)有光照射時，其電阻值迅速減小。電阻色環(huán)：每種顏色代表不同的數(shù)字，如下： 棕1 紅2 橙3 黃4 綠5 藍(lán)6 紫7 灰8 白9 黑0 金、銀表示誤差 各色環(huán)表示意義如下： 第一條色環(huán)：阻值的第一位數(shù)字； 第二條色環(huán)：阻值的第二位數(shù)字； 第三條色環(huán)：10的冪數(shù)； 第四條色環(huán)：誤差表示。 3.2 電路工作原理及原理圖1.工作原理：白天有光照射時，光敏電阻阻值變小，電壓比較器的輸入端5腳電壓小于6腳電壓Vcc2，則輸出低電平并加到施密特觸發(fā)器的復(fù)位端，使輸出端OUT為低電平,122的1、2腳沒有觸發(fā)脈沖，故燈不亮；夜晚沒有燈光，則光敏電阻阻值變大，使5腳的輸入電壓大于6腳的電壓Vcc2

13、，此時輸出高電平，加到施密特觸發(fā)器的復(fù)位端后使復(fù)位端無效，當(dāng)沒有聲音時，第一個變?yōu)殡妷焊S器，輸出為Vcc2，并加到施密特觸發(fā)器的2腳和6腳，則使施密特觸發(fā)器的輸出為高電平，而加到122單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的1腳和2腳為上升沿脈沖，故不觸發(fā)輸出無效燈不亮；當(dāng)有聲音時，變?yōu)閭€12121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121

14、21212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)放大器放大后，加到觸發(fā)器的2腳和6腳，使輸出為低電平，同時送給122單穩(wěn)態(tài)電路一個下降沿，使輸出為低電平，故燈發(fā)光，并且會維持5秒，然后熄滅，再有聲音時又會變亮，從而達(dá)到聲光控制的目的。2.電路原理圖： 圖3-1 聲光控制燈電路原理圖3.3 電路的參數(shù)計算1.電壓放大倍數(shù)2.輸出脈沖寬度tW輸出脈沖寬度就是暫穩(wěn)態(tài)維持時間，根據(jù)輸出端的電路結(jié)構(gòu)和輸入端的電路結(jié)構(gòu)可以求出計算輸出脈沖寬度的公式：Tw0.69Re

15、xtCext通常Rext的取值在230K之間，Cext的取值在10Pf10uF之間，得到的Tw范圍可達(dá)20ns200ms,而在本次實(shí)驗(yàn)中所需要的Tw值為5s，經(jīng)計算后得到的電容值和電阻值分別為47uF、150K，近似等于5s,故符合要求4. 該電路的優(yōu)缺點(diǎn)天黑有人走過樓梯通道時，當(dāng)有腳步聲或其它聲音時，樓道燈會自動點(diǎn)亮，提供照明，當(dāng)人們進(jìn)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(dá)到節(jié)能的目的。聲光控延時開關(guān)不僅適用于住宅區(qū)的樓道，而且也適用于工廠、辦公樓等公共場所，它具有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是電路較復(fù)雜，可以簡化電路，還有就是造價比較昂貴。第四章 總結(jié)與展望通過這學(xué)期對樓道聲光控制燈的設(shè)計，我深刻的理解了“學(xué)以致用”這句話。正所謂“紙上談兵終覺淺，覺知此事要躬行”。學(xué)習(xí)任何知識，僅從理論上去求知，而不去實(shí)踐、探索是不夠的，所以在本學(xué)期在模擬電子剛學(xué)完之際，來一次電子電路課程設(shè)計是很及時、很必要的。這樣不僅能加深我們對電子電路的任職，而且還及時、真正的做到了學(xué)以致用。理論聯(lián)系實(shí)際是很