課設(shè)腳步聲控照明燈

PAGE2-PAGEPAGE18目錄一、預(yù)備知識 2二、課程設(shè)計題目：腳步聲控制照明燈 錯誤!未定義書簽。三、課程設(shè)計目的及基本要求 4四、設(shè)計內(nèi)容提要及說明 54.1設(shè)計內(nèi)容 錯誤!未定義書簽。4.2設(shè)計說明 錯誤!未定義書簽。五、原理圖及原理 錯誤!未定義書簽。5.1功能模塊電路原理圖 錯誤!未定義書簽。5.2模塊工作原理說明 錯誤!未定義書簽。六、課程設(shè)計中涉及的實(shí)驗(yàn)儀器、材料和工具 錯誤!未定義書簽。七、課程設(shè)計心得體會 6八、參考文獻(xiàn) 12九、附錄 12預(yù)備知識聲控?zé)羰且环N聲控電子照明開關(guān)裝置。它提供一種操作簡便,實(shí)用可靠,控制靈敏的裝置。此外，利用此裝置可以達(dá)到省電的目的，響應(yīng)國家節(jié)能的號召。通過將聲光信號轉(zhuǎn)化為電信號進(jìn)而對電路進(jìn)行控制在此選取部分元器件進(jìn)行介紹：1、二極管：二極管又稱晶體二極管,簡稱二極管(diode);它只往一個方向傳送電流的電子零件。它是一種具有1個零件號接合的2個端子的器件，具有按照外加電壓的方向，使電流流動或不流動的性質(zhì)。晶體二極管為一個由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當(dāng)不存在外加電壓時，由于p-n結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。作用：整流、鉗位、穩(wěn)壓、續(xù)流2、三極管：晶體三極管（以下簡稱三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)形式，但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管；是一種控制元件，主要用來控制電流的大?。蛔饔茫弘娏鞣糯?、電流飽和、電流截至；三極管的識別：1腳：發(fā)射極、2腳：基極、3腳：集電極；3、光敏電阻光敏電阻是一種特殊的電阻，簡稱光電阻，又名光導(dǎo)管。它的電阻和光線的強(qiáng)弱有直接關(guān)系為：光強(qiáng)度增加，則電阻減??；光強(qiáng)度減小，則電阻增大。原理：當(dāng)有光線照射時，電阻內(nèi)原本處于穩(wěn)定狀態(tài)的電子受到激發(fā)，成為自由電子。所以光線越強(qiáng)，產(chǎn)生的自由電子也就越多，電阻就會越小。暗電阻：當(dāng)電阻在完全沒有光線照射的狀態(tài)下（室溫），稱這時的電阻值為暗電阻（當(dāng)電阻值穩(wěn)定不變時，例如1kM歐姆），與暗電阻相對應(yīng)的電流為暗電流。亮電阻：當(dāng)電阻在充足光線照射的狀態(tài)下（室溫），稱這時的電阻值為亮電阻（當(dāng)電阻值穩(wěn)定不變時，例如1歐姆），與亮電阻相對應(yīng)的電流為亮電流。光電流=亮電流-暗電流我們當(dāng)然希望光敏電阻的靈敏度較高，也就是說光電流較大。4、咪頭：是將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的能量轉(zhuǎn)換器件，是和喇叭正好相反的一個器件（電→聲）。咪頭和喇叭是聲音設(shè)備的兩個終端，咪頭是輸入，喇叭是輸出。又名麥克風(fēng)，話筒，傳聲器，咪膽等。判斷咪頭的正負(fù)極：和外殼連通的是負(fù)極，接屏蔽層。5、芯片CD4011：CD4011數(shù)字集成芯片IC選用CMOS數(shù)字集成電路構(gòu)成四個獨(dú)立的與非門電路；通過對不同引腳的連接它可實(shí)現(xiàn)振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)、整形、反相等功能。在本電路中CD4011僅用作反相和整形以及控制門的作用。CD4011引腳圖如下：6、電容因本次設(shè)計多處應(yīng)用到電容，因此在此簡述幾項(xiàng)電容的不同應(yīng)用：耦合：用在耦合電路中的電容稱為耦合電容，在阻容耦合放大器和其他電容耦合電路中大量使用這種電容電路，起隔直流通交流作用。定時：用在定時電路中的電容器稱為定時電容。在需要通過電容充電、放電進(jìn)行時間控制的電路中使用定時電容電路，電容起控制時間常數(shù)大小的作用。濾波（本次設(shè)計未應(yīng)用）：用在濾波電路中的電容器稱為濾波電容，在電源濾波和各種濾波器電路中使用這種電容電路，濾波電容將一定頻段內(nèi)的信號從總信號中去除。課程設(shè)計題目：腳步聲控制照明燈腳步聲控制照明燈，能自動控制白天開關(guān)燈、夜晚亮燈、人走燈滅。它具有靈敏、低耗、性能穩(wěn)定、使用壽命長、節(jié)能明顯等特點(diǎn)。可用于樓梯、廁所等公共場所照明燈的自動管理。功能目標(biāo)：（a）開關(guān)式控制：擊掌一次燈亮（b）延時式控制：一次擊掌后燈亮，延時10秒后自動熄滅。課程設(shè)計目的及基本要求1．電子技術(shù)課程設(shè)計是機(jī)電系電類專業(yè)學(xué)生一個重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，主要讓學(xué)生通過自己設(shè)計并制作一個實(shí)用電子產(chǎn)品，鞏固加深并運(yùn)用在“模擬電子技術(shù)”、“數(shù)字電子技術(shù)”課程中所學(xué)的理論知識；2．經(jīng)過查尋資料、選擇方案、設(shè)計電路、撰寫報告、問題答辯等，加強(qiáng)在電子技術(shù)方面解決實(shí)際問題的能力，基本掌握常用模擬電子和數(shù)字電子線路的一般設(shè)計方法、設(shè)計步驟以及相關(guān)軟件的應(yīng)用如protel、proteuse等，提高模擬電子和數(shù)字電子線路的設(shè)計、制作、調(diào)試和測試能力；3．課程設(shè)計是為理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生動手能力，提高和培養(yǎng)創(chuàng)新能力，通過熟悉并學(xué)會選用電子元器件，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計、畢業(yè)后從事生產(chǎn)和科研工作打下基礎(chǔ)。設(shè)計內(nèi)容提要及說明4.1設(shè)計內(nèi)容提要：針對要求（1）簡介：白天光線強(qiáng)，開關(guān)中的光控電路工作，將電路切斷；聲控是用人走動時，腳步發(fā)出的聲音控制電路，將電路接通。兩個部分的控制相當(dāng)于兩個開關(guān)串聯(lián)。從數(shù)字電路來講，就是假定：對于光，1為暗，0為亮；對于聲音，1為有，0為無。則兩者關(guān)系用真值表表示如下：聲音光亮燈00（有光）001（無光）0100111滿足這兩個條件，電路接通，燈亮。因此為了實(shí)現(xiàn)這樣的要求電路設(shè)計的第一步就是將聲光信號轉(zhuǎn)化為電信號，進(jìn)而通過邏輯電路實(shí)現(xiàn)上述的邏輯輸入與輸出。（如何實(shí)現(xiàn)由下文講解）針對要求（2）：燈泡持續(xù)亮10秒后熄滅。因聲音信號是瞬時信號，所以為了達(dá)到10秒的延時需要在上述的邏輯輸出后加上延時電路以電容的充放電過程維持高電平1的輸出。4.2設(shè)計說明：（1）、聲光雙控延時開光不僅適用于住宅區(qū)的樓道，而且也適用于工廠、辦公室、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(diǎn)，而且降低能耗，節(jié)約能源，注重環(huán)保是當(dāng)今世界的主潮流。此外，它在一定的場所使用還可起防盜作用。它是公共場所照明開關(guān)的理想選擇。（2）、設(shè)計合理的控制電路控制燈泡：設(shè)計一個靈敏度較高的聲光控制開關(guān)，行人只要發(fā)出聲音就能將電路觸發(fā)，電路僅使用一只咪頭、一個光敏電阻器以及若干電阻、電容和二極管三極管配合就能將電路觸發(fā)，使其導(dǎo)通，將電燈打開。它不需要發(fā)送關(guān)閉信號，由電路自身的延時電路將燈關(guān)閉。當(dāng)燈被打開后，延時電路延時約10s后將燈自動關(guān)閉。該電路還具有自動光控作用，在白天由光敏電阻器控制著電路。即使受到聲音信號的觸發(fā)，開關(guān)也不會打開。原理圖及原理說明5.1整體原理圖（詳圖見附錄）：為使電路達(dá)到所需的自控模式，首先能實(shí)現(xiàn)對外界信息的接受與處理，并對所接受的信息實(shí)施邏輯處理后實(shí)現(xiàn)所需的邏輯目標(biāo)，進(jìn)而對終端設(shè)備進(jìn)行自動控制。因此該電路共分三大功能模塊部分：（1）信號的接受與轉(zhuǎn)換模塊（2）邏輯處理與波形整理模塊（包含邏輯電路，延時電路，穩(wěn)壓電路）（3）控制終端模塊5.2工作原理：第一模塊：信號的接受與轉(zhuǎn)換（包含AD轉(zhuǎn)換）（1）聲電信號的轉(zhuǎn)換及處理：1、聲電信號的轉(zhuǎn)換（原理圖如下）：由咪頭的工作原理可知，當(dāng)有聲波振蕩時咪頭會產(chǎn)生一個類似正弦波動的脈沖經(jīng)過與R1、C1組成的耦合電路會在電容C1右端產(chǎn)生同樣的脈沖波動，但此時的脈沖波動值十分微小無法達(dá)到控制后續(xù)電路的電平需求。因此需要對其進(jìn)行放大處理。2、信號的放大處理（原理圖如下）：三級管的放大原理在此不做詳解，本次只簡要闡述對三極管放大特性的應(yīng)用。對其放大特性的應(yīng)用及對靜態(tài)工作點(diǎn)的應(yīng)用。靜態(tài)工作點(diǎn)：三極管靜態(tài)工作點(diǎn)就是交流輸入信號為零時，電路處于直流工作狀態(tài)，這些電流、電壓的數(shù)值可用BJT特性曲線上一個確定的點(diǎn)表示，該點(diǎn)習(xí)慣上稱為靜態(tài)工作點(diǎn)Q置靜態(tài)工作點(diǎn)的目的就是要保證在被放大的交流信號加入電路時，不論是正半周還是負(fù)半周都能滿足發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置的三極管放大狀態(tài)。靜態(tài)工作點(diǎn)的確定是根據(jù)：VRB為偏置電阻及R2（注：在后續(xù)的實(shí)物焊接中因?qū)嶋H問題而選用若干電阻和一滑動變阻器串聯(lián)代替R2），調(diào)整合適的R23、對信號的AD轉(zhuǎn)換（原理圖如下）：在對信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換中我們應(yīng)用了三極管的另一功能：開關(guān)功能利用開關(guān)功能實(shí)現(xiàn)的AD轉(zhuǎn)換原理：因?yàn)槭艿诫娮鑂4的限制（R4是固定值，那么最大電流為U/R4，其中U為電源電壓），集電極電流是不能無限增加下去的。當(dāng)基極電流的增大，不能使集電極電流繼續(xù)增大時，三極管就進(jìn)入了飽和狀態(tài)。一般判斷三極管是否飽和的準(zhǔn)則是：Ib*β〉Ic。進(jìn)入飽和狀態(tài)之后，三極管的集電極跟發(fā)射極之間的電壓將很小，可以理解為一個開關(guān)閉合了。這樣我們就可以拿三極管來當(dāng)作開關(guān)使用：當(dāng)基極電流為0時（及十分微?。龢O管集電極電流為0（這叫做三極管截止），相當(dāng)于開關(guān)斷開，此時R4下端的輸出電壓為高電壓及1；當(dāng)基極電流很大，以至于三極管飽和時，相當(dāng)于開關(guān)閉合，此時R4（2）光電信號的轉(zhuǎn)換與AD處理（原理圖如下）：前文已介紹了光敏電阻的特性：有光時阻值十分微小近似于0，無光時電阻很大，本次實(shí)驗(yàn)選用的光敏電阻最大阻值為10K。利用光敏電阻的此特性設(shè)計如上電路，利用R6、R7阻值的特定配比使R6、R7第二模塊：對輸入信號的邏輯處理（1）邏輯電路(原理圖如下)由前文提到的輸入與輸出的關(guān)系C(聲音)B(光亮)A(燈)00（有光）001（無光）0100111可知：A=B·C。因所提供材料中只有與非門，所以在此將一個與非門的兩個輸入端連接在一起構(gòu)成一個非門，加在第一個與非門之后，則輸出4與輸入1、2的關(guān)系即為所需邏輯關(guān)系。（2）延時電路（原理圖如下）因設(shè)計需要無聲后十秒燈暗，而前文提到咪頭所提供的輸入信號近似于一沖擊脈沖，為一瞬時信號，所以為實(shí)現(xiàn)設(shè)計要求的第二點(diǎn)需增加一延時電路。本次設(shè)計對延時電路的設(shè)計選擇了最為普通的RC延時電路，R及電阻，C及電容。RC延時電路主要利用了電容的定時原理，再次重述：通過電容充電、放電進(jìn)行時間控制的電路中使用定時電容電路，電容起控制時間常數(shù)大小的作用。圖中二極管D1的作用是在左側(cè)輸入端回到接地狀態(tài)后，當(dāng)電容開始放電時禁止電流從此流過直接導(dǎo)入地下，及鉗位功能。（3）穩(wěn)壓電路（原理圖如下）因RC組成的延時電路在電壓輸出時波形逐漸下降，并非穩(wěn)定輸出。因此增加兩個由與非門構(gòu)成的非門使輸出電壓穩(wěn)定。在此簡要闡述COMES構(gòu)成的與非門內(nèi)部原理（原理圖如下）：由CMOS的特性以及上述原理圖可知，盡管輸出狀態(tài)Y由輸入A、B值決定，但輸出狀態(tài)值并不隨輸入變化而變化，因此實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定電壓的功能。第三模塊：終端控制（原理圖如下）該處再次應(yīng)用三極管的開關(guān)原理，當(dāng)左端輸入剛電壓時三極管導(dǎo)通，電流從D2流過，燈亮；反之，當(dāng)左端輸入低電壓后，三極管截止，電路斷開燈暗。至此，原理圖原理分析完結(jié)。課程設(shè)計中涉及的實(shí)驗(yàn)儀器、材料和工具1：材料（電子器件）：1電阻22M個02電阻4.7M個53電阻22K個14電阻1K個25電阻470個36滑動變阻器10K個17滑動變阻器500K個18光敏電阻個19104瓷片個110電容10uf個111三極管9013個3123mm紅led個113二極管1N4148個114咪頭Mic個115Cd4011個116插針個217萬用板9*12塊12：制作工具電烙鐵、烙鐵架、鑷子、吸錫器、斜口鉗、松香、錫絲、萬用表、等其他工具。3：輔助軟件PROTEL、PROTEUS課程設(shè)計心得體會在本次課設(shè)中，因最初的課設(shè)詳情沒有掌握清楚，固在任務(wù)安排上出現(xiàn)一些混亂。當(dāng)然這是題外話，但也讓我們認(rèn)識到理清任務(wù)要去的重要性。在接到課設(shè)任務(wù)后經(jīng)初步討論我們四人實(shí)施了分工，本人負(fù)責(zé)論文的撰寫，因?yàn)檫@屬于實(shí)物理論介紹型文章，因此我需要對該課設(shè)的設(shè)計原理、模擬仿真、實(shí)物制作等有全面了解。在這個過程中遇到了這樣一些問題：一、從搜集資料開始，因目標(biāo)不明確所以找了很多東西，有用的卻沒幾個。二、原理圖構(gòu)建完成后，在準(zhǔn)備焊接實(shí)物時因PCB的制作不太貼切實(shí)際，所以器件的擺放與線路的布設(shè)只能重新安排，在這個過程中花費(fèi)了挺多時間，也損耗了額外的器材。三、制作時發(fā)現(xiàn)材料準(zhǔn)備不充足，及在構(gòu)建對聲音轉(zhuǎn)化的脈沖放大電路時，為設(shè)定三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)而需要的22M電阻沒