聲控走廊燈開關(guān)的設(shè)計(jì)

模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目：聲控走廊燈開關(guān)的設(shè)計(jì) 院系：工學(xué)院電氣與電子工程系 專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 二〇一五年十二月PAGEPAGE1模電課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、基本情況學(xué)時(shí)：30學(xué)時(shí)學(xué)分：1學(xué)分課程設(shè)計(jì)代碼：07120102適應(yīng)班級(jí)：14電氣工程、自動(dòng)化二、進(jìn)度安排本設(shè)計(jì)共安排1周，合計(jì)30學(xué)時(shí)，具體分配如下：實(shí)習(xí)動(dòng)員及準(zhǔn)備工作：2學(xué)時(shí) 總體方案設(shè)計(jì)：4學(xué)時(shí)查閱資料，討論設(shè)計(jì)：14學(xué)時(shí)撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告：8學(xué)時(shí)總結(jié)：2學(xué)時(shí)教師輔導(dǎo)：隨時(shí)三、基本要求1、課程設(shè)計(jì)的基本要求模電課程設(shè)計(jì)是在學(xué)習(xí)完模擬電子技術(shù)課程之后，按照課程教學(xué)要求，對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合性訓(xùn)練的一個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。主要是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)的能力，分析問題和解決問題的能力，以及根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力。初步掌握模擬電子線路的安裝、布線、焊接、調(diào)試等基本技能；熟練掌握電子電路基本元器件的使用方法，訓(xùn)練、提高讀圖能力；掌握組裝調(diào)試方法。其中理論設(shè)計(jì)包括總體方案選擇，具體電路設(shè)計(jì)，選擇元器件及計(jì)算參數(shù)等，課程設(shè)計(jì)的最后要求是寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告，把設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行全面的總結(jié)，若有實(shí)踐條件，把實(shí)踐內(nèi)容上升到理論高度。2、課程設(shè)計(jì)的教學(xué)要求模電課程設(shè)計(jì)的教學(xué)采用相對(duì)集中的方式進(jìn)行，以班為單位全班學(xué)生集中到設(shè)計(jì)室進(jìn)行。做到實(shí)訓(xùn)教學(xué)課堂化，嚴(yán)格考勤制度，在實(shí)訓(xùn)期間累計(jì)曠課達(dá)到6節(jié)以上，或者遲到、早退累計(jì)達(dá)到8次以上的學(xué)生，該課程考核按不及格處理。在實(shí)訓(xùn)期間需要外出查找資料，必須在指定的時(shí)間內(nèi)方可外出。課程設(shè)計(jì)的任務(wù)相對(duì)分散，每3名學(xué)生組成一個(gè)小組，完成一個(gè)課題的設(shè)計(jì)。小組成員既有分工、又要協(xié)作，同一小組的成員之間可以相互探討、協(xié)商，可以互相借鑒或參考別人的設(shè)計(jì)方法和經(jīng)驗(yàn)。但每個(gè)學(xué)生必須單獨(dú)完成設(shè)計(jì)任務(wù)，要有完整的設(shè)計(jì)資料，獨(dú)立撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告，設(shè)計(jì)報(bào)告雷同率超過50%的課程設(shè)計(jì)考核按不及格處理。四、設(shè)計(jì)題目及控制要求聲控走廊燈開關(guān)要求：（1）辦公樓或居民樓應(yīng)用的聲控開關(guān)；（2）白天光線充足時(shí)，燈不亮；（3）晚上光線暗，如無人聲，燈不亮；若有人聲，則亮。五、設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)完成后，必須撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。設(shè)計(jì)報(bào)告必須獨(dú)立完成，格式符合要求，文字（不含圖形、程序）不少于2000字，圖形繪制規(guī)范。設(shè)計(jì)報(bào)告的格式如下：1、封面2、內(nèi)容提要3、目錄4、正文(1)所作題目的意義、本人所做的工作及系統(tǒng)的主要功能；(2)方案選擇及論證；(2)設(shè)計(jì)步驟及原理圖；(3)元器件的選擇；(4)設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)問題的解決方法；5、心得體會(huì)6、參考文獻(xiàn)六、考核方法模電課程設(shè)計(jì)的考核方式為考查，考核結(jié)果為優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五等，分?jǐn)?shù)在90-100之間為優(yōu)秀，80-89分之間為良好，70-79分之間為中等，60-69分之間為及格，60分以下為不及格?？己朔秩齻€(gè)方面進(jìn)行：平時(shí)考勤：30%實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)成果質(zhì)量：40%課程設(shè)計(jì)報(bào)告：30%有下列情形之一者，課程設(shè)計(jì)考核按不及格處理：1、設(shè)計(jì)期間累計(jì)遲到、早退達(dá)8次；2、設(shè)計(jì)期間累計(jì)曠課達(dá)6節(jié)；3、設(shè)計(jì)報(bào)告雷同率超過50%或無設(shè)計(jì)報(bào)告；4、不能完成設(shè)計(jì)任務(wù)，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求； 11-摘要 聲控?zé)羰且环N聲控電子照明裝置，由音頻放大器、選頻電路、延時(shí)開啟電路和可控硅電路組成。它提供了一種操作簡便、靈活、抗干擾能力強(qiáng)，控制靈敏的聲控?zé)?，即可方便及時(shí)地打開和關(guān)閉聲控照明裝置，并有防誤觸發(fā)而具有的自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉功能，并沒有手動(dòng)開關(guān)，使其應(yīng)用更加方便。為了社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，因此，設(shè)計(jì)研制一種電路新穎、安全節(jié)電、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便的聲控走廊燈節(jié)能自動(dòng)開關(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。關(guān)鍵詞：光敏電阻二極管三極管目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第1章緒論 -3-1.1課題背景 -3-1.2聲控?zé)舻暮喗?-3-第2章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) -4-2.1設(shè)計(jì)思路 -4-2.2設(shè)計(jì)要求 -4-2.3系統(tǒng)框圖 -4-2.4系統(tǒng)框圖分析 -5-第3章各單元電路設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算 -6-3.1傳感電路 -6-3.2放大電路 -6-3.3T觸發(fā)器 -6-3.4單穩(wěn)定性電路 -7-3.5驅(qū)動(dòng)顯示電路 -8-第4章電路的調(diào)試 -10-4.1調(diào)試方法 -10-4.2調(diào)試數(shù)據(jù) -10-4.3焊接調(diào)試過程 -10-總結(jié) -12-參考文獻(xiàn) -12-

第1章緒論1.1課題背景如今，光電產(chǎn)業(yè)的結(jié)合已經(jīng)是未來光機(jī)電一體化趨勢(shì)的代表。這一結(jié)合最與我們息息相關(guān)的就是光控走廊燈的使用。我們經(jīng)常可以看到，每天傍晚，當(dāng)天色較暗，走廊燈燈便自動(dòng)點(diǎn)亮；每到清晨，當(dāng)太陽照亮整個(gè)走廊時(shí)，走廊燈就自動(dòng)熄滅。其實(shí)，實(shí)現(xiàn)這些功能的并不是哪位辛勤的街道管理者，而是光電器件的杰作。其中，其主要作用的，就是光敏電阻的使用。本文所要做的，便是用軟件模擬整個(gè)光控路燈的實(shí)現(xiàn)過程，仿真成功后制作真實(shí)電路[1]。單片機(jī)電路仿真工具能夠?qū)崿F(xiàn)繪制電路原理圖并提供連續(xù)性的仿真信息。這樣可以極大地縮短系統(tǒng)開發(fā)的時(shí)間和成本。1.2聲控?zé)舻暮喗橥ㄟ^聲音和光的強(qiáng)弱來控制燈的亮暗變化。在光線充足時(shí)，發(fā)出多大的聲音聲控?zé)舳疾涣?在光線不足時(shí)，只要聲音達(dá)到一定程度它就發(fā)出了亮光。這是由于聲控?zé)羰窍韧ㄟ^光的強(qiáng)弱進(jìn)行控制，當(dāng)光的強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)就通過聲音來控制。其原理是利用了聲學(xué),光學(xué)和電子學(xué)的原理即用聲音傳感器將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)從而推動(dòng)觸發(fā)器觸發(fā)使電路導(dǎo)通工作[2]。其中用到了光敏電阻，555定時(shí)器，二極管，三極管，麥克風(fēng)等元器件所組成的放大電路，延時(shí)電路從而達(dá)到了對(duì)燈亮滅控制的目的。第2章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)思路聲控走廊燈是把聲音信號(hào)（如腳步聲）通過傳感器轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，用電信號(hào)來驅(qū)動(dòng)電燈泡。聲控走廊燈具有的特點(diǎn)：(1)．穩(wěn)定性好，及時(shí)的為人們提供照明。(2)．作用時(shí)間合理，人進(jìn)樓道口時(shí)亮，人盡可能離開時(shí)熄滅，不要人在中途時(shí)就熄滅。(3)．節(jié)能性好，聲控走廊燈需很少的電就能工作很長時(shí)間。2.2設(shè)計(jì)要求聲控走廊燈的設(shè)計(jì)要求：（1）開關(guān)式控制：擊掌一次燈亮，再擊掌一次燈滅。（2）延時(shí)式控制：一次擊掌后燈亮，延時(shí)3秒后自動(dòng)熄滅。聲控走廊燈的設(shè)計(jì)原理：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，首先要將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，這需要傳感器電路，由于傳感器電路輸出的電信號(hào)比較微弱，所以我們需要放大電路，經(jīng)放大后的電信號(hào)要實(shí)現(xiàn)開關(guān)式控制和延時(shí)式控制兩種控制方法，開關(guān)式控制中要求擊掌一次燈亮，擊掌一次燈滅，如果將擊掌信號(hào)視為觸發(fā)脈沖，這上述現(xiàn)象恰好與T觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)功能相一致，到另一端所以我們選用T觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)開關(guān)失控制；延時(shí)式控制要求擊掌一次后燈亮10秒鐘自動(dòng)熄滅，如果我們將上述擊掌信號(hào)視為觸發(fā)信號(hào)，將此觸發(fā)信號(hào)加到一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器上恰好可以滿足上述要求，所以我們?cè)诜糯箅娐泛竺嬗靡粋€(gè)雙路開關(guān)實(shí)現(xiàn)上述兩種控制方式，開關(guān)撥到一端實(shí)現(xiàn)開關(guān)式控制，開關(guān)撥到另一端實(shí)現(xiàn)延時(shí)式控制，經(jīng)過T觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)[3]，驅(qū)動(dòng)能力略顯不足，所以我們考慮增加一級(jí)驅(qū)動(dòng)放大電路，然后再輸出給電燈控制電路。2.3系統(tǒng)框圖 圖2.1電路原理框圖2.4系統(tǒng)框圖分析（1）.傳感器是將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，我們常用的是話筒。市場(chǎng)上話筒的種類很多，我們選用的是駐極體話筒，駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價(jià)格低的特點(diǎn)，廣泛用于盒式錄音機(jī)、無線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。（2）.放大電路是將信號(hào)放大，由于這里對(duì)放大的信號(hào)沒什么特殊的要求，所以我們采用LM324即可。（3）.T觸發(fā)器，由于廠家一般只生產(chǎn)JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器，所以T觸發(fā)器需要用D觸發(fā)器改裝得到。（4）.單穩(wěn)態(tài)電路，單穩(wěn)態(tài)電路可以用分離元件自己搭，可以用555定時(shí)器構(gòu)成。我們這里仍用D觸發(fā)器，因?yàn)橐黄珻D4013有兩個(gè)D觸發(fā)器，做T只需一個(gè)D觸發(fā)器，還有一個(gè)不能浪費(fèi)，要充分利用資源，這樣才會(huì)節(jié)省成本。（5）.驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路我們采用常規(guī)的三極管驅(qū)動(dòng)。因?yàn)檫@里的信號(hào)功率不大，所以我們采用9013.9013是NPN型的小功率三極管[4]，在此電路中已滿足條件。第3章各單元電路設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算3.1傳感電路 本課題將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器選用駐極體話筒，駐極體話筒的電路如圖所示，通過查找駐極體話筒的工作原理，可知輸出電阻極高，考慮到電路的匹配，要求后級(jí)的放大電路有高輸入阻抗與之匹配圖中的100千歐電阻是為電容提供一個(gè)放電通路。 圖3.2駐極體話筒電路 圖3.3相同比例放大電路3.2放大電路選用LM324放大電路如圖3.3所示，。由于駐極體話筒輸入阻抗高，我們選用高輸入阻抗的同相比例放大電路，反相比例放大電路的輸入阻抗較低。還有后續(xù)連接的是數(shù)字電路，如果后級(jí)選用TTL電路，要求本級(jí)輸出的電壓信號(hào)幅度大于2V，如果后級(jí)選用CMOS電路，要求本級(jí)輸出的電壓信號(hào)幅度大于3.5V如圖3.3所示，設(shè)經(jīng)駐極體話筒轉(zhuǎn)換的電信號(hào)UA=20mV，經(jīng)放大后的電壓如果選用CMOS電路，則要求放大后輸出電壓UB>3V，這個(gè)放大后的輸出電壓也不要過高，以免過于靈敏。這樣有下式：AU=1+Rf/R3=UB/UA>3/0.02=150取Au=200這樣Rf=200R3.而在同相比例放大電路中，R3的取值范圍為1千歐到幾千歐，Rf的取值范圍幾十千歐到幾百千歐，最大可為幾兆。3.3T觸發(fā)器采用CMOS電路實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)門TL電路的功耗大，且要求電源5V穩(wěn)定，而采用CMOS電路3~18V的電源均可且省電，所以選用CD4013實(shí)現(xiàn)觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)電路[5]。CD4013的引腳圖如圖3.4所示。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將擊掌信號(hào)即為觸發(fā)信號(hào)，利用CD4013中的一個(gè)D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)觸發(fā)器的電路圖如圖3.5示圖3.4CD404013的引腳圖 圖3.5觸發(fā)器與單穩(wěn)態(tài)電路3.4單穩(wěn)定性電路選用CD4013加外圍電路實(shí)現(xiàn)，如圖3.5單穩(wěn)態(tài)電路所示，這里運(yùn)用三要素法對(duì)電路中的R,C進(jìn)行計(jì)算。CMOS電路的閾值電壓Ut=0.5Vcc。當(dāng)有擊掌信號(hào)即觸發(fā)脈沖到來時(shí)，Q置1對(duì)C開始充電，當(dāng)充電電壓到達(dá)閾置電平時(shí)UT時(shí)復(fù)位信號(hào)R有效，Q復(fù)位，單穩(wěn)態(tài)過程結(jié)束。f(t)=f(∞)+[f(0+)-f(∞)]e-t/T上式中f(∞)=Vcc,f(0+)=0,以t=5～10s為例進(jìn)行計(jì)算，代入上式得：1/2Vcc=Vcc+[0-Vcc]e-5/T得t=7.14～14.2由于T=RC，取C=220微發(fā)，R=51千歐。在圖3.1的電路原理框圖中，開關(guān)放在數(shù)字電路，但考慮到上述T觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)電路之間不能直接線與，所以將上述開關(guān)修正到數(shù)字電路后。3.5驅(qū)動(dòng)顯示電路選用三極管電流放大電路，采用發(fā)光二極管模擬燈的顯示，如圖3.6所示。下面對(duì)基極電阻Rb和集電極電阻Rc的選取進(jìn)行計(jì)算。 圖3.6驅(qū)動(dòng)顯示電路圖3.7總電路圖第4章電路的調(diào)試4.1調(diào)試方法首先對(duì)各單元電路進(jìn)行調(diào)試，駐極體話筒接受聲音信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，但電信號(hào)比較微弱不能進(jìn)行有效的測(cè)量，微弱的電信號(hào)經(jīng)放大電路放大后的信號(hào)我們可以測(cè)量其電壓的大小，看放大后的電壓能否達(dá)到所要求的，如果沒有，可以調(diào)節(jié)放大電路的反饋電阻增大其放大倍數(shù)[6]。再測(cè)試T的輸出端Q經(jīng)一次擊掌后有沒有達(dá)到高電平，二次擊掌后是否為低電平。最后再測(cè)試單穩(wěn)態(tài)電路的輸出端看是否得到所需的波形。等單元電路測(cè)試都成功后，再把整個(gè)電路都連接好，看燈的亮滅情況。4.2調(diào)試數(shù)據(jù)擊掌的次數(shù)燈亮情況擊掌一次燈亮擊掌兩次燈滅擊掌的次數(shù)燈亮情況延遲多長時(shí)間后燈滅擊掌一次燈亮3.0s擊掌兩次燈亮2.9s擊掌三次燈亮3.0s4.3焊接調(diào)試過程（1）.焊接前清點(diǎn)各元器件清單，檢查是否有缺損現(xiàn)象。（2）.通過書刊、網(wǎng)絡(luò)查找元器件的管腳等信息，為實(shí)際焊接做好必要的準(zhǔn)備。（3）.按照電路圖進(jìn)行實(shí)物焊接。（4）.調(diào)試過程：接通5V電源，將撥動(dòng)開關(guān)撥向左端（里端），理論上將實(shí)現(xiàn)開關(guān)式控制，即擊掌一次燈亮，再擊掌一次燈滅。將撥動(dòng)開關(guān)撥向右端（外端），理論上將實(shí)現(xiàn)延時(shí)式控制，一次擊掌后燈亮，3秒后自動(dòng)熄滅。在實(shí)際檢驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)，沒有預(yù)期效果的出現(xiàn)，通過萬用表檢測(cè)發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管兩端電壓小于5V，所以初步猜測(cè)：電路某處開路。進(jìn)一步調(diào)試，二極管出有虛焊現(xiàn)象。