声控夜灯延时设计完整版

湖南人文科技学院课程设计报告 课程名称: PCB板设计与制作设计题目： 声控延时灯电路设计 系 别： 能源与机电工程系 专 业： 自动化 班 级： 2015级自动化2班 学生姓名: 滕芸 袁一翔 陈征 学 号: 起止日期: 2017年6月12日 2017年6月25日 指导教师: 陈新 伍铁斌 教研室主任： 岳舟 3指导教师评语：指导教师签名： 年 月 日 成绩评定项 目权重成绩滕芸袁一翔陈征1、设计过程中出勤、学习态度等方面0.22、课程设计质量与答辩0.53、设计报告书写及图纸规范程度0.3总 成 绩 教研室审核意见：教研室主任签字： 年 月 日摘 要光控电路有着广泛的应用。比如城市中的路灯或楼道照明等一般都是由人工操作的,如果采用光控电路,根据光线的强弱来自动开启和关闭照明灯,做到无人自动控制,可以减轻工人的劳动强度,有效的节约能源。但光控电路有其缺陷,就是夜晚无光线的时候,照明灯将一直工作着,这样会造成资源的浪费,也会缩短照明灯的寿命。这时若在光控电路的基础上添加一个声控电路,使得照明电路在无光线的时候,只受声音的控制,当有脚步声或其它较强声响的时候,照明电路自动工作。当声音消失的时候,照明灯自动熄灭,这就需要在光控电路和声控电路联合工作的条件下添加一个延时电路,使照明灯点亮后,延时一定时间后自动熄灭。声控灯的制作目的是通过声控灯的制作，提高学习电路知识的兴趣，掌握元器件的测试方法，掌握自己制作印制电路板的方法，锻炼实际动手操作能力。 目前许多声控开关的平均使用寿命不长，主要是因为电路作频繁的开关，启动电流非常大，导致功率元件可控硅由于过载而损坏。本文中采用开关电压过零保护技术，可消除白炽灯开启瞬间的大电流冲击，有效地防止可控硅元件启动时的电流过载，大大地延长了开关的使用寿命，并且可以起到保护灯泡的作用。本次课程设计的任务是楼道声控灯，根据模拟电子和数字电子所学的知识自主设计，在老师的指导下以小组为单位组装实物并调试。如今，人们对声控技术越来越熟悉。用声音代替肢体动作给人们带来了很多的好处和便利。因此，越来越多的声控设备广泛地应用到人们的生活当中。目录1 设计要求11.1 方案111.2 方案211.3 方案比较和选择22 单元电路的设计32.1 声控部分电路设计32.2 光控部分电路设计42.3 信号放大电路设计53 系统软件工作流程分析63.1 系统工作流程63.2 基于单稳态的电路分析74 系统调试和分析85 仪器清单96 心得体会107 致谢12参考文献13附录1 PCB原理图14附录2：仿真设计图15附录3：PCB实物图16声控延时夜灯设计1 设计要求（1）拍手掌能够点亮夜灯。（2）具有一定的延时功能。1.1 方案1（1）模块组成：它是由声强监测电路、声强信号处理电路、延时控制电路、照明灯开关电路和电源电路5部分构成。（2）整个系统利用了声学和电子学的原理即用声音传感器将声音信号转换成电信号从而推动触发器触发使电路导通工作。如图1所示：图1方案1电路组成1.2 方案2（1）模块组成：它是由光控电路、声控电路、信号放大电路、延时电路和照明电路5部分构成。（2）整个系统利用了LM358进行信号放大和电压比较，然后接入与非门给成单稳态电路的NE555提供一个低电平，触发单稳态使其造成延时功能达到设计要求，如图2所示：图2方案2电路组成1.3 方案比较和选择上面的两个方案在原理上都可以完成对声控延时夜灯的设计。但是方案1为考录到隐含条件，白天不能发光的夜灯，实际上和声控楼道灯原理一样，但缺少一个光控的环节。在方案2中，利用非门与LM358进行输入信号的处理给构成单稳态的NE555创造低电平的条件，能很好的达到需求，其电路简单，操作使用方便，大大减轻了设计的工作量。所以选定方案2进行本次课程设计。2 单元电路的设计2.1 声控部分电路设计声控电路由电源部分、谐振放大部分、比较器和触发器组成。电源部分用于提供所需直流电压，谐振放大部分用于将声音信号转换成电信号并进行放大。该部分包括振荡电路，用于排除干扰信号对该灯状态的影响，触发器用于实现状态保持与转换。比较器用于给触发器一个脉冲，当无光时，比较器输出高电平；触发器翻转，给出脉冲，实现声控功能。当有光时，输出低电平，触发器保持。如图3所示：图3 Mic端放大比较部分2.2 光控部分电路设计白天有光时，光敏电阻的阻值小于4.7K，则比较器5脚电压小于6脚电压，此时输出低电平使得NE555触发器复位，连接驻极体话筒的谐振放大器不能工作，则触发器就不能给振荡器一个脉冲，74LS122不能工作，LED灯不亮。当无光时，光敏电阻的阻值可近似看成无限大，就有比较器的5脚电压大于6脚电压，此时输出高电平，触发器无法实现复位功能，放大器开始工作。当给出一个声音信号时，LM358的3脚接收近0.04V的电压,经谐振放大器将其放大100倍后输出。如图4所示：图4 光敏设备放大比较部分配额电阻的具体计算如下：放大倍数计算 （公式1）灯亮时间计算 （公式2）2.3 信号放大电路设计图5为LM358的内部接线图。LM358包含两个放大器。4角和8角为公共的接地端和接电端。分别负责声信号放大和光敏电阻的电路放大。 图5 LM358引脚图LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。内部示意如图6所示： 图6 LM358内部结构3 系统工作流程3.1系统工作流程分析话筒（Mic）将声音信号转换成电信号，转化为电信号后再由某一部件来接收，再用一个放大器来将这个信号放大，放大后再将其电信号送至一个触发器，来控制LED灯的亮度。 在此当中我们还要考虑一下让电路判断一下白天或黑天，也就是用一个光敏电阻来控制话筒的开关，这里要强调一下，也就是在光敏电阻被光挡住的时候，话筒有一个信号都可以驱使LED灯亮；当光敏电阻没有处于黑罩状态下时，无论多大的话筒信号都不会驱动LED灯亮。跟据以上的要求，选用LM358双路放大电路来完成话筒和光敏电阻的信号放大，并选用相对应的电阻来放大信号；NE555时基电路，用于模拟黑罩状态；用非门来提供一个低电平，为后面的单稳态做铺垫；利用NE555组成的单稳态制成延时的功能。3.2 基于单稳态电路NE555原理分析图7 NE555引脚示意图1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.7V）可使555定时器直接复位；5脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；8脚为电源端，可在5V18V范围内使用。555定时器工作时过程分析如下： 5脚经0.01uF电容接地，C1和C2的比较电压为：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。 当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。 当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。 当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。 当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。其真值表如图8所示。图8稳态多谐振荡器74LS122的真值表 4 系统调试和分析4.1安装电路： (1)首先要对整个电路元件的摆放要进行部局，要尽量使元器件之间有足够的空间来部线。 (2)其次要检查各元件是否能正常工作。 (3)最后要在真正连接的之前检查电线是否导通。 (4)最后开始连接线路线。 (5)连完线之后要检查电路连接是否正确。 (6)接电调试。在接电时要注意连接的电压不要太高，以造成元器件的损坏。4.2调试电路 电路板焊接完毕后，用数字万用表测量电源与地线是否被误接在一起，如果没有就可接电源（5V）测试电路功能。起初我们的板子在有光的时候亮，无光的时候不亮，然后我们用数字万用表测量LM358的7脚与地电压，测出其值大于1/2VCC，与理论部符，发现LM358的7脚未与NE555的2脚和6脚连接上。连好以后就实现了电路功能。5 元器件清单 表1 元器件清单仪器名称数量直流稳压电源数字万用表光敏电阻驻极体话筒集成运放LM358集成运放NE555非门74LS000发光LED电容0.01F电容0.1F电容10F电阻4.7K电阻10K电阻1K电阻1M1台1个1个1个2个1个1个1个1个1个2个6个1个1个1个6 心得体会本学期我们的课设题目是楼道声控灯的设计。设计要求（白天有光，就算有声灯也不会亮，夜晚无光灯亮但是在有声的情况下）自己查阅资料，设计出一套方案并制作。主要用到；LM358 ，NE555,74LS000还有驻声筒。我们回去搜索相关资料，查阅有关LM358 ，NE555,74LS000这些器件的功能及其内部结构，根据其功能设计出一个能实现功能的电路，起初几个人很没有思路，而且设计的很不对路，但是一次次失败，就注定了我们会迈向成功，当我们第三次课设时老师给出了准确的电路图，和我们设计的思路是一样的，我们每个人都喜出望外，而且对下一步的实践充满了兴趣。等老师发完要用的工具后，我们开始在电路板上布局，我们每个人都动手去画电路布局图，想要达到既美观又能工作的效果，最后我们将方案在DXP中逐一画出，然后生成PCB板并布线，生成3D效果图，来验证哪个布局好，最后决定了我设计的方案。让后我们饭也不吃，开始动手焊接板子。过程是从刚开始的笨手笨脚到后来的熟练，突然间体会到结果并不是那么重要，重要的是过年过程中我们所收获的，我们收获了团队合作精神，和动手实践的能力。我做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识并且对器件也有了全方位的理解，让我们收获了理论与实际相结合的成果。经过两个星期的课设，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过课设，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到前辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们相互帮助，配合默契，多少欢乐和汗水在这里洒下，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中产生极大成就感； 正所谓“三百六十行，行行出状元”。我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？我们不断的反问自己。也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。社会需要我们，我们也可以为社会而工作。既然如此，那还有什么必要失落呢？于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！7 参考文献1 阮友德，等.电气控制与PLC实训教程M北京：人民邮电出版社,2006.2 鲍祖尚，等.用PLD 设计定时抢答器M.北京：高等教育出版社，2004.3 王振红.数字电路设计与应用实践教程M.北京：机械工业出版社，2003.4 廖常初.PLC基础及应用M.北京：.机械工业出版社，2004.5 康华光.电子技术基础M.北京：高等教育出版社，1980.6 阎石.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2006.7 付家才.EDA工程实践技术M. 北京：化学工业出版社，2005.8 周良权.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2008.8致谢在本次思路设计与修改中指导老师陈新、伍铁斌给了我们很大的帮助，并感谢实验室老师在选用器具时提供的帮助。使我在这次课程设计中懂得了理论与实际相结合的重要性。只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，才能真正为社会服务。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟