声光控延时开关电路设计

光电信息技术课程设计设计题目声光控延时开关电路设计学生姓名摘要声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。胜光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适合广大电子爱者自制。本设计介绍了声光控开关的组成、适用范围及工作原理。给出电路原理图及元件参数选择。节电效果十分明显，同时也大大减少了维修量、节约了资金。白天光线好（即光敏电阻阻值较大，电路处于断开状态），不管发出多大声音，都不会使日光灯发亮。夜晚光线暗，光敏电阻导通，电路的驻极体话筒只要检测到有声响，就会自动点亮，过数十秒后又自动熄灭，该电路结构简单，成本低，安全省电。关键词声光控开关、CD4011、光敏电阻、驻极体话筒目录第一章背景及意义411研究背景412研究意义4第二章系统总体方案设计421系统总体电路图422电路设计分析523局部电路功能分析5第三章主要元件功能介绍631CD40116311CD4011引脚图及引脚介绍6312CD4011内部结构732可控硅733光敏电阻834驻极体话筒9第四章安装与调试941安装制作942调试1043总电路图1044实物图第五章总结11参考文献12附件元件清单12第一章背景与意义11研究背景随着电子技术的发展，尤其是数字技术的发展，用数字电路技术实现灯的自动发亮、节能节电、延长灯的寿命变得越来越重要。声光控电路已成为人们日常生活中的必需品，它不需要开关，当有人经过时会自动点亮；它被广泛应用于各种公共场所，给人们的生活、带来了极大的方便。声光控开关是声音和光控制电路工作的电子开关。它将声音（如击掌声）和光转化为电信号，经放大、整形，输出一个开关信号去控制各种电器的工作，在自动控制工业电器和家用电器方面有着广泛的用途。12研究意义用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几十秒后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适合于各种楼房走廊的照明设备。二、系统总体方案设计21系统总体电路图22电路设计分析声光控延时开关的电路原理图上图所示。电路中的主要元器件是使用了数字集成电路CD4011，其内部含有4个独立的与非门VD1VD4，使电路结构简单，工作可靠性高。声光控延时开关就是用声音来控制开关的“开启“，若干分钟后延时开关“自动关闭“。因此，整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的开动作。明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元，由此可画出如下所示的方框图。23局部电路功能分析声音信号脚步声、掌声等由驻极体话筒BM接收并转换成电信号，经C1耦合到VT的基极进行电压放大，放大的信号送到与非门VD1的2脚，R4、R7是VT偏置电阻，C2是电源滤波电容。为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻RG等元件组成光控电路，R5和RG组成串联分压电路，夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，RG两端的电压高，改变R8或C3的值，可改变延时时间，满足不同目的。VD3和VD4构成两级整形电路，将方波信号进行整形。当C3充电到一定电平时，信号经与非门VD3、VD4后输出为高电平，使单向可控硅导通，电子开关闭合；C3充满电后只向R8放电，当放电到一定电平时，经与非门VD3、VD4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关断开，完成一次完整的电子开关由开到关的过程。二极管VD1VD4将交流220V进行桥式整流，变成脉动直流电，又经R1降压，C2滤波后即为电路的直流电源，为BM、VT、IC等供电。第三章主要元件功能介绍31CD4011CD4011内部由四2输入端与非门单元电路构成，采用N和P沟道增强型MOS晶体管提供的对称电路，具有很高的抗干扰度。311CD4011引脚图及引脚介绍1A数据输入端2A数据输入端3A数据输入端4A数据输入端1B数据输入端2B数据输入3B数据输入端4B数据输入端VDD电源正VSS地1Y数据输出端2Y数据输出端3Y数据输出端4Y数据输出端312CD4011内部结构CD4011内部由4个2输入端与非门单元电路构成，采用N和P沟道增强型MOS晶体管提供的对称电路，具有很高的抗干扰度。32可控硅可控硅是可控硅整流器的简称。它是由三个PN结四层结构硅芯片和三个电极组成的半导体器件。可控硅的三个电极分别为阳极A、阴极K和控制极G。当器件的阳极接负电位相对阴极而言时，从符号图上可以看出PN结处于反向，具有类似二极管的反向特性。当器件的阳极加正电位时若控制极不接任何电压，在一定的电压范围内，器件仍处于阻抗很高的关闭状态。但当正电压大于某个电压称为转折电压时，器件迅速转变到低阻通导状态。加在可控硅阳极和阴极间的电压低于转折电压时，器件处于关闭状态。此时如果在控制极上加有适当大小的正电压对阴极，则可控硅可迅速被激发而变为导通状态。可控硅一旦导通，控制极便失去其控制作用。就是说，导通后撤去栅极电压可控硅仍导通，只有使器件中的电流减到低于某个数值或阴极与阳极之间电压减小到零或负值时，器件才可恢复到关闭状态。其结构图如下33光敏电阻光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。其结构图如下34驻极体话筒驻极体话筒简称ECM，通称MIC（MICROPHONE），是一种常用的能将声音信号转换成电信号的声电转换器件。它的突出特点是体积小、重量轻、结构简单、使用方便、寿命长、频响宽、灵敏度高，且价格也比较低廉。因而被广泛应用于盒式录音机、无线话筒及声控开关等电子电路中。驻极体话筒的核心器件是驻极体振动膜。它实际上是一种经永久性极化处理的电介质。其制作原理是，将一片极薄的塑料膜片的一面蒸发上一层纯金薄膜，然后将其置于高压电场之下驻极，使两面分别驻有能长期保持的异性电荷。膜片的蒸金一面向外，与金属外壳相连通，膜片的另一面与金属极板之间用很薄的绝缘衬圈隔离开。这样，蒸金膜与金属极板之间便形成了一个电容。当驻极体膜片受到声波作用而振动时，就引起电容两端的电场发生变化，从而产生随声波变化的交变电压信号。其结构及常见图如下第四章安装与调试41安装制作准备好全套元件后，用万用表粗略地因出厂前已测量过测量一下各元件的质量，做到心中有数。焊接时注意先焊接无极性的阻容元件，电阻采用卧装，电容采用直立装，紧贴电路板，焊接有极性的元件如电解电容、话筒、整流二极管、三极管、单向可控硅等元件时千万不要装反，注意极性的正确，否则电路不能正常工作甚至烧毁元器件。42调试调试前，先将焊好的电路板对照印刷电路图认真核对一遍，不要有错焊、漏焊、短路、元件相碰等现象发生。通电后，人体不允许接触电路板的任一部分，防止触电，注意安全。如用万用表检测时，只用将万用表两表笔接触电路板相应处即可。本电路调试时请先将光敏电阻的光挡住，将AB分别接在电灯的开关位上，用手轻拍驻极体，这时灯应亮，若用光照射光敏电阻，再用手重拍驻极体，这时灯不亮，说明光敏电阻完好，这时即告本套件制作成功。若不成功请仔细检查有无虚假错焊和拖锡短路现象。43电路图44实物图五、总结本次课程设计成功实现了声光控功能，用纸遮住光敏电阻，用手轻拍驻极体，灯亮，亮到一定时间后灯灭。若用光照射光敏电阻，再用