声光控灯课程设计报告

1、课程设计报告书 题 目： 简易声控电灯 学 院： 信息工程学院 姓 名: 洪蕾 学 号： 2012011878 日 期: 2013年12月 专业班级： 12应用电子技术2班 指导老师： 王颖老师 南 昌 工 程 学 院课程设计（论文）任务书一、课程设计(论文)题目简易声控电灯二、课程设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求设计一种灵敏度较高的声控电子开关的电灯，以掌声作为检测信号，每击一次掌，电灯就点亮；再击一次掌，电灯就熄灭，如此循环。要求设计并制作产品进行调试。三、课 程 设计(论文)工作内容及完成时间12.912.10 查找设计资料，画出原理电路框图；12.1112.12完成硬件

2、电路的具体设计（含参数设计）并仿真；12.1312.14选购器件；12.1512.17进行硬件电路的制作和调试；12.1812.20撰写设计报告，答辩。目 录摘要-4第一章 课题任务和要求-51课程设计的任务-52.声光控灯电路的概述-53.课题设计的目的与意义-54.课题设计的要求-5第二章 总体方案设计-6方案的比较第三章 设计原理及电路图-8第四章 工作原理-9第五章 单元电路图-105.1、仿真电路图-105.2模块说明-105.2.1声控模块-115.2.2光控开关模块-125.2.3延时模块-13第六章 选购器件-14元器件识别与介绍-14第七章 焊接与调试-15第八章 结 论-2

3、3第九章 心得体会-24第十章 参考文献-26附录 元器件清单-27摘 要本声光控制开关的设计目的是为了解决长明灯及开关麻烦所造成的能源浪费而设计出了利用声光来控制照明灯开关的电路。当白天光照很好时，不管室内发出多大声音，都不会使灯泡发亮。当夜晚光暗时，有人经过时，电路只要检测到有声音信号，就会自动发亮照明，当人离开后又自动熄灭。本文介绍的是具有延时控制功能的照明灯，它是具有声光控制功能的节能灯头。结构简单，体积小巧，使用方便，性能可靠。文中介绍它的组成、功能、工作原理。是一种十分实用的节能照明灯电路，不仅实用于家庭楼道，也同样实用于公共厕所、公共走廊、住宅区、工厂、学校走廊的公共照明。关键词

4、 声控；光控；延时；照明灯第一章 课题任务及要求1任务及要求设计一种灵敏度较高的声控电子开关的电灯，以掌声作为检测信号，每击一次掌，电灯就点亮；再击一次掌，电灯就熄灭，如此循环。要求设计并制作产品进行调试。2.声光控台灯电路的概述本声光控制开关的设计节电效果十分明显，同时也大大减少了维修量、节约了资金，使用效果良好,方便了人们的日常生活，随着科学技术的发展，公共场所照明控制手段也在日新月异地更新，除了声光控开关外，还有微波感应开关和热释远红外感应开关.但就目前而言，微波感应开关的抗干扰性能尚不理想，红外感应开关在性能上较为理想，但安装复杂，价格也偏高，比较适合在一些管理完善的场所如宾馆、大饭店

5、楼道及家庭走廊应用，在普通住宅楼、办公楼道等场所的照明控制考虑到价格、管理及安装方便等因素，故设计了该声光控灯。2.1设计的目的与意义1.学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与实物调试能力。2.学会声光控延时照明灯电路的设计方法和性能指标测试方法。3.进一步了解声光控延时照明灯组成框图和各个单元工作原理及相互联系。4.培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。5.提高自己对文献资料的搜索和信息处理能力。2.2设计的内容设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。其设计内容主要包括以下几个部分：1.系统方案；2.单元电

6、路的设计；3.整机电路工作原理；4.电路的仿真；5.原理图的设计与制作第二章 总体设计方案设计的方案有以下三种：（1）系统方案一：含555定时器、光敏三极管、双向可控硅的声光控电路简要分析其优点：此声、光同时控制的新式照明灯用光敏三极管的输出端控制555的触发控制端，用音频放大电路控制555的复位端。555定时器接成单稳态触发器，控制双向可控硅，简单易制、成本低、节电又方便。原理图设计：设计中考虑到光敏电阻的阻值随电压升高有规律的下降，而蜂鸣器则用驻极体话筒代替。具体原理如图:555定时器接成单稳态触发器，控制双向可控硅，当555定时器输出高电平，触发可控硅导通，灯泡亮，当555定时器输出低电

7、平时，可控硅未导通，灯泡灭。电路由l0v稳压直流电源供电。为使声光同时控制，将光敏三极管的输出端控制555的触发复位端，音频放大电路控制555的触发端。缺点：在：该电路在声强50db时，对照明灯的有效控制率高于94，过于敏感。很小的声音也会促使灯发光，会造成能源的浪费。（2） 系统方案二：运用制成声光控电图2-1简要分析其优点：声光控延时开关的电路原理图见图所示。电路中的主要元器件是使用了数字集成电路，其内部含有4个独立的与非门vd 1vd4，陶瓷压电蜂呜片b把声音变成直流控制电压。通过光敏电阻的改变，使电位发生改变，从而控制晶闸管的通断，从而达到使灯自动熄灭的目的。缺点：降压功能不强，对晶闸

8、管的冲击电流大，对灯泡的寿命有影响。（3）系统方案三：声光控开关应用电路简要分析其优点：其采用集成块，制作起来成本低、并且节电又方便。同时，对声音的灵敏度适中，并且原件容易设计。小结：在综合了以上三种电路的优缺点后，我们决定采用第三种方案下图为我们小组采用的框图：声音放大控制门光控延时电灯图2-2图中为设计框图第三章 设计原理及电路图编辑原理图及其一些相关工作1）打开protel 99se，新建一个ddb文件，并起名为声光灯控制电路.ddb。在documents内在选择schematic document并打开生成一个sheet1.sch（原理图编辑器）。按照设计好的设计图绘制好的pcb原理图

9、如下图所示：并将其保存。2）制作库文件新建一个schlib1.lib（原理图库文件），具体如下图所示：图3-1第四章 工作原理220v的市电经过灯泡和全桥整流后一路加在单向可控硅mcr22-6上，另一路经r8限流分压后给本电路供电。由于一开始可控硅无触发信号，呈关断状态，灯不亮。c1为主滤波电容，四个二极管整流桥给本电路提供稳定的工作电压。q1、r4、r5组成前级电压放大电路，对话筒mic（mk1）送来的微弱信号进行放大，然后再送入四输入与非门cd4011芯片进一步放大，经c2的正极给其充电，很快c2上就充到了门电路的翻转电压，无光时，当有声音信号时，芯片1高电平，2高电平，则通过r1输出信号

10、为高电平使可控硅导通，电灯点亮。在这个过程中，声音信号只需一个瞬时即可，这是因为，当声音信号来时，c2上的电压很快就充到了电源电压，而这时即使声音信号消失， c2只能通过r1进行放电，所以可控硅的控制集上将维持一段时间的高电平，这个高电平将维持单向可控硅导通，这就是延时的效果，灯亮后所能延时的长短取决于c2上维持高电平的时间长短，所以选择c2的大小，可以控制延时的长短。当c2上的电压低时，u1b_out输出高电平，u1a_out输出低电平，单向可控硅的控制端没了触发信号截止，灯熄灭。 有光时，u1d_out输入为低电平，不论有无声音信号，最后u1a_out输出都是低电平，即可控硅mrc22-6

11、都截止，则灯不亮。第五章 单元电路图5.1、仿真电路图图5-1音频信号控制u1a的1端输入信号端；在没有声音信号输入时，q1三极管导通，把1输入端电平拉低，为低电平；当有声音信号输入时，信号经过电容c1时，使得三极管基极出现一个低信号，三极管q1截止，1输入端变为高电平。所以，当光信号达到电路设计的暗度，即电阻达到一定值，通过与r5的分压，让2输入端达到高电平，再通过击掌或其他声音来源进入一个声音信号，让三极管q1截止，1输入端同样达到高电平，最后通过cd4011与非门电路使得led灯亮，由于具有延时功能，所以声音信号消失后，灯光延时一段时间后自动熄灭，等待再一个声音信号的到来。同时在等到下一

12、个声音信号来时，环境中的光同时必须满足电路设计的暗度要求方可亮。该电路必须同时满足声信号与光信号的要求才可作用。5.2模块说明5.2.1声控模块声音信号电路图图5-2本设计使用了一个驻极体话筒。驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。属于最常用的电容话筒。由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。由于声音产生时电流较小，所以通过简易的三极管放大，使得后面的电路能够检测到该信号。5.2.2光控开关模块光信号输入电路光输入信号主要由光敏电阻和一个分压电阻组

13、成光控电路。光敏电阻的特性是受光线的亮按暗程度决定：光线越亮，其阻值越小，光线越暗，阻值越大，通过阻值的改变来实现电压的高低电平的转换。如下图所示图5-35.2.3延时模块延时控制电路延时电路经常会用到，最简单的就是rc电路。该图是最简单的rc延时电路，目的是延时点亮led。r1给c1充电，等电容电压到达三极管基极导通电压大概0.7v时，三极管开通，led点亮，二极管d1是让c1可以快速放电的作用。延时时间 ，其中v1为电源电压，v0为电容初始时刻电压，vt为t时刻电容电压。电路虽然结构简单，但是要实现较大的延时就要选用大容量的电容，而且充电电阻r1不能太大，否则三极管不能处于开关状态。图5-

14、4 延时控制电路当声音消失后需要灯泡延时亮一定时间，在本电路中采用rc延时电路延时时间为t=rc，时间的长短取决于，rc的大小。uc1=220v-ur8,整流后的电压经过r8分压后由vz稳压，为后面信号控制电路供电。控制电路晶体管静态分析: uceq.vcc通过测量的出:ibq=(vcc-ubeq)/r4 icq=ibquceq=vcc-icqr5 得r5=(vcc-uceq)/icq无光时,要使2处于高电平 则:ur7uoh ur7=r7/(r7+r3*vccuonr3(vcc-uoh)/uoh*rl声音来时,得满足使1为高电平,即需要使晶体管处于截止区.ubeuoh设麦克mk1的阻值为rc

15、m,由仪器测得:rmk1/(r+rmk1)*vccuon得: r(vcc-uon)/uon*rcm. 其中r=r6/r4=r6*r4/(r4+r6)即:r4*r6/(r4+r6)(vcc-uon)*rcm/uon -无声音时.得满足1为低电平,即晶体管导通.测rbe 由网孔电流法得:ubeuonube=rbe*1-rbe/(rcm+rbe)*vcc/(r6+rbe-r6/(rmk1+rbe)-由可以计算出r1 r2的取值范围. )/(r4+r6)-rbe第六章 选购元器件1、 6.1元器件识别电阻器的分类：（1）通用电阻器：功率：0.1 1w，阻值10 10m，工作电压1kv；（2）精密电阻器

16、：阻值：1 1m，精度2% 0.1%，最高达0.005%；（3）高阻电阻器：阻值：1071013，（4）高压电阻器：工作电压为10100kv；（5）高频电阻器：工作频率高达10mhz；6.2电阻器的规格标注方法由于电阻器表面积的限制，通常电阻器表面只标注电阻器的类别、标称阻值、精度等级和额定功率，对于额定功率小于0.5w的电阻器，一般只标注标称阻值和精度等级，材料类型和功率常从其外观尺寸判断。电阻器的规格标注通常采用文字符号直标法和色标法两种，对于额定功小于0.5w电阻器，目前均采用色标法，色标所代表的意义如表5。 表5：色标所代表的数字如下表a b c d 颜 工作电压色 第一位数字 第二位

17、数字 倍乘数容许误差 （v）黑棕10红10橙10黄10绿10兰10紫灰白金 0.1.10% 银 0.01无色 20%注：此表也适用于电容器，其中工作电压的颜色只适用于电解电容。色环电阻器一般为四环、五环两种标法。四环色标电阻器：a、b两环为有效数字， c环为10n，d环为精度等级。五环色标电阻器：a、b、c三环为有效数字，d环为10n，e环为精度等级。例如a b c d红 红 棕 金 2205%a b c d e棕 黑 绿 棕 棕 表示 1.05k1%6.3、电阻器的性能测量 电阻器的主要参数数值一般都标注在电阻器上，电阻器的阻值，在保证测试的精度条件下，可用多种仪器进行测量，也可采用电流表、

18、电压表或比较法。仪器的测量误差应比被测电阻器允许偏差至少小两个等级。对单个的通用电阻器（不在电路上），一般可采用万用表进行测量。若采用机械表测量，应根据阻值大小选择不同量程，并进行调零，使指针尽可能指示在表盘中间；测量时，不能双手接触电阻引线，防止人体电阻与被测电阻并联。若采用数字式万用表，则测量精度要高于机械万用表。若对焊接在电路板上的电阻元件进行阻值测量，则需要根据电路板上电阻网络的串联、并联和混连等不同连接方式，事先计算该网络的等效阻值后进行测量，若测量值和计算值相差甚远，则需进一步将该电阻从电路板上脱焊，进行单个元件的的独立测量。在本实验室所进行的实验中，为了测量一个电路中电阻的阻值，

19、通常采取独立测量法，将电阻从搭接的电路中拔出测量。测量电阻值时，特别要注意，不要误认为关掉实验箱电源后，周围电阻就不会对待测电阻阻值的测量有影响；关掉电源并不会改变电路中待测电阻和周围电阻形成的电阻网络。6.4、电阻器的使用常识电阻器在使用前应采用测量仪器检查其阻值是否与标称值相符。实际使用时，在阻值和额定功率不能满足要求时，可采用电阻串、并联方法解决。但应注意，除了计算总阻值是否符合要求外，还要注意每个电阻所承受的功率是否合适，即额定功率要比承受功率大1倍以上。使用电阻器时，除了不能超过额定功率，防止受热损坏外，还应注意不超过最高工作电压，否则电阻内部会产生火花引起噪声。电阻器种类繁多，性能

20、各有不同，应用范围也有很大差别。应根据电路不同用途和不同要求选择不同种类的电阻器。在耐热性、稳定性、可靠性要求较高的电路中，应选用金属膜或金属氧化膜电阻；在要求功率大、耐热性好、工作频率不高的电路中，可选用线绕电阻；对无特殊要求的一般电路，可使用碳膜电阻，以降低成本。电阻器在替换时，大功率的电阻可替换小功率的电阻器，金属膜电阻器可代换碳膜电阻器，固定电阻器与半可调电阻器可相互替换。2、电容器电容器是最基本的电子元件之一，是无源元件；在电路中，其使用量仅次于电阻元件。 多种类型、多样外观、多类封装、多种颜色的电容元件，在电路板上到处可见；这些电容元件有些制造精密、结构多样；有的体积虽小、容量颇大

21、；有的容量居中、耐压比较高；有的容量虽小，但可随意调节，各具特色。电容器在交流电路中，可以禁止之流成分通过，提供交流通路；在之流电路中，可以阻断直流电流，给交流信号电流提供通路；在各种延迟电路中，可以提供其充放电特性；在高功率电路中，不但可以储能，还可以其移相特性以提高功率因数。2.1 部分电容的简单介绍电容虽然品种很多，但根据电容储能容量，也就是根据电容工作时加在其两端电压的高低和流过电流的强弱，可以分为2大类：一类为低储能电容，另一类为高储能电容。 低储能电容是指用于低电压、弱电流工程的小型常规电容。这种电容在常规电路中广泛使用，也是本讲义介绍的重点。高储能电容是指用于高电压、强电流工程的

22、特殊电容元件，也称之为特种电容。这种电容由于工作电压高、电流大、高储能，故体积大，主要用于专用设备和电力系统。2.2电容器的规格标注方法2.2.1直标法：将主要参数和技术指标直接标注在电容器表面上，容许误差用百分比表示。如1p2表示1.2p，33n表示0.033f；2.2.2数码标法：不标单位，直接用数码表示容量，如：4700表示4700 pf； 0.068表示0.068f。用三位数码表示容量大小，单位为pf，前两位为容量的有效数字，后一位为乘10n。如103表-示10000 pf；若第三位为9，则成10-1，如：339表示3310 1=3.3 pf。2.2.3色标法色标法与电阻的色标法相似。

23、色标通常有三种颜色，沿引线方向，前两种表示有效数字，第三色标表示乘10n，单位为pf。有时一、二色标同色，就标为一道宽的色标，如橙橙红，两个橙色就标为一道宽的色标，表示3300 pf。2.3使用常识电容器的种类很多，正确选择和使用电容器对产品设计非常重要。（1）选用适当的型号根据电路要求，一般用于低频耦合、旁路去耦等电气要求不高的场合，可使用纸介电容器、电解电容器等，极间耦合选用122f的电解电容。射极旁路采用10220f的电解电容；在中频电路中，可选用0.01f0. 1f的纸介、金属化纸介、有机薄膜电容等；在高频电路中，则应选云母和瓷介电容器。在电源滤波和退耦电路中，可选用电解电容，一般只要

24、容量、耐压、体积和成本满足要求即可。对于可变电容器，应根据统调的级数，确定采用单联或多联可变电容器。如不需要经常调整，可选用微调电容器。（2）合理选用标称容量及容许误差在很多情况下，对容量要求不严格，容量偏差可以很大。如在旁路、退耦电路及低频耦合电路中，选用时可根据设计值，选用相近容量或容量大些的电容器。但在振荡电路、延时电路、音调控制电路中，电容量应尽量与设计值一致，容许误差等级要求高些。在各种滤波器和各种网络中，电容量的容许误差等级有更高的要求。（3）额定工作电压的选择若电容器的额定工作电压低于电路中的实际电压，电容器会发生击穿损坏。一般应高于实际电压12倍，使其留有足够的余量。对于电解电

25、容，实际电压应是电解电容额定工作电压的50% 70%。若实际电压低于额定工作电压一半以下，反而会使电解电容器的损耗增大。（4）选用绝缘电阻高的电容器在高温、高压条件下更要选择绝缘电阻高的电容器（5）在装配中，应使电容器的标志易于观察到，以便核对。同时应注意不可将电解电容等极性接错，否则会损坏甚至会有爆炸的危险。3、晶体二极管3.1 二极管的几种分类方法二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（ge管）和硅二极管（si管）。也可以根据其不同用途或者不同的管芯结构进行分类；根据用途可分成如下几类：1、检波二极管 以整流电流的大小（100ma）作为界线通常把输出电流小于100ma的叫检

26、波。锗材料点接触型、工作频率可达400mhz，正向压降小，结电容小，检波效率高，频率特性好，为2ap型。类似点触型那样检波用的二极管，除用于检波外，还能够用于限幅、削波、调制、混频、开关等电路。也有为调频检波专用的特性一致性好的两只二极管组合件。2、整流二极管 从输入交流中得到输出的直流是整流。以整流电流的大小（100ma）作为界线通常把输出电流大于100ma的叫整流。面结型，工作频率小于khz，最高反向电压从25伏至3000伏分ax共22档。分类如下：硅半导体整流二极管2cz型、硅桥式整流器ql型、用于电视机高压硅堆工作频率近100khz的2clg型。二极管的主要特性指标用来表示二极管的性能

27、好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言，必须了解以下几个主要参数：1、最大整流电流 是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值，其值与pn结面积及外部散热条件等有关。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为141左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以在规定散热条件下，二极管使用中不要超过二极管最大整流电流值。例如，常用的in40014007型锗二极管的额定正向工作电流为1a。2、三极管主要参数（1）共基极小信号电流放大系数（）：0.9 0.995；（2）共射极小信号交流放大系数（hfe）：10 2

28、50；（3）共射极小信号直流放大系数（hfe、）：10 250；（4）集电极基极反向截止电流（icbo）：锗管为几十a，硅管为几a 。（5）集电极射极反向截止电流（iceo）：iceo =icbo。（6）集电极基极反向击穿电压（v（br）cbo）：几十v 几百v。（7）集电极射极反向击穿电压（v（br）ceo）：几十v 几百v。（8）发射极基极反向击穿电压（v（br）ebo）：几v 几十v。（9）集电极最大允许电流（icm）：低频小功率锗、硅管：10 500ma、小于100 ma，低频大功率锗、硅管：大于1. 5a、大于300 ma。（10）集电极最大允许耗散功率（pcm）：小功率管小于1w，

29、大功率管大于1w。（11）电流放大系数截止频率（fhfb、fhfe）：低频管fhfb 3mhz。（12）特征频率（ft）：=1时的频率；高频管大于10m hz，高的达几千m hz。三极管与驻极体图6-1第7章 焊接与调试焊接图图7-1图7-2调试：断开光敏电阻光控部分失去作用，在mici驻极体话筒击掌，有声控部分产生声音信号，声音信号由vi1组成的放大电路进行放大由电容等组成的被压流电路将声音变成直流控制电压。由于光控部分失去作用声音控制电压经过电阻后加在三极管基极，使三极管饱和导通，之后整个电路导通，灯泡被点亮，一段时间后灯熄灭。断开三极管的集电极或发射极，同时断开光敏电阻，接上电源，综上断

30、开光敏电阻调节步骤，击掌出发声响，这时，灯不亮。检查光控电路，电路全部复位，接通电源，灯不亮，用深色物品将光敏电阻遮住，击掌触发声响，灯亮。，一段时间后灯熄灭。第八章 结论 白天当光线照射到光敏电阻上时，阻值变小，声音产生的直流控制电压不能通过。后继电路不工作，灯泡不受控制，声音传感器无作用，灯不亮。夜间或是光线较暗时，光明电阻因无光照射阻值增大，直流控制电压导致电路导通电容充电使单项可控硅导通，灯泡亮，经过一段时间后灯泡自动熄灭。本次设计的性能指标达到设计要求，整个设计过程加深和巩固所学知识，加强了动手能力。声光控灯适用于楼道，走廊，库房等场所，白天有光照时不论声音有多响，灯都不会点亮。夜间

31、或是光线较暗时，只要产生一定声响，灯泡就会点亮，并在一定的时间后自动熄灭。本次设计将所学知识运用到了实践当中，深化了对数字电路和模拟电路的认识，使我在设计的过程当中获得了新的知识。本次设计中我们小组并不是很顺利，我们兴致勃勃的做完第一块电路板设计后便是调试，结果这块板子只是光控部分工作，前面一部分的声控部分完全不工作，之后我们用万用表测试各电路端的电位，并没有发现错误，之后我们又测试了器件两端电位，以为是元器件烧坏，但是测试结果却是正常。最后不知道是什么原因造成的。所以我们决定做第二块电路板，做好之后又是同样的问题，不过这次却是整个电路板都不工作，我们进行调试后依然无功。如此反复，直到第四块板

32、子做好，只是将几个大电阻换成小一点的，结果声控部分正常，光控部分也正常，一切正常。整个电路板也正常工作，设计终于圆满完成。第九章 心得体会这天我们大家组了个小队去仰慕已久的电子市场，大家约定在公交站集合，但是我们几个女生出了一点小状况，再加上当时下了点小雨，所以就大家错开了，男生们就先坐公交走了，有的女生回宿舍拿伞。不过好在电子市场不是想象中的那么大，最后大家又在银河电子集合，一到电子市场，大家就纷纷拿出自己早已准备好的元器件清单开始挑选自己所要的器件，比如电阻啊，可调电阻啊，电容啊，三极管，二极管啊等等。那场面真叫一个挑的不亦乐乎，有些同学不仅买了课程设计所要用的器件，还各自买了一些其他的器件，比如扬声器，说是打算自己做个小音箱。总之购买器件的过程还是很美好的。之后的是那就是将这些买的器件焊接起来做成成品了，想法是美好的但是现实是残酷的，我们信心满满的将第一个作品焊出来进行调试，结果只是后面的光控起作用，前面的声控完全不起作用，几番周折我们最终决定焊第