专业基础课程设计要求

1、电子信息工程专业基础课程设计研究报告声光控节能灯的设计学生姓名： 纪玉杰学生学号： 20114075157指导教师： 席桂清所在学院： 信息技术学院专业班级： 电子信息工程中国大庆 2014年6月信息技术学院课 程 设 计 任 务 书 信息技术学 院 电子信息工程 专业 2011 级，学号 20114075157 姓名 纪玉杰 一、课程设计课题：声光控节能灯的设计二、课程设计工作日自 2014 年 6 月 4 日至 2014 年 6 月 25 日三、课程设计进行地点： 黑龙江八一农垦大学 四、 程设计任务要求： (详细内容见课程设计文档)1.课题来源:老师下发2.目的意义:声光控灯是居家照明的

2、重要组成部分（如楼道、卫生间、小巷等），它们的出现使我们的生活方便许多，既可避免摸黑找开关造成的摔伤碰伤，又可杜绝楼道灯有人开、没人关浪费能源的现象。在地球资源日渐衰竭的今日，环保、节能是当今各产业发展的重心，尤其是需要消耗大量电力的照明产业，基于此目的的研发工作更是趋向环保、节能的特性上著眼。因此，开发新型高效、节能、寿命长、环保的电路对居家照明节能具有十分重要的意义。3.基本要求:节能灯在白天或光线较亮时，节能灯呈关闭状态，灯不亮，夜间或光线较暗时，节能灯开关呈预备工作状态。当有人经过该开关附近时，脚步声等把开关启动，灯亮，延时4050秒后节电开关自动关闭、灯灭。整个电路采用分立元器件或者

3、数字集成电路组成。课程设计评审表指导教师评语：成绩： 签字： 日期： - 2 -专业基础课课程设计结课论文目录一、设计任务要求：1二、方案比较1三、单元电路设计1四、元件选择2五、整体电路4六、电路工作原理8七、困难问题及解决措施8八、总结与体会9九、致谢9十、参考文献9 - 3 - 专业基础课课程设计结课论文声光控节能灯的设计一、设计任务要求： 节能灯在白天或光线较亮时，节能灯呈关闭状态，灯不亮，夜间或光线较暗时，节能灯开关呈预备工作状态。当有人经过该开关附近时，脚步声等把开关启动，灯亮，延时4050秒后节电开关自动关闭、灯灭。整个电路采用分立元器件或者数字集成电路组成。设计硬件线路，用pr

4、otel画图。 按单元电路详细说明硬件线路设计思路，元件参数，选取根据。附详细的元件清单。 总结设计过程和设计体会。 二、方案比较方案一：利用AT89C51单片机设计采用AT89C51单片机作为核心部件，利用时钟芯片DS1302对节能灯进行定时控制，由光敏器件完成环境光照度的采集与故障的检测，利用光电开关实现对光的检测，并根据外界声音的判断，来决定节能灯的亮灭情况。本系统主要由主控单元、电源模块、实时时钟模块、声音检测、等构成。方案二：利用模电和数电知识设计电路主要由一个话筒，电压比较器，有光敏电阻控制的总开关和声控电子开关，一个延时电路等部分组成，采用555定时器为定时开关，并可以通过调节滑

5、动变阻器来控制延迟时间长短。在以上几个方案中，由于我在大二的时候学了模拟电子技术和数字电子技术，而且这个方法比较简单，又实用，能充分体现出我在校期间对所学知识掌握的程度，而且此系统成本低、易于实现为恒流电路，故此我选择了第二种方案。三、单元电路设计1、声控照明电路：作为声控电路对声音信号的要求既不能太强也不能太弱，太强声控难以实现；而太弱电路结构复杂也难以实现，最好是能接收到如人的讲话声，脚踏地板声。当这类信号转化为电信号时，电信号一般较弱，必须对其进行放大对此可选择功放电路，运放电路，差分电路等，根据电路对信号的要求一般选择运放电路来提高信号输出电压。经过这一步实现了声音信号到电信号的转换。

6、有了电信号实现声控就容易了，我们可以让产生的电信号去触发触发器使电路导通。半导体器件必须保证灵敏度高，各电参数精确稳定。利用驻极体话筒，可以直接将声音信号转换为电信号，下面就运用声音传感器设计的声控照明电路加以分析：声控照明电路的主要原理:是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。 作为一个智能化声控照明电路应具有以下功能：能在声音的控制下实现电路的导通与截止。声音的发出应是多方面的如脚步声，物体打击声等。响应时间应越短越好。II.光控照明电路：光敏元器件的应用在光照的情况下使其电参数发生变化从而使其对电流的阻碍作用减小或增大，进而使电路导

7、通或截止，由电信号强弱的改变使光控转化为电控电路功能的实现便容易了。在这样的电路设计中，对电路元器件的要求极高，尤其是光敏元件是光控电路功能实现的核心，必须保证其各项参数的精确，稳定。故在选择这类元器件时一定要选择高灵敏度工作稳定可靠的元件，当然电路工作的稳定与否，功能实现与否，并不仅仅只和电路元器件有关，外加电源也是不可忽视的，与声控电路一样最好也是给光控电路加上一个稳压电路，确保电路能正常工作。III.延时电路：利用电子计数器的原理实现定时功能。 由硬件构成的定时器，一般是用改变R、C元件值控制定时的，其效率较高，如555定时器，作为一个延时电路，在整个电路中其应在延时结束后能发出一个结束

8、信号，控制电路是否继续工作下去。总之，在白天由光控部件控制电路，无论外界有无声音发出电路都不会工作，而到了夜晚光控部件就不在起作用由声控部件控制电路，只要在一定范围内有声音发出且达到一定响度电路就会导通工作，又由延时部件控制其工作时间。声、光、延时三部分是相互联系。四、元件选择由于LED灯的发光效率高、耗电量少、使用寿命长 安全可靠性强 ，而且环保，故，这里的光源我采用LED灯。LED光源除了无汞、节能、节材、对环境无电磁干扰、无有害射线五项优点之外，在照明领域中，特别是在景观照明中，还有很多优势。如： 低压供电无高压环节，为了绝缘的开销要小得多，可靠性高。 附件简单无启动器、镇流器或超高压变

9、压器。结构简单具有固体光源的最大优点，不充气，无玻璃外壳，无气体密封问题，耐冲击。 可控性好响应时间快（微秒数量级），可反复频繁亮灭，基本无惰性，不会疲倦。 色彩纯厚由半导体PN结自身产生色彩，纯正，浓厚。 色彩丰富三基色加数码技术，可演变任意色彩。LED灯的主要参数如下：1、基本参数：普通单色发光二极管的发光颜色与发光的波长有关，而发光的波长又取决于制造发光二极管所用的半导体材料。红色发光二极管的波长一般为650700nm，琥珀色发光二极管的波长一般为630650 nm ，橙色发光二极管的波长一般为610630 nm左右，黄色发光二极管的波长一般为585 nm左右，绿色发光二极管的波长一般为

10、555570 nm。LED的I-V特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。 I-V特性曲线（1）正向死区（图oa或oa段）a点对于V0为开启电压，当VVa，外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场，此时R很大；开启电压对于不同LED其值不同，GaAs为1V，红色GaAsP为1.2V，GaP为1.8V，GaN为2.5V。 （2）正向工作区电流IF与外加电压呈指数关系 IF=IS(eqVF/KT1)-IS为反向饱和电流。 V0时，VVF的正向工作区IF随VF指数上升IF=ISeqVF/KT （3）反向死区V0时pn结加反偏压 V=-VR时，反向漏电流

11、IR（V=-5V）时，GaP为0V，GaN为10uA。 （4）反向击穿区V-VR，VR称为反向击穿电压；VR电压对应IR为反向漏电流。当反向偏压一直增加使V-VR时，则出现IR突然增加而出现击穿现象。由于所用化合物材料种类不同，各种LED的反向击穿电压VR也不同。 2、最大允许功耗PFm 当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UFIF LED工作时，外加偏压、偏流一定促使载流子复合发出光，还有一部分变为热，使结温升高。若结温为Tj、外部环境温度为Ta，则当TjTa时，内部热量借助管座向外传热，散逸热量（功率），可表示为P=KT（TjTa）。 3、响应时间 响应时间表征某一显示器

12、跟踪外部信息变化的快慢。 响应时间从使用角度来看，就是LED点亮与熄灭所延迟的时间。响应时间主要取决于载流子寿命、器件的结电容及电路阻抗。 LED的点亮时间上升时间是指接通电源使发光亮度达到正常的10%开始，一直到发光亮度达到正常值的90%所经历的时间。 LED熄灭时间下降时间是指正常发光减弱至原来的10%所经历的时间。 不同材料制得的LED响应时间各不相同；如GaAs、GaAsP、GaAlAs其响应时间10-9S，GaP为10-7S。因此它们可用在10100MHZ高频系统。五、整体电路1、设计框图驻极体话筒声控开关比较电压光敏开关延时电路如图所示，我的设计组成是这样的，它主要由一个话筒，电压

13、比较器，有光敏电阻控制的总开关和声控电子开关，一个延时电路等部分组成。我设计的这个声光联控延时照明电路的主要原理就是利用光控部件控制电路白天不工作，而夜晚则由声控部件控制其工作，再由延时部件控制其工作时间。在白天由光控部件控制电路，无论外界有无声音发出电路都不会工作，而到了夜晚光控部件就不在起作用由声控部件控制电路，只要在一定范围内有声音发出且达到一定响度电路就会导通工作，又由延时部件控制其工作时间；由该事例可知声、光、延时三部分是相互联系的没有光控电路不完善，没有声控电路也谈不上延时，而没有延时电路也谈不上控制，总的来说电路的设计较完备。2、总体设计电路用protel制作并抓图插入了此电路图

14、，即总设计电路图，基本原理上文已做了简单说明，下面对元器件进行说明：对实验的原器件的说明：（1）左端那个为驻极体话筒；(2)电路中LM3900构成电压比较放大器；(3)中间那个为光电阻；(4)非门和与非门构成信号逻辑分析电路；(5)三极管用来放大；(6)LED即灯泡；(7)555定时器为定时开关，并可以通过调节那个滑动变阻器来控制延迟时间长短；(8)灰色的开关是由一个蓄电器控制的电磁开关，平时是断开的；(9)右下黑色的是个5v直流电源；注：电路中各主要元件的名称和参数已经标明。3、声音传感器：用话筒把声音信号转化为电信号，电信号一般较弱，可对其进行放大对此可选择功放电路，经过这一步实现了声音信

15、号到电信号的转换。有了电信号实现声控就容易了，我们可以让产生的电信号去触发触发器使电路导通。我用的是驻极体话筒，起到让声音信号变为电信号即声控开关的作用。4、光控部分：光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。根据资料：光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子空穴对，参与导电，使电路中电流增强。可见光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自

16、动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。我选用的光敏电阻与电阻串联，起到一个总开关的作用。5、定时部分：采用我们学过的555电路为核心，设计一个定时集成电路，以达到收到电信号后能达到延时40-50s的实验目的。87651234VccDisTHVmGNDTRQRd555定时器示意图7 4 86 Q 555 32 1 5Vcc 5v0.01ufUo300欧10k欧U1单稳态触发器555延迟电路：其使用方法和功能如下输入输出复位RDTRTHQT1状态00导通1(1/3)Vcc(1/3)Vcc(2

17、/3)Vcc0导通1(1/3)Vcc(2/3)Vcc原状态不再输入一次脉冲信号，然后调节10k欧的可变电阻器RW来控制延时时间，到所需的4050秒，即可达到实验要求。六、电路工作原理首先输入一次脉冲信号，调节555定时器做的单稳态触发器中的可调变阻器RW，使延迟时间变为实验所需的40-50秒，即可正常工作。当白天时，光敏电阻RL成低阻状态，与非门输出高电平，555定时器3脚则保持低电平，继电器开关K保持断开状态，照明电路断开，有声音时灯也不会亮。当夜晚时，光敏电阻RL成高阻状态。阻值远远大于R6，输出高电平。这是如果话筒未接收到声音时，LM3900的4脚输出为高电平，电容C2右端为高电平，信号

18、通过逻辑门电路后变为高电平，输入到555定时器2脚，555定时器3脚则保持低电平，继电器开关K保持断开状态，照明电路断开，灯不亮。如果话筒接收到声音时，LM3900的4脚输出为低电平。由于电容两端电压不能突变，电容C2右端为低电平，信号通过逻辑门电路后变为低电平。输入到555定时器2脚，当555定时器2脚接收到一个低电平时，555定时器3脚则输出一定时间的高电平，使三极管T导通，继电器开始工作，继电器开关K闭和，照明电路接通。照明持续一段时间后，555定时器3脚变为低电平，继电器开关K关断，照明电路断开。七、困难问题及解决措施1、在方案的选择方面，我查阅到图书馆查阅了很多的相关的书籍，又在网上

19、查找了很多的资料，花费了一下午的时间，终于找到了三种方案，最后进行无数次的对比、分析和比较，选出了最适合的方案。2、距离学习555定时器已经有一年的时间了，很多知识都已经忘记了，我利用课余时间又重新研读了一遍。3、在进行电路调试的过程中，总是受到周围环境的影响，于是，我在大家午休的时候急忙感到实验室进行调试试验，查找问题，总结问题，修改电路，最后终于把硬件部分搞定。八、总结与体会在这次课程设计中我遇到了这样那样的问题，理论知识的不足，没有设计灵感，设计电路有缺陷，没达到任务书要求，画图，排版，最让我痛心的是第二天下午我做了一下午要存盘时竟然死机了！一下午的努力付之东流，我是欲哭无泪，晚饭都没心

20、情吃了，但等到最终设计完成时很高兴，设计中遇到的种种问题似乎倒成了我的美好回忆，一种成就感让我在那一直傻笑，还有了一些体会：这次课程设计让我很难忘，通过此次的课程设计我明白了想要把所学的知识应用于实践一定要有扎实的基本功，完整的知识体系，所以说这次课程设计不仅锻炼了我的创作能力用所学知识设计了自己的电子产品，而且加深了我对模拟电路和数字电路的了解和利用，大幅度提高了自己的知识水平和运用知识的能力，也认识到了由于自己知识水平有限，没有使用更合理的技术，设计出更好的作品。设计的作品缺陷是电路复杂，但能比较精确的控制时间，能基本达到任务书中所要求的内容，当然我知道这还远远不够，我会继续努力的。九、致谢长途跋涉