声光控延时开关课设报告

1、电子基础课程设计报告 项目：SGK10型声光控延时开关 学院： 专业： 班级： 姓名： 2012年 1月 SGK10型声光控延时开关的设计与制作摘要：公共场所照明用电的管理始终困扰着我们，普通开关控制不仅在黑暗中使用不便，而且由于没有及时关闭易造成浪费，尤其在教室等公共场所长明灯现象十分普遍，这造成了能源的极大浪费。本项目研究的是一种利用声、光双重控制且具有定时功能的无触点开关。开关控制电路有声控部分和光控部分组成，白天光控电路对外界光亮程度进行检测，输出与光亮程度相对应的电压信号，无论多大的声音干扰也不能开灯，从而实现白天灯泡不亮；晚上或遇到阴天，光敏电阻感受光强度并输出相对应的电压信号，遇

2、到声响时，通过声控电路使灯泡自动点亮，并延时一段时间后熄灭，从而实现自动控制，而且对于声音感知的灵敏度和对光感知的灵敏度以及延时时间能够调节，也可以人为设定延时时间。它特别适用于住宅楼、办公楼楼道、走廊、仓库、地下室，厕所等公共场所的照明自动控制，是一种集声、光、延时、定时与一体的既节电又方便的自控开关。关键词：声光控、 灵敏度、 定时控制测试与光电工程学院电子基础课程设计报告 系 班 学生： 课题名称： SGK10型声光控延时开关 课题要求：一、具有以下功能：1、开关220V交流供电。2、白天或光线较强的场合，有较大的声响也能控制灯泡不亮。 3、晚上或光线较暗时遇到声响（如说话声、脚步声等）

3、后灯自 动点亮。经约30s（时间可设定）自动熄灭。 4、直接取代普通照明开关而不必更改原有照明线路可驱动220V 交流负载100W，适用于楼梯，走廊等只需短时照明的地方。 二、完成原理图、PCB图设计三、完成安装及调试。四、写出设计报告。课题内容：第一周：查找相关资料；方案设计。 第二周：设计原理图、PCB图。第三周：完成安装及调试，撰写报告。 系负责人： 指导教师： 时间： 年 月 日电子基础课程设计评分标准平时表现评分：（20%）优秀：（90-100）遵守纪律，尊敬老师，爱护设备，工作量饱满，动手能力强，无缺勤,很好按课题进度进行。良好：（80-89）遵守纪律，爱护设备，工作量饱满，动手能

4、力较强，考勤情况良好，较好按课题进度进行。中等：（70-79）遵守纪律，爱护设备一般，工作量一般，动手能力一般，偶尔缺勤，基本按课题进度进行。及格：（60-69）遵守纪律一般，人为因素损坏设备，工作量一般，动手能力差，偶尔缺勤，能按课题进度进行。不及格：（59以下）不遵守纪律，人为因素损坏设备，有技术安全事故，工作量不饱满，动手能力很差，经常迟到，早退，缺勤。课题完成情况评分：（50%）优秀：（90-100）全部完成任务书要求，完成质量优良、结果正确，所完成的设计有一定的独立见解。良好：（80-89）全部完成任务书要求，完成情况良好，所完成的设计正确，解决了一些实际问题，结果正确。中等：（70

5、-79）基本完成任务书要求，完成质量尚好，所完成的设计基本正确，但存在一些不足。及格：（60-69）基本完成任务书要求，完成质量尚好，所完成的设计基本正确，但有小错误。不及格：（59以下）未完成任务书要求，所作的设计有严重错误，基本概念不清。电子基础课程设计报告质量评分（30%）1、文献资料收集、整理、分析；对课题研究意义的阐述；文字精练、流畅、绘图整洁、符合标准规范、字体工整；2、基本概念、基本理论及专业知识掌握扎实，运用灵活；设计思路、设计内容、计算方法及结果、计算机运用正确无误；3、试验数据的获取（软件调试方法及过程）试验过程（调试过程）的正确性；4、电子基础课程设计的结论，存在的问题，

6、研究结果的创新性；15 / 20文档可自由编辑打印目录1 引言 （1）2 SGK10型声光控延时开关电路计 （1） 2.1电路工作原理（1） 2.2声光控制结构（2）3 各部电路及原理分析 （3） 3.1 整流电路 （3） 3.2 声控电路结构原理（3） 3.3 光控结构原理 （4） 3.4 延时电路 （4）4 元器件简介及选型 （5） 4.1 光敏电阻 （5） 4.2 驻极体 （6） 4.3 三极管 （6） 4.4 单向可控硅（9） 4.5 元器件选型 （9）5 制作过程（10） 5.1 元器件的插装（10） 5.2 焊接（10） 5.3 其他部分安装（11） 5.4 测试（11）6 总结（

7、11）7 参考文献（11）8 致谢（11）9 附录 （12） 9.1 SGK10型声光控延时开关的元件清单（12） 9.2 SGK10型声光控延时开关的成品图（12） 9.3 电路原理图及PCB图 （13） 1引言随着科学技术的发展，公共场所照明控制手段也将逐步更新，除现在已有的声光控开关外，还有微波感应开关和热释远红外感应开关目前，微波感应墙壁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，比较娇气，价格也偏高，比较适合在一些管理完善的场所如宾馆、大饭店楼道及居家庭走廊应用，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，根据我国国情，可以预计在相

8、当一段时期内，声光控延时开关将是公共场所照明控制手段首选的主流产品。另一方面，伴随着科技的飞速发展，地球的环境也在不断地恶化，生态自然资源日益贫乏，而我国的电力来源仍然主要是依靠能耗大、污染大的火力发电。在不可再生的煤炭资源消耗殆尽的今天，在大型水力发电还备受争议就连三峡还前途未卜的今天，在新型能源的使用还没有取得突破性进展的今天，节能对于我们现代每一个人来说，已经被提到前所未有的高度，那么科技的发展能够为我们的地球做些什么？声光控延时开关就是一个很好的例子，它作为科技的产物正在为保卫我们的生活环境尽着它的努力。金融危机以来，国家围绕“保增长、调结构”采取了一系列调控政策，为我国声光控开关行业

9、提供了较为宽松的国内发展环境，使声光控开关行业从2008年下半年以来的困境中得到了缓解和恢复。我国声光控开关行业也在加快产业结构调整、转变发展方式，为行业持续发展提供了动力和支撑。在全球经济不景气、国际市场持续低迷的情况下，我国声光控开关行业仍然呈现出了企稳回升、发展逐渐向好的良好局面，其发展前景颇为广阔。声光控延时开关虽不是什么新鲜的东西，但是自从它诞生以来，魅力始终不减。可以想象，在黑暗之中，拍拍手掌，或是跺跺脚，就会带来光明，而且还不需要触碰或是按压，只需一点声响即可，这是很有趣的。2SGK10型声光控延时开关电路计2.1 电路工作原理声光控延时开关的电路原理图如图2-1所示。电路中的主

10、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D1D4，使电路结构简单，工作可靠性高。 图2-1 声光控延时开关控制电路原理图声音信号被驻极体话筒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的偏置电阻，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，即为高电平期间t=2R8C3，改变R8或C3的值，可改变延时时间，满足不同目的。D3和D4构成两级整形电路，将方波信号进行整形。

11、当C3充电到一定电平时，信号经与非门D3、D4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D3、D4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220V交流进行桥式整流，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芯片等供电。2.2 声光控制结构声光控延时开关，顾名思义，就是用声音来控制开关的“开启，经过若干秒后延时开关“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

12、路划分为若干个单元，由此可画出如图2-2所示的方框图。 图2-2 声光控延时开关控制电路方框图 3各部电路及原理分析3.1 整流电路单向桥式整流电路是由电源变压器，4只整流二极管VD1VD4和负载RL组成。电路图如3-1图所示。图3-1 桥式整流电路原理图工作原理：利用4个二极管接成电桥使在U2的正负半周的电压经过两只二极管交替导通，即在负载上形成了单方向的全波脉冲电压。3.2 声控电路结构原理如图3-2所示声控电路由传声器BM，电阻器R2、R4，三极管VT、电容C1和CD4011中的D1组成。工作原理：话筒BM将声音信号转化为负极性的电信号，但接收到的微弱信号经C2滤波，通过由三极管VT组成

13、的放大器把微弱的信号进行放大，其集电极输出正极性的电信号送到CD4011的2脚，并通过R4给基极提供导通电压。 图3-2 声控电路3.3 光控结构原理在光线较暗时，光敏电阻呈高阻态；在光线较亮时，光敏电阻呈低阻态，光敏电阻通常都工作于直流或低频状态下。如图3-3所示光控电路由光敏电阻器RG，电阻器R5和CD4011中的D1组成。 图3-3 光控电路工作原理如下：在黑暗状态下光敏电阻RG呈高阻态，电路通过R5在光敏电阻RG形成高电平。当同时有声音信号时，经过CD4011的一个与非门D1使后级电路工作。当有足够的光通量照射在光敏电阻上时，其电阻值突然降得很低，既光敏电阻两边就的电压就很小，即不能形

14、成高电平，使其后级电路不能工作。3.4 延时电路如图3-4所示延时电子开关电路由二极管VD5、电容C3、电阻R8、单向可控硅T和集成芯片CD4011组成。工作原理如下：延时电路的设计主要由C3和R8组成。当夜晚有响声并能够引起空气振动时，驻极体话筒BM会接收到信号并通过三极管VT对其进行放大之后送到CD4011的1脚，同时光敏电阻这时也呈高阻态并送入CD4011的2脚，经与非关系后3脚输出低电平，（集成芯片引脚的连接方式如图3-4所示）芯片4脚输出高电平使二极管VD5导通对C3充电。最终芯片11脚输出高电平去控制单 图3-4 延时电子开关电路 向可控硅使其导通并点亮灯泡L。在此期间同时通过VD

15、5对C3快速充电，充电电流大，充电时间很短，快速将C3上电压充满，C3上所得的电压经R8对单向可控硅的T、K级慢慢放电，此时就算没有响声灯泡仍然点亮，直到C3上的电放完，可控硅截止灯泡熄灭，等待下一次触发。元器件简介4. 1 光敏电阻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。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达110M欧,在强光条件（1

16、00LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。 图4-1光敏电阻实物图 光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.40.76）m的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。4.2 驻极体1. 原理 将电介质放在电场中就会被极化。许多电介质的极化是与外电场同时存在同时消失的 。也有一些电介质，受强外电场作用后其极化现象不随外电场去除而完全消失，出现极化电荷“永久”存在于电介质表面和体内的现象。这种在强外电场等因素作用下，极化并能“永久”保持极化状态的电介质，称为驻极体，又叫永电体。 它是一

17、种具有持久性极化的固体电介质。早在1922年左右就为日本物理学家江口元太郎发现；当蜡和松香的混合物在外加强电场中从融熔态固化后，再除去外电场时，混合物固体会长期保持极化状态。驻极体可以在周围空间产生电场，因此可以类比于永磁体的一种带电体。驻极体中存在着大量微观的电偶极子，它们通常混乱取向而显不出宏观的极化。这些偶极子可以在高温及外电场作用下取向,冷却后再去掉电场,取向被冻结下来而保留某个方向上占优势的宏观极化。驻极体的极化强度远小于其中所有偶极子都排列一致时所产生的饱和强度。但是在一些驻极体中还能得到大约10-2C/m2的极化强度。驻极体是弛豫时间较长的处于亚稳态极化了的电介质。当去掉外加电场

18、时，其极化强度会逐渐减小，它的表面电荷就按指数规律或接近指数规律逐渐衰减。室温下驻极体的极化状态可以长期保存，但在高温下则衰减得很快。2. 特性 驻极体具有体电荷特性，即它的电荷不同于摩擦起电，既出现在驻极体表面，也存在于其内部。若把驻极体表面去掉一层，新表面仍有电荷存在；若把它切成两半，就成为两块驻极体。这一点可与永久磁体相类比，因此驻极体又称永电体。4.3 三极管 1. 原理半导体三极管也称为晶体三极管，可以说它是电子电路中最重要的器件。它最主要的功能是电流放大和开关作用。三极管顾名思义具有三个电极。二极管是由一个PN结构成的，而三极管由两个PN结构成，共用的一个电极成为三极管的基极(用字

19、母b表示)。其他的两个电极成为集电极(用字母c表示)和发射极(用字母e表示)。由于不同的组合方式，形成了一种是NPN型的三极管，另一种是PNP型的三极管。 三极管的种类很多，并且不同型号各有不同的用途。三极管大都是塑料封装或金属封装，常见三极管的外观，有一个箭头的电极是发射极，箭头朝外的是NPN型三极管，而箭头朝内的是PNP型。实际上箭头所指的方向是电流的方向。 电子制作中常用的三极管有90系列，包括低频小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP)，低噪声管9014(NPN)，高频小功率管9018(NPN)等。它们的型号一般都标在塑壳上，而样子都一样，都是TO-92标准封装。在老式的电子产

20、品中还能见到3DG6(低频小功率硅管)、3AX31(低频小功率锗管)等，它们的型号也都印在金属的外壳上。我国生产的晶体管有一套命名规则： 符号的第一部分“3”表示三极管。符号的第二部分表示器件的材料和结构：APNP型锗材料；BNPN型锗材料；CPNP型硅材料；DNPN型硅材料。符号的第三部分表示功能：U光电管；K开关管；X低频小功率管；G高频小功率管；D低频大功率管；A高频大功率管。另外，3DJ型为场效应管，BT打头的表示半导体特殊元件。 图4-3 常用三极管的管脚排列 三极管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成

21、信号的能量罢了。三极管有一个重要参数就是电流放大系数 b。当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流b 倍的电流，即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。 三极管还可以作电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器。 2. 三极管电极和管型的判别（1） 目测法 一般来说，管型是NPN还是PNP应从管壳上标注的型号来辨别。依照部颁标准，三极管型号的第二位(字母)，A、C表示PNP管，B、D表示NPN管。 例如：3AX 为PNP型低频小功率管 3BX 为NPN型低频小功率管 3CG 为PNP型高

22、频小功率管 3DG 为NPN型高频小功率管 3AD 为PNP型低频大功率管 3DD 为NPN型低频大功率管 3CA 为PNP型高频大功率管 3DA 为NPN型高频大功率管 此外有国际流行的90119018系列高频小功率管，除9012和9015为PNP管外，其余均为NPN型管。 （2） 管极的判别 用万用表电阻档判别 三极管内部有两个PN结，可用万用表电阻档分辨e、b、c三个极。在型号标注模糊的情况下，也可用此法判别管型。 基极的判别 判别管极时应首先确认基极。对于NPN管，用黑表笔接假定的基极，用红表笔分别接触另外两个极，若测得电阻都小，约为几百欧几千欧；而将黑、红两表笔对调，测得电阻均较大，

23、在几百千欧以上，此时黑表笔接的就是基极。PNP管，情况正相反，测量时两个PN结都正偏的情况下，红表笔接基极。实际上，小功率管的基极一般排列在三个管脚的中间，可用上述方法，分别将黑、红表笔接基极，既可测定三极管的两个PN结是否完好(与二极管PN结的测量方法一样)，又可确认管型。 集电极和发射极的判别 确定基极后，假设余下管脚之一为集电极c，另一为发射极e，用手指分别捏住c极与b极(即用手指代替基极电阻Rb)。同时，将万用表两表笔分别与c、e接触，若被测管为NPN，则用黑表笔接触c极、用红表笔接e极(PNP管相反)，观察指针偏转角度；然后再设另一管脚为c极，重复以上过程，比较两次测量指针的偏转角度

24、，大的一次表明IC大，管子处于放大状态，相应假设的c、e极正确。 （3）三极管性能的简易测量 用万用表电阻档测ICEO和 基极开路，万用表黑表笔接NPN管的集电极c、红表笔接发射极e(PNP管相反)，此时c、e间电阻值大则表明ICEO小，电阻值小则表明ICEO大。用手指代替基极电阻Rb，用上法测c、e间电阻，若阻值比基极开路时小得多则表明 值大。 用万用表hFE档测 有的万用表有hFE档，按表上规定的极型插入三极管即可测得电流放大系数，若很小或为零，表明三极管己损坏，可用电阻档分别测两个PN结，确认是否有击穿或断路。4.4 单向可控硅单向可控硅是一种可控整流电子元件，能在外部控制信号作用 下由

25、关断变为导通，但一旦导通，外部信号就无法使其关断，只能靠去除负载或降低其两端电压使其关断。单向可控硅是由三个PN结PNPN组成的四层三端半导体器件与具有一个PN结的二极管相比，单向可控硅正向导通受控制极电流控制；与具有两个PN结的三极管相比，差别在于可控硅对控制极电流没有放大作用。 可控硅导通条件：一是可控硅阳极与阴极间必须加正向电压，二是控制极也要加正向电压。以上两个条件必须同时具备，可控硅才会处于导通状态。另外，可控硅一旦导通后，即使降低控制极电压或去掉控制极电压，可控硅仍然导通。 可控硅关断条件：降低或去掉加在可控硅阳极至阴极之间的正向电压，使阳极电流小于最小维持4.5元器件选型 IC选

26、用CMOS数字集成电路CD4011，其里面含有四个独立的与非门电路，内部结构见右图，VSS是电源的负极，VDD是电源的正极。可控硅T选用1 A/400V的进口单向可控硅100-6型，如负载电流大可选用3A、6A、10A等规格的单向可控硅，单向可控硅的测量方法是：用R1档，将红表笔接可控硅的负极，黑表笔接正极(如印制板图所示)，这时表针无读数，然后用黑表笔触一下控制极K，这时表针有读数，黑表笔马上离开控制极K这时表针仍有读数(注意触控制极时正负表笔是始终连接说明该可控硅是完好的。 驻极体选用的是一般收录机用的小话筒，它的测量方法是：用R100档将红表笔 图4-5 CD4011内部结构接外壳的S、

27、黑表笔接D，这时用口对着驻极体吹气，若表针有摆动说明该驻极体完好，摆动越大灵敏度越高。光敏电阻选用的是625A型，有光照射时电阻为20K以下，无光时电阻值大于100M，说明该元件是完好的。二极管采用普通的整流二极管1N40011N4007。总之，元件的选择可灵活掌握，参数可在一定范围内选用。其它元件按图2-1所示的标注即可。5 制作过程5.1 元器件的插装5.1.1 IC插座的安装尽管插座本身在电气上并无极性可言，但错误的安装方向将对以后IC的插入形成误导。另外特别要注意每个引脚的焊接质量，因为IC插座的引脚的可焊性差，容易出现虚焊，焊接时可以适当采用活性较强的焊剂，焊后应加强清洗。5.1.2

28、 晶体管的安装各种晶体管在安装时要注意分辨它们的型号、出脚次序和正负极性；要注意防止在安装焊接的过程中对它们造成损伤。小功率的三极管、场效应管和可控硅，封装外形有时完全相同，有些微型封装的器件，表面只能印一、两个标注字，容易混淆，应该尽量与它们的原包装一道拿取，一时用不完的要及时地放回原包装中去。有时即使是同一种型号的器件，由于生产厂家不同、其出脚的次序也有变化，一定要认准其排列不要相互插错。二极管的引出脚也有阴阳极之分，不能插反。5.1.3 电阻的安装安装电阻时要注意区分同一电路中阻值相同而功率不同、类型不同的电阻，不要相互插错。小功率电阻大多采用卧式安装，并且要紧贴底板安装，以减少引线形成

29、的分布电感。5.1.4 电容的安装瓷片电容安装时要注意其耐压级别和温度系数。铝质电解电容、钽电解电容的正极所接电位一定要高于负极所接，否则将会增大损耗，尤其是铝质电解电容，极性接反工作时将会急剧发热，引起鼓泡、爆炸。5.2 焊接焊接时烙铁头和焊锡靠近被元器件并认准位置，将烙铁头放在工件上进行加热，将焊锡丝放在工件上，熔化适量的焊锡，在送焊锡过程中，先将焊锡接触烙铁头，然后移动焊锡至与烙铁头相对的位置，这样做有利于焊锡的熔化和热量的传导。此时注意焊锡一定要润湿被焊工件表面和整个焊盘。待焊锡充满焊盘后，迅速拿开焊锡丝。焊接完成后，检查一下焊点的质量看看有没有是否有错焊、漏焊、虚焊，再用手指触摸元器件有无松动、焊接不牢的现象，用镊子轻轻拨动焊接部或夹住元器件引线，轻轻拉动观察有无松动现象，确保在焊接这道工艺上不出错误。5.3 其他部分安装把焊接好的开关装上外壳，连上灯泡，准备测试。5.4 测试把连接好的声光控开关和灯泡连上电源，将开关放置在黑暗处，发出声响，电灯被点亮，一会儿，又自动熄灭，开关起效。6 总结通过这次课程设计，锻炼了我们实验操作与动手能力，同时也检验了我们以前所学的知识理论扎实。这次课设，虽然时间短暂，课设难度不大，但这一过程不仅提高了我们个人的动手能力，更增强了我们团队意识，相互配合，动手实践，顺利完成课程设计。的确，收益匪