声光控制楼道照明灯的设计与制作设计

1、业加工而喊学盘.南段院电子与信息工程学院毕业设计声光限制楼道照明灯的设计与制作专业：应用电子技术班级：电子1122学号：1101202117学生姓名：陈槿雅校外指导教师：朱继军校内指导教师：韩包海二零一四年四月声光限制楼道照明灯的设计与制作摘要：“绿色照明是0世纪90年代初提出的照明领域新方针.现在公共场所各种照明灯的应用逐渐增多,用电量也逐步加大.生活中我们用的最为平常的灯那么是楼道里的照明灯,住过居民楼的人都知道,楼道很窄,晚上行走很不方便,如果让楼道的照明灯一直亮着,那么造成了能源的极大浪费.因此设计一种既不浪费国家电力又方便实用的照明灯系统是很有实用价值的.声光双控照明灯不仅适用于住宅

2、区的楼道,也适用于工厂、办公室、教学楼等公共场所,它具有体积小、灵敏低耗、性能稳定、节能等优点,符合当今节能环保的主题.在晚上或光线较暗时,当有人走过楼梯发出脚步声或其它声音时,楼道灯会自动点亮提供照明,当人们走过楼道后延时几秒自动熄灭；在白天,即使有声音楼道灯也不会亮,从而到达节能目的.关键词：绿色照明；光敏电阻；光控电路；节能目录1绪论11.1 设计背景、目的和意义11.1.1 设计背景11.1.2 设计的目的和意义21.2 国内外开展现状22系统方案设计及论证42.1 设计内容42.2 方案设计42.2.1 方案一42.2.2 方案二52.2.3 方案三62.3 方案论证73硬件电路设计

3、93.1 系统电路的设计93.1.1 三极管放大电路93.1.2 带阻滤波电路103.1.3 单电源放大电路113.1.4 检波和电压比拟电路123.1.5 光控电路133.1.6 延时电路143.1.7 电源电路153.2 主要元器件介绍173.2.1 驻极体话筒173.2.2 光敏电阻183.2.3 NE555定时器183.2.4 运放LM324213.2.5 三端稳压器管223.3 电路图确实定233.4 PCB板制作流程244硬件电路安装与调试254.1 元器件安装焊接及考前须知254.2 电路的调试254.2.1 硬件静态的调试254.2.2 联机仿真调试264.3 遇到的问题265

4、结论27致谢28参考文献29附录A电路原理图29附录BPCB图31附录C元器件清单33附录D实物图341绪论随着科技的开展,电子产品越来越多的走近了人们的生活,科技的力量对科学技术的开展起了不可估量的作用,从爱迪生创造了电灯让人们迎来了电的时代到现在TTL电路,COMS等新技术的应用为人们带来了便捷,声光双控照明灯不仅适用于住宅区的楼道,而且也适用于工厂、办公室、教学楼等公共场所,它具有体积小,外形美观,灵敏低耗、性能稳定、节能等优点,符合当今世界节能环保的主题.通过模拟电子技术的学习,我提出了一种基于晶体三极管工作状态的系统设计方法,结合光敏电阻随着外部环境的阻值改变的特性,给出光控灯的设计

5、方案,在此根底上结合数字电子技术的优点,引入驻极体话筒将声控功能加在其中,同时实现声控和光控,主要思路是通过把声音和光照物理信号通过驻极体传声器和光敏电阻,将其转换为电信号,并利用三极管的放大、开关特性,完成其对电路的限制.定时是运用了NE555电路为核心的单稳态触发器,它有很好的定时作用.根据技术要求选择相应元器件,依次绘制电原理图和印刷线路图,然后做出相应的电路板,安装元器件进行调试直到成功.1.1设计背景、目的和意义1.1.1 设计背景随着现代科技的高速开展,照明灯的需求也在不断地开展,人类有意识地采用各种方法改良它.照明,不仅改变了人们“日出而作,日落而息的生活方式,也丰富了我们的精神

6、世界.生活中我们用的最为平常的灯那么是楼道里的照明灯,住过居民楼的人都知道,楼道很窄,晚上行走很不方便,如果让楼道的照明灯一直亮着,那么难免会浪费国家资源,因此设计一种既不浪费国家电力又很方便实用的照明灯系统是很有实用价值的.声光照明灯的使用极大的节约了资源.我带着这个问题,选择了这个课题！1.1.2 设计的目的和意义设计目的：通过这次的课题研究我可以从理清它的开展脉络上进一步了解它的工作原理,将平时所学习的知识运用到实验探索上,这对提升我的动手水平创新意识及锻炼思维活动是一个莫大的帮助.同时这次的设计能让我进一步地了解照明灯,而不是仅局限于课本知识以内.从小的突破点入手,掌握又一项实用技能,

7、从而实现课堂外的又一次提升！设计意义：随着电子技术的开展,用声光控延时开关代替住宅小区的楼道开关.天黑以后,当有人走过楼梯发出脚步声或其它声音时,楼道灯会自动点亮提供照明,当人们走过楼道,灯延时几秒自动熄灭.在白天即使有声音,楼道灯也不会亮,可以到达节能的目的.声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道,也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所,由于楼道照明是非持续性的,有人经过才需要光亮,而不断的开关通断会影响灯的使用寿命,所以声光控照明灯在楼道照明领域得到广泛应用.1.2国内外开展现状由于近年来我国的照明器材行业的迅速崛起,中国已经成为电光源产品的主要输出国之一.参加WTO后,国际上一些知名品牌大

8、企业相继进入国内产销领域,使得国内竞争国际化,而努力增加节能光源和不同把戏、用途的照明器具的开发,加快绿色、节能光源产品的开发推广和应用是我国目前照明器材行业结构调整的重点,而由此带来的巨大挑战与商业利益也成为一些企业瞩目的焦点.随着全球经济一体化,兴旺国家产业调整的步伐进一步加快,一般照明电器产品生产大量向开展中国家转移,而中国也逐步成为照明电器产品出口大国.展望未来的国内市场,需求仍会呈逐年增长趋势,根底设施建设、城市亮化工程建设都需要照明,这将预示着我国照明市场仍有很大的潜力可挖.随着人们生活水平逐步提升,对生存环境质量的要求也越来越高,对照明电器产品也提出更高的要求.提升照明产品的质量

9、和档次,既是当前摆在我们面前的课题,也是全行业共同努力的长期目标,只有保证产品的质量才能不断地进步,才能使我国成为照明行业中的生产强国,才能为照明电器行业的健康开展做出更大的奉献.2系统方案设计及论证2.1 设计内容本课题研究设计一个声光控节能灯,当无人通过或在白天光线很好时有人通过或者是光线暗但是没人通过时,节能灯均不会开启照明,而当在夜晚或光线较暗时,遇到声响例如脚步声,说话声等,节能灯可自动开启照明,并且延时一段时间后自动熄灭.适用于楼道、走廊、洗涮间、厕所等公共场合,能节电并延长灯泡使用寿命,给人们的生活带来了很多的方便.本次设计的是声光限制楼道照明灯,设计内容包括光控电路、声控电路、

10、放大处理电路、延时电路等.在夜间有声音时,灯点亮,无声后,延时2秒自动熄灭,如果持续有声音,灯一直亮；在白天不管有无声音灯均不亮,从而到达节能目的.完成限制电路的设计,根据技术要求选择相应元器件,依次绘制电原理图和印刷线路图,然后做出相应的电路板,安装元器件,布局美观,焊接良好,然后进行调试,直到成功.2.2 方案设计2.2.1 方案一系统总框图如图2.1所示.本方案以AT89S52单片机为核心设计的一种声光控智能开关限制系统,系统整体硬件电路包括：电源电路、声控电路、光控电路、主控电路及灯控电路.由系统方框图可以看出,声控、光控电路将外界声光信号送到限制器进行处理,然后将处理后的输出相应信号

11、送到灯电路来限制灯泡的亮灭.图2.1方案一系统总框图2.2.2 方案二系统总框图如图2.2所示图2.2方案二系统总框图本方案主要使用数字集成电路CD4011,内部含有4个独立的与非门D1D4,当声音信号由驻极体话筒接收经C1耦合到VT的基极进行电压放大后送到CD4011中的与非门D2的2脚,R4、R7是VT的偏置电阻,C2是电源滤波电容.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.CD4011中的D3和D4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D3、D4

12、后输出为高电平,使单向可控硅导通；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,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,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.电路原理图如图2.3所示.+*图2.3方案二原理图2.2.3 方案三系统总框图如图2.4所示.本方案主要由以NE555为核心设计的电路.整个系统主要由声控电路、光控电路、放大电路、延时电路四局部组成.其中,声控电路与光控电路分别由LM324内部两个放大器组成.声控局部其实是一个负反应放大器,主要是将

13、驻极体话筒接收到的信号进行放大,输出到电压比拟电路中,通过电压的变化来决定LM324输出的是高还是低电平,最终决定是否能驱动NE555工作.光控局部是一个由光敏电阻与另外几个电阻组成的电压比拟器,由于NE555中脚的特性低电平有效,输出为低电平0当有光时,光敏电阻器阻值很小,电流经反向端输出低电平,有无声音信号经过时,LED灯都不亮,且NE555复位；当无光或光线暗时,光敏电阻阻值很大,电流经同向端输出高电平,当有声音信号经过时,LED灯亮,NE555输出高电平.由驻极体话筒接收到的声音信号经反向放大电路送到NE555的、脚来对LED灯亮的时间进行延时.图2.4方案三系统总框图2.3 方案论证

14、经三种方案的比拟,方案一设计到的核心元件是AT89S52单片机,单片机功耗低,编程麻烦,软件调试复杂；方案二电路中使用CD4011来实现声光转换相对复杂,使用电源信号来实现声电转换,传达声音效果不明显.而方案三相对于前两种方案比照,使用的元器件价格廉价,电路结构简单,制作成本低,使用驻极体话筒实现声电转换,传达声音信号的灵敏度高、效益好.综上考虑,我决定使用方案三作为本次设计的总体方案.3硬件电路设计3.1 系统电路的设计本设计电路图见附录A所示,主要采用由LM324、NE555、LM7809、驻极体话筒、光敏电阻、二极管4007、4148、NPN三极管和假设干个电阻与电容组成的电路.接通+1

15、2V电压后,经过LM7809将电压稳定在9V左右输出,电源指示灯L2亮起.由驻极体话筒P接收到外部声音后先经过一个主要由NPN三极管和几个电阻组成的放大电路放大后,通过带阻滤波电路过滤掉50HZ以下频率的信号,然后通过LM324组成的单电源放大电路放大约15倍左右后,通过两个二极管4007对声音信号检波,通过一个电压比拟电路,LM324的脚流入的是一个基准电压,当流经脚的电压大于门限电压后,脚输出高电平,流入NE555的脚.NE555的脚是一个低电平触发脚,止匕时如果是夜晚光线较暗时,光敏电阻Rg组成的光控电路输出高电平触发NE555工作,LED亮起,NE555的、脚限制延长时间2秒后,LED

16、灯自动熄灭,如果是白天光线较强时,由于Rg阻值较小,输出低电平触发NE555的脚复位,NE555不工作LED不凫03.1.1 三极管放大电路三极管放大电路如图3.1所示.本级电路采用的是由驻极体话筒接收到的信号首先进入此由一个NPN三极管和几个电阻电容构成的三极管共射极放大电路,该电路是由直流电源UCC通过R2、R3、R4、R5使三极管获得适宜的偏置,为三极管的放大作用提供必要的条件,R2、R3称为基极偏置电阻,R5为发射极电阻,R4为集电极负载电阻,利用R4的降压作用,将三极管集电极电流的变化转换成集电极电压的变化,从而实现信号的电压放大.电源电压UCC进入电路后经过电解电容E1简单的滤波处

17、理后分压加到晶体管基极,通过三极管进行一定倍数的电压放大.图3.1三极管放大电路3.1.2 带阻滤波电路带阻滤波电路如图3.2所示.主要由运放Lm324和几个电阻电容组成,由于声音信号是连续振荡的不确定信号,为了便于处理,要将信号波形整形,经测试,该电路的设计可以有效的将50HZ以下频率的信号波形进行带阻滤波,从而得到较为稳定的信号输送到下一级电路中.电容的作用通常是阻止直流信号通过,而允许交流信号通过,或者是减小低频信号的通过水平,增加高频信号的通过水平.在这里通过电容与电阻的用并联可以有效的阻止一些低频信号的通过,对信号进行了很有效的处理,得到比拟稳定的信号.再输送到下一级.图3.2带阻滤

18、波电路3.1.3 单电源放大电路单电源放大电路如图3.3所示.输入电压通过电阻R11作用于集成运放的反相输入端,反应电阻跨接在集成运放的输出端和反相输入端之间,引入的是电压并联负反应.同向输入端通过R12和R13串联接地,其为补偿电阻,以保证集成运放的对称性.上一级接收到的信号进入此电路后进行单电源放大,主要由LM324起作用,反应电阻是变阻器Rp1和R14串联连接到LM324的反向输入端脚中,脚连接了电阻R12和R13,该电路主要是一个负反应放大电路,扩展通频带、减小失真,使输出的信号更加稳定.并且对信号进行了第二级放大,放大倍数约为15倍(见式3.1所示)<A=(R14+Rp1)/R

19、11=(14K+5K)/1K=15(式3.1)图3.3单电源放大电路3.1.4 检波和电压比拟电路检波和电压比拟电路如图3.4所示.本设计使用白比拟器是运放LM324.该集成件的具体介绍见下章3.2.4o检波二极管的作用是利用其单向导电性将高频或中频无线电信号中的低频信号或音频信号取出来,广泛应用于半导体收音机、收录机、电视机及通信等设备的小信号电路中,其工作频率较高,但是处理信号幅度较弱图3.4检波和电压比拟电路此电路中主要由上一级接收的信号通过两个4007二极管对信号进行检波,然后进入一个由运放LM324比拟器和电阻R17、RP2构成的电压比拟触发电路,LM324的脚是一个基准电压,该电压

20、作为一个门限电压,平时此处的电压约为？UCC,脚处的电压平时没有声音信号时是一个低电平,比脚基准电压小的多,反向电压大于同向电压,脚输出低电平,一旦前级电路采集的声控信号输出电压升高,脚处的电压大于脚的门限电压,LM324比拟器的正向电压大于反向电压,脚输出高电平,信号进入下一级电路,声控启动.3.1.5 光控电路光控电路如图3.5所示.R18、R19、Rp3、光敏电阻Rg和运放LM324比拟器构成比拟触发电路,平常13脚处的电压为？UCC,白天光照较好的时候,电阻Rg的阻值很小,所以12脚处的电压很低,低于基准电压比拟器的13脚,比拟器输出低电平,由于NE555芯片的脚其实是一个使能端,低电

21、平进入脚后会复位,NE555芯片不工作,光控电路输出的信号被封锁,此时无论有无声音都不会导通LED灯不会亮.当夜晚光线比拟弱的时候,光敏电阻Rg的阻值升高,12脚的电压升高U=IR,高于基准电压,由于正向电压大于反向电压,比拟器输出高电平,送到NE555的脚驱动NE555芯片开始工作,如果此时脚同时接收到小于？UCC的电压时,NE555的脚输出高电平,LED灯点亮.图3.5光控电路3.1.6 延时电路延时电路如图3.6所示.由NE555设计的可重复触发的单稳态电路,电路初始处于输出低电平LED熄灭状态,在晚上无光前提下,脚接收到低电平脉冲后,NE555输出状态立即发生改变,变成高电平,LED灯

22、点亮,电路进入暂稳态状态,延时一段时间后,由于电解电容E5的充电,电压上升到？UCC的时候,输出再次转为低电平,LED灯熄灭,电路进入稳态状态,当脚再次接收到低电平脉冲后,电路触发,E5放电,电路又进入暂稳态状态,灯持续亮一段时间后自动熄灭,此处主要设计通过电阻和电容对NE555的、脚并联起来来实现对灯点亮时间长短进行限制,限制时间公式为Tw=1.1RC=1.1X10K+5K)X100uF=1.65吆,延长时间大约为2秒左右后,灯自动熄灭.图3.6延时电路3.1.7 电源电路电源电路如图3.7所示.在稳压器的两端都接有二极管、电容和电解电容.电容用来实现频率补偿,预防稳压器产生高频自激振荡和抑

23、制电路引入的高频干扰.电解电容用以减少稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰.这里的4007二极管是一个保护二极管,当输入端短路时,给电解电容一个放电回路,预防电解电容两端电压作用于调整管7809的be结击穿而损坏.接通电源后输入电压差不多+12V左右后,经过二极管4007整流,然后经过电解电容E6和瓷片电容C5对信号进行简单的滤波处理,得到较为稳定的电压,再通过一个LM7809将电压稳定在9V左右输出,电源电路中接的发光二极管L2作为电源的检测灯,接通电源后,该指示灯就会亮起.与L2串联的R22电阻是一个限流电阻,可以有效保护发光二极管,预防电流过大时二极管击穿.图3.7电源电路3.2 主要

24、元器件介绍3.2.1 驻极体话筒驻极体话筒外观如图3.8所示.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,其工作电压通常在1.512V.图3.8驻极体话筒工作原理是高分子极化膜上生产时就注入了一定的永久电荷Q,由于没有放电回路,这个电荷量是不变的,在声波的作用下,极化膜随着声音震动,因此和背极的距离也跟着变化,也就是锁极化膜和背极间的电容是随声波变化.根据电荷的公式Q=C?U,驻极体总的电荷量

25、不变,当极板在声波压力下后退时,电容量减小,电容两极间的电压就会成反比的升高.最后再通过阻抗非常高的场效应将电容两端的电压取出来,同时进行放大,我们就可以得到和声音对应的电压了.由于场效应管是有源器件,需要一定的偏置和电流才可以工作在放大状态,因此,驻极体话筒都要加一个直流偏置才能工作.3.2.2 光敏电阻光敏电阻结构如图3.9所示.光敏电阻又称光导管,常用的制作材料为硫化镉,另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化钿等材料.这些制作材料具有在特定波长的光照射下,其阻值迅速减小的特性.一般用于光的测量、光的限制和光电转换.其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

26、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、硒化物和硫化物等半导体.由于光照产生的载流子都参与导电,在外加电场的作用下作漂移运动,电子奔向电源的正极,空穴奔向电源的负极,从而使光敏电阻器的阻值迅速下降.入射光消失后,由光子激发产生的电子一空穴对将复合,光敏电阻的阻值也就恢复原值.在光敏电阻两端的金属电极加上电压,其中便有电流通过,受到一定波长的光线照射时,电流就会随光强的增大而变大,从而实现光电转换.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.半导体的导电水平取决于半导体导带内载流子数目的多少.老版电税转构

27、图图3.9光敏电阻3.2.3 NE555定时器NE555定时器外形如图3.10所示.NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号,555系列IC的接脚功能及运用都是相容的,只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时芯片,只需少数的电阻和电容,便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号.NE555的主要特点：只需简单的电阻器、电容器,即可完成特定的振荡延时作用.其延时范围极广,可由几微秒至几小时之久；操作电源范围极大,可与TTL,CMOS等逻辑电路配合,也就是它的输出电平及输入触发电平,均能与这些系列逻辑电路的高、低电平

28、匹配；其输出端的供给电流大,可直接推动多种自动限制的负载；它的计时精确度高、温度稳定度佳,且价格廉价.NE555的根本参数：供给电压4.5-18V,供给电流3-6mA,输出电流225mAmax,上升/下降时间100ns.图3.10NE555定时器NE555引脚位的介绍：Pin1接地-地线或共同接地,通常被连接到电路共同接地.Pin2触发点-这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期.触发信号上缘电压须大于2/3VCC,下缘须低于1/3VCC.Pin3输出-当时间周期开始555的输出输出脚位,移至比电源电压少1.7伏的高电位.周期的结束输出回到O伏左右的低电位.于高电位时的最大输出电流大约20

29、0mAoPin4重置-一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位.它通常被接到正电源或忽略不用.Pin5限制-这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压.当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率.Pin6重置锁定-Pin6重置锁定并使输出呈低态.当这个接脚的电压从1/3VCC电压以下移至2/3VCC以上时启动这个动作.Pin7放电-这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出水平,当输出为ON时为LOW,对地为低阻抗,当输出为OFF时为HIGH,对地为高阻抗.Pin8V+-这是555个计时器IC的正电源电压端.供给电压白范围是+4.5伏特最小值至+16

30、伏特最大值.内部功能框图如图3.11所示.图3.11NE555功能图本次声光控照明灯设计中的应用单稳态触发器介绍：单稳态触发器的原理和波形图如图3.12所示原理Y1b流力图图3.12单稳态触发器的原理和波形图NE555的高触发端TL脚外接触发信号.TH脚和放电端D脚接RC定时电路,低触发端单稳态触发器的定时时间就是输出脉冲的宽度Tw见式3.1.TwM.11XR1XC1式3.13.2.4 运放LM324LM324的引脚排列如图3.13表示.LM324系列由四个独立的,高增益,内部频率补偿运算放大器,其中专为从单电源供电的电压范围经营.它采用14脚双列直插塑料封装,内部包含四组形式完全相同的运算放

31、大器,除电源共用外,四组运放相互独立.它有5个引出脚,其中疑f为两个信号输入端,V+7V-为正负电源端,Vo为输出端两个信号输入端中,Vi-为反相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+(+)为同相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同图3.13LM324的引脚排列3.2.5 三端稳压器管直流稳压芯片用LM78/LM79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少,电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路,使用起来可靠、方便,而且价格便宜.该系列集成稳压IC型号中的LM78或LM79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压,如LM7806表示输出电压为正

32、6V,LM7909表示输出电压为负9V.由于三端固定集成稳压电路的使用方便,电子制作中经常采用.在78*、79*系列三端稳压器中,最常用的是TO-220和T0-202两种封装.这两种封装的图形及引脚序号、引脚功能如图3.14所示.三端弹压网78、79系列脚序号判断技巧图3.14三端稳压管引脚及功能图中的引脚号的标注方法是根据引脚电位从高到低的顺序标注的,引脚为最高电位,脚为最低电位,脚居中.从图中可以看出,不管78系列、还是79系列,脚均为输出端.对于78正压系列,输入是最高电位,为脚,地端为最低电位,为脚.对于79负压系列,输入为最低电位,自然是脚,而地端为最高电位,为脚,输出为中间电位,为

33、脚.此外,还应注意,散热片总是和最低电位的第脚相连,这样在78系列中,散热片和地相连接,而在79系列中,散热片和输入端相连接.用万用表判断三端稳压器的方法与三极管的判断方法相同,三端稳压器类似于大功率三极管.本设计采用了稳压管LM7809将输入电压稳定在9V左右.3.3 电路图确实定本设计电路主要由LM324、NE555、LM7809、驻极体话筒、光敏电阻、二极管4007、4148、NPN三极管和假设干个电阻与电容组成的电路.具体电路图见附录A所示.3.4 PCB板制作流程1 .根据电路功能需要设计原理图.原理图的设计主要是依据各元器件的电气性能根据需要进行合理的搭建,通过该图能够准确的反映出

34、该PCB电路板的重要功能以及各个部件之间的关系.2 .生成PCB.网络生成以后,根据PCB面板的大小来放置各个元件的位置,在放置时需要保证各个元件的引线不交叉.放置元器件完成后,最后进行DRC检查,以排除各个元器件在布线时的引脚或引线交叉错误,当所有的错误排除后,一个完整的PCB设计过程完成.要注意的是,在PCB设计中,必须注意焊盘的大小应该设计合理,孔径太小打孔时候困难无法实现电路正常连接,如果线宽不限制好,容易造成搭线等问题.3 .利用专门的复写纸张将设计完成的PCB图通过喷墨打印机打印输出,然后将印有电路图的一面与铜板相对压紧,最后放到热交换器上进行热印,通过在高温下将复写纸上的电路图墨

35、迹粘到铜板上.一般来说经过2-3次转印,电路板就能很牢固的转印在覆铜板上.4 .制板.先检查一下电路板是否转印完整,假设有少数没有转印好的地方可以用黑色油性笔修补.放入腐蚀液中等待20分钟左右,等铜板上除墨迹以外的地方全部被腐蚀之后,将铜板取去,然后将清水将溶液冲洗掉.5 .打孔.依据电子元件管脚的粗细选择不同的钻针,在使用钻机钻孔时,线路板一定要按稳,钻机速度不能开的过慢也不能过快否那么很容易打偏,钻孔完成后,在PCB板外表涂上一层松香水以预防被空气氧化.然后就可以找好元器件进行合理安装和焊接了.4硬件电路安装与调试4.1 元器件安装焊接及考前须知根据电路图将元器件安装在相应的地方,对焊点的

36、质量要求包括电气接触良好、机械结合牢固和美观三个方面.保证焊点质量最重要的一点,就是必须预防虚焊.焊接时利用烙铁头的对元件引线和焊盘预热,烙铁头与焊盘的平面最好成450夹角,等待焊金属上升至焊接温度时再加焊锡丝.被焊金属未经预热,而将焊锡直接加在烙铁头上,使焊锡直接滴在焊接部位,这种焊接方法常常会导致虚焊.焊锡加焊盘上而不是仅仅加在元件引脚上,待焊盘温度上升到使焊锡丝熔化的温度,焊锡就自动熔化.被焊件必须具备可焊性,被焊金属外表应保持清洁,要使用适宜的助焊剂,并且具有适当的焊接温度,还要保持适宜的焊接时间.尽可能缩短低频元器件之间的连线,设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰.易受干扰的元器

37、件不能相互挨得太近,输入和输出元件应尽量远离.4.2 电路的调试4.2.1 硬件静态的调试首先排除逻辑故障,这类故障往往由于设计和加工制板过程中工艺性错误所造成的.主要包括错线、开路、短路.排除的方法是首先将加工的印制板认真对照原理图,看两者是否一致.应特别注意电源系统检查,以预防电源短路和极性错误,并重点检查系统总线是否存在相互之间短路或与其它信号线路短路.必要时利用数字万用表的短路测试功能,可以缩短排错时间.其次要排除元器件失效,造成这类错误的原因有两个：一个是元器件买来时就已坏了；另一个是由于安装错误,造成器件烧坏.可以采取检查元器件与设计要求的型号、规格和安装是否一致.在保证安装无误后

38、,用替换方法排除错误.最后要排除电源故障,在通电前,一定要检查电源电压的幅值和极性,否那么很容易造成集成块损坏.加电后检查各插件上引脚的电位.4.2.2 联机仿真调试联机仿真必须借助仿真开发装置、示波器、万用表等工具.这些工具是单片机开发的最根本工具.电路连接要美观,接好后,先不要接电源,用数字万用表检查每条线路断通情况,经检查无误后接入+12V电源,电源指示灯LED绿灯亮起,在未遮挡光敏电阻的情况下向驻极体话筒拍手,观察红色LED灯,LED灯不亮,遮挡光敏电阻后拍手,LED灯亮,且持续2秒,当连续拍手时,LED灯持续亮,彳¥止拍手,LED红灯亮2秒后自动熄灭,电路连接正确,到达设计

39、目的.如果长时间亮起不灭关闭电源,调试电路,直到LED灯亮2秒后熄灭,在调试过程中,一开始状态不是很稳定,通过对Rp4变阻器的调节到达波形稳定的状态.调试成功,电路正常.4.3 遇到的问题在本次调试中,发现光敏电阻我在焊接时是直接贴着焊板焊接的,这样对调试时极其麻烦且光敏电阻对光的灵敏感度会大大降低,所以我将光敏电阻拔起重焊,尽可能撑Mi点0一开始在调试时,经检查确定电路是正常没有短路或虚焊后,红灯还是没有方法亮,只有电源指示灯绿灯一直亮,通过进一步仔细检查后,发现驻极体话筒的两极被我接反了从而导致根本无声音信号进入电路中.把两端换过来后,红灯亮起,电路正常.5结论本次设计的原理清楚,设计性能

40、指标的灵敏度根本到达设计的要求.在整个设计过程中,本着节约的精神,我用的都是简单廉价的元器件,降低了系统本钱.本次的声光限制灯设计增强了我思考、动手和解决问题的水平.从学习的理论知识和实践操作上我不仅仅得到的是课本上的东西,更重要的是我通过自己的独立动手学会了分析、设计电路.我还学到了很多以前专业课上没学过的东西,或者说是弥补了以前专业课所学过而遗忘了的知识,锻炼了我主动学习的水平.在此设计中利用到了放大、光敏、延时的知识,让我进一步稳固和掌握所学的根底知识,加深了我对模拟、数字电路的理解.设计一开始不知如何下手,经过查阅资料还有老师的帮助完成了实践要求.我自知这次的设计有很多的缺乏,很多东西平时学得也不透彻,我希望能从中收获良多的知识,把知识真正变成自己的东西.在设计过程中,经常会遇到这样那样的情况,心里想这样的接法可以行得通,可是实际接上电路总是实现不了,因此消耗在这上面的时间用去太多,在这次设计中我了解了很多元件的功能,平时课本上看不懂的东西通过实践做设计那些问题都迎刃而解了而且记得更牢,熟悉来源于实践,实践是熟悉的动力和最终目的,是检验真理的唯一标准.在中国这个高速开展的国家,只有不断更新自己,不断的吸取知识的精华