声光双控延时开关电路的设计与制作(杜奕飞)

1、电工电子技能练习总结报告工程名称：声光双控延时开关电路的设计与制作所在学院：矿业技术学院姓名：杜奕飞同组成员：郭恩博杜奕飞王界骄王鹏刘毅指导教师：宋绍楼毛姣姣施泽勇练习地点：静远218完成时间：2021年7月2日摘要声光双控延时开光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,制作容易,工作可靠等优点,而且降低能耗,节约能源,注重环保是当今世界的主潮流.止匕外,它在一定的场所使用还可起防盗作用.它是公共场所照明开关的理想选择,被人们誉为“长明灯的克星.本次设计的是一个灵敏度较高的声光限制开关,行人只要拍个巴掌就能电路触发.本电路仅使用一只CMOS1

2、电路TC4081BP一个CRZ2-113F型小型驻极体式电容话筒、一个CdS型光敏电阻器以及假设干电阻、电容配合就能将电路触发,使其导通,将电灯翻开.它不需要发送关闭信号,由电路自身的延时电路将灯关闭.当灯被翻开后,延时电路延时约25s后将灯自动关闭.该电路还具有自动光控作用,在白天由光敏电阻器限制着电路.即使受到声音信号的触发,开关也不会翻开.关键词：变压；整流；滤波；稳压；检音、感光；放大；整形；延时可调目录1市场同类产品综述32设计方案及原理分析3主要电子元器件清单3CD4011构成的声光控延时开关参考电路4工作原理53电路制作及调试、试验10灯一直不亮10灯常亮不熄10实际操作114技

3、术经济分析115总结116参考文献121市场同类产品综述随着传感器技术的不断成熟,国内外已经将传感器技术列为优先开展的科技领域之一,声光传感器由于反响速度快,能实现非接触测量,而且精度高、分辨力高、可靠性好,加之半导体光敏器件具有体积小、重量轻、功耗低、便于集成等优点,因而广泛应用于军事、宇航、通信、检测与工业自动化限制等多种领域中.为此我们设计了声光控台灯电路,这是一种电路新奇、平安省电、结构简单、安装方便、使用寿命长的声光双控台灯开关.本声光限制开关的设计节电效果十清楚显,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,随着科学技术的开展,公共场所照明限制手段也在日

4、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,比拟适合在一些治理完善的场所如宾馆、大饭店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限制考虑到价格、治理及安装方便等因素,根据我国情,可以预计在相当一段时期内,声光控延时开关将是首选的主流产品.2设计方案比拟,电气原理图绘制,电路工作原理简要分析主要电子元器件清单序号兀器件名称器件型号位号备注1单向可控硅MCR100-6VS2光敏电阻RL5-10kRL3驻极体话筒MCHB-EM-4FMC3V/Q-60+2DB4三

5、极管C9014VT5二极管1N4007VD1-VD4RU2(1A,600V)6二极管1N4148VD67稳压二极管12VVD58逻辑门电路芯片CD4011A(I-W)二输入四与非门9电阻R13k10电阻R23M续表序号兀器件名称器件型号位号备注11电阻R3510k12电阻R413电阻R5,14电阻R627k15电阻R733k16电阻R8120k17电容C118电解电容C222uF/16V19电解电容C347uF/16V20排针2针CD4011构成的声光控延时开关参考电路声光控延时开关Date:31-Mar-2010SheetofFile:寸开关ddbDrawnBy:1234工作原理光敏电阻器是

6、利用半导体光电效应制成的一种特殊电阻器,对光线十分敏感,它的电阻值能随着外界光照强弱变化而变化.在无光照射时,它呈高阻状态；当有光照射时,其电阻值迅速减小.常见的光敏电阻的外形,光敏电阻器通常由光敏层、玻璃基片或树脂防潮膜和电极等组成.光敏电阻广泛应用于各种自动限制电路如自动照明灯限制电路、自动报警电路等、家用电器如电视机中的亮度自图1动调节,照相机中的自动曝光控制等及各种测量仪器中.声光控延时开关的电路原理图.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.顾名思义,声光控延时开关就是用声音来限制开关的“开启,假设干分

7、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假设干个单元,由此可画出图2所示的方框图.声音信号脚步声、掌声等由驻极体话筒b1接收并转换成电信号,经c1耦合到Q1的基极进行电压放大,放大的信号送到与非门U1A的1脚,R2、R6是Q1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RL1等元件组成光控电路,R7和RL1组成交流24V声光双控延时开关电路串联分压电路,夜晚环境无光时,光敏电阻的阻值很大,RL1两端的电压高,即为高电平s时t=2冗8c3,改变R3或C5

8、的值,可改变延时时间,满足不同目的.U15口U1D构成两级整形电路,将方波信号进行整形.当C5充电到一定电平时,信号经与非门U1C?口U1D后输出为高电平,使单向可控硅导通,电子开关闭合；C5充满电后只向R3放电,当放电到一定电平时,经与非门U1C和U1D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d1d4将交流24V进行桥式整流,变成脉动直流电,又经R9降压,c2滤波后即为电路的直流电源,为B1、Q1、IC等电路供电.为平安起见,当学生第一次调试该电路时,请使用交流24V的平安电压.当电路的功能调试完成并符合要求之后,只需把电阻R9换为83K,该

9、电路就可用来限制交流220V电路中100W以内的白炽灯,即可直接取代普通墙壁手动开关而不必更改原有照明线路.改造后的电路图如下列图3所示.交流220V声光双控延时开关电路.为此在选择电路元器件时应选择灵敏度较高的声音传感器组成声控电路限制电路的前端,同时还要为该传感器设置传感条件如声音响度必须在20DB以上才能响应等.中间端采用触发器构成,利用触发器不触不发,一触即发的特点去推动照明电路工作,触发器的选择也应选择灵敏度高,响应时间短的触发器如D触发器,JK触发器等.光控电路光控电路的主要原理：利用光敏元件随光照强度的变化而阻抗发生变化的特点,去控制电信号的强弱,再由传感器将变化的电信号传递给触

10、发器,只要电信号强度到达一定程度将触发触发器使其导通工作.在这样的电路设计中,对电路元器件的要求也极为高,尤其是光敏元件.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.半导体光敏元件是基于半导体光电效应的光电转换传感器,又称光电敏感器.采用光、电技术能实现无接触、远距离、快速和精确测量,因此半导体光敏元件还常用来间接测量能转换成光量的其他物理或化学量.半导体光敏元件按光电效应的不同而分为光导型和光生伏打型见光电式传感器.光导型即光敏电阻,是一种半导体均质结构.光生伏打型包括光电二极管、光电三极管、光电池、光电场效应管和光控可控硅等,它们属于半导体结构型器件.半导体光敏元件的

11、主要参数和特性有灵敏度、探测率、光照率、光照特性、伏安特性、光谱特性、时间和频率响应特性以及温度特性等,它们主要由材料、结构和工艺决定.半导体光敏元件广泛应用于精密测量、光通信、计算技术、摄像、夜视、遥感、制导、机器人、质量检查、平安报警以及其他测量和限制装置中.常见光敏元件有：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等.延时电路根本原理：从20世纪中后期数字电路的飞速开展到今天技术已越来越成熟.自从电子计数器的出现之后各式各样,功能万千的定时/计数器层出不穷.然而正是电子计数器的出现才使得电子技术的开展上了一个新的台阶.定时/计数这一功能在电子电路中的应用,使智能化电路的设计更加名副其实.我们常见的

12、交通红绿灯,公园里的娃娃车等都是采用了定时计数技术的典型例如.我们大家都看过智力竞赛,都有知道抢答器,然而抢答器更是电子定时/计数器的典型应用.虽然我们可以花几元钱就可以从街上买一个不错的抢答器,但要让我们自己动手做一个出来就不是一件容易的事的,它不仅只是我们所看到的结果能够抢答更为重要的是其功能的实现是集成了很多技术.如定时,锁存,显示等等,由此可见定时/计数器的应用不仅广泛,而且意义深远.延时电路原理是利用了电子计数器的原理实现定时功能.延时电路其构成方案一般有三种,即硬件构成,软件构成和软硬相结合构成.对于由硬件构成的定时器,一般是用改变RC元件值限制定时的,具效率较高,但灵活性,通用性

13、较差如555定时器；而由软件构成的定时器是用执行一段程序来实现定时的,其灵活性通用性较高,但效率较差；故现在设计定时器一般都是采用软硬相结合的方法集两者之长通过编程设定不同的延时常数,而由硬件限制定时过程,其效率和灵活性都得到了较大的提升.如大规模集成电路可编程计数器8253,51单片机通过编程构成计数器等.在一个实际的电路中延时不是主要目的,而主要目的是为了完善电路功能.故作为一个延时电路,在整个电路中其应在延时结束后能发出一个结束信号,限制电路是否继续工作下去.所以前述声控,光控电路尽管也能实现限制电路的功能,但其功能是不完善的,为此应对其进行改良有三种方案可行：声控延时；光控延时；声光联

14、控延时；此三种方案可用于不同的场合,现就第三种方案加以事例进行分析.电路设计分析：该电路由电源电路、声电转换及放大电路、单稳态延时电路和光控电路组成.为了保证用电平安,220V交流市首先经过1:1隔离变压器,隔离变压器的初、次绕组级之间没有电的联系,次级任一线与大地之间没有电位差,所以人接触任一线不会触电.但如果同时接触两线也会触电.电路总体框架：电源电路电源电路由C1、Rl、VDVS及C2组成.交流市电经C1电容降压,VD整流,VS稳压,再由C2滤波后供应整个电路工作.电路采用电容降压,与使用变压器相比,不但缩小了体积,杜绝了噪声,而且也减小了电路能耗.声控电路在本次试验设计中我重点做了声控

15、方面的实验和研究,在选择器材的时候我经过研究比拟最终选用了HTD1点陶瓷片作为声电转换器材.压电陶瓷片是一种结构简单、轻巧的电声器件,因具有灵敏度高、无磁场散播外溢、不用铜线和磁铁、本钱低,耗电少、修理方便、便于大量生产等优点而获得了广泛应用.适合超声波和次声波的发射和接收,比拟大面积的压电陶瓷片还可以运用检测压力和振动,工作原理是利用压电效应的可逆性,在其上施加音频电压,就可产生机械振动,从而发出声音.如果不断对压电陶瓷片施加压力它还会产生电压和电流.压点陶瓷片有两种检测方法,第一种方法是将万用表的量程开关拨到直流电压挡,左手拇指与食指轻轻捏住压电陶瓷片的两面,右手持万用表的表笔,红表笔接金

16、属片,黑表笔横放陶瓷外表上,然后左手稍用力压一下,随后又松一下,这样在压电陶瓷片上产生两个极性相反的电压信号,使万用表的指针先向右摆,接着回零,随后向左摆一下,摆幅约为一,摆幅越大,说明灵敏度越高.假设万用表指针静止不动,说明内部漏电或破损.切记不可用湿手捏压电片,测试时万用表不可用交流电压挡,否那么观察不到指针摆动,且测试之前最好用RX10k挡,测其绝缘电阻应为无穷大.第二种方法是用RX10k挡测两极电阻,正常时应为8,然后轻轻敲击陶瓷片,指针应略微摆动.根据换能器的功能压电陶瓷片大体上根据发射型,接收型,收发型来选用陶瓷,分别陶瓷片的用量根据功率极对应pzt8,pzt5,pzt4,参数主要

17、包括：d33,Fr,Fp,D,Cp0限来算,一般为kHz/cmA3,厚度要根据响应或者灵明度来选取.我们设计的声电转换及放大电路由HTDVI、V2等组成.声控元件采用压电陶瓷片HTD它对猝发声响极为敏感,作为声-电换能元件.它将声响信号转换为相应的电信号后,通过C3耦合至V1、V2组成的直耦式双管放大器进行放大.该放大器由R2、RPl提供偏流,调节RP1,可改变放大器的增益,用以限制声控灵敏度.R4为直流负反响电阻,用来稳定工作点.C4为交流旁路电容,用以补偿放大器的交流增益,R3为放大器的输出直流负载电阻,放大后的负脉冲信号经C5去触发单稳态延时电路,到达限制负载的目的.单稳态延时电路单稳态

18、延时电路由555时基集成电路、R6与C6组成延时回路.稳态时,555集成块3输出端为低电平,当其2脚触发端得到一负脉冲触发信号时,电路即进入暂态,输出端3脚马上翻转为高电平、触发双向晶闸管VT导通,灯泡EL发光.此后,电源经R6向C6充电,当C6端电位升至约2/3VCC电路又自动回复到初始稳定状态,3脚恢复低电平.此时,可控硅因失去触发电路而关断,灯泡熄灭,限制电路暂态结束,进入稳态,等待下一次触发脉冲.图中R5和RP2组成分压电路,为集成块的触发端提供一个开门阈值电平,调节RP2使触发端2脚的电压略大于1/3Vcc,迫使3脚输出低电平.当2脚一旦出现负脉冲信号时,单稳态电路即动作,适当调节R

19、P2也可改变限制灵敏度.光控电路光控电路由555时基集成电路、V4晶闸管等组成.在白天,由于光照度较强,V4的e-c间呈低阻态,为V3提供了一个较大的偏置电流,使其饱和导通.此时,V3的集电极即555集成块的强制复位端4脚被强制为低电平,555集成块处于复位状态,使其输出端3脚包为低电平,双向晶闸管因无触发电流而关断,灯泡EL不亮.因此,白天不管声控信号如何增强,555集成块的3脚始终为低电平,VTH关断,到达白天停止照明的目的.晚问,由于光线明显减弱,V4因无光照而使e-c间呈高阻状态,使V3截止,555集成块强制复位端4脚为高电平,555集成块退出复位状态,电路可受限制.改变R9的值,可以

20、控制光控灵敏度.因此,在设计时不仅须考虑方案的可行性、稳定性,还必须充分考虑元器件的灵敏度,尤其是光敏元件必须选择灵敏度高的,这样电路的功能才能较容易实现.3电路制作及调试、试验根据电路路来进行相对的焊接工作,并将其进行测试和调试,期间注意电解电容器的极性和三极管的管脚排列.压电陶瓷片要通过导线与电路板连接,注意在焊接压电陶瓷片时,时间不能太长以免烫坏压电陶瓷片的镀银层.灯一直不亮可能是灯泡坏掉,也可能是电源或限制电路出现故障.在确认灯泡正常下先检查C2两端是否有10V以下直流电压,假设没有就说明整流二极管出现故障,需对整流电路进行排障；假设C2两端电压正常,在检查光敏电阻正常否,光敏电阻在无

21、光照下阻值应在1M以上,有光照下只有数百欧姆,假设不满足上述条件应更换光敏电阻；让光敏电阻无光照下对CD4011四个与非门输入端依次参加触发信号,并用万用表监测期输出端电平是否改变,假设不变,在其他元件正常下那么说明芯片损坏；假设芯片正常,就检查R3和可控硅是否异常；假设对CD4011各输入端参加触发电平,CD4011能正常翻转且能点亮灯泡,那么应检查话筒、C1、VT.灯常亮不熄首先应该想到这种情况主要是限制电路出现了问题,先检查可控硅是否损坏,假设正常再检查VT有没有开路、R7阻值是否增大、VT5是否开路；假设未发现异常,那么可能CD4011内部损坏,用以上方法确认后予以更换；假设芯片正常那么检查电路有没有短路.实际操作1、在焊接R2时拿错了R6,幸好在焊接R6是发现并及时排除故障；2、在焊接BM时导线裸露局部过长,并且导线也过长,导致安装不上,而后将BMT压缩短与板的距离时出现了裸露局部导线短路现象,不过有早观察到并更换导线；3、缺乏焊接锻炼,为此在焊接过程比拟生疏,焊点也不是焊得太好；4技术经济分析本声光限制开关的设计节电效果十清楚显,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.随着科学技术的开展,公共场所照