楼道声控灯设计范靖沅

目录第一章绪论1第二章课程设计内容与要求22.1设计内容22.2设计要求22.3设计目的2第三章系统总体方案设计及方案论证33.1设计方案33.2楼道声控灯的根本原理33.3元器件的介绍63.3.1电阻器63.3.2驻极体话筒BM73.3.3555定时器电路93.3.474HC123113.3.5LM35812第四章硬件电路安装及调试14第五章总结与展望16参考文献17附录18第一章绪论随着电子技术的开展，尤其是数学技术的开展，用数字电子技术实现等的自动发亮、能节电、延时灯的寿命变得越来越重要，而且贴近我们的生活，声光控电路已成为人们日常生活必不可少的必需品，声光控灯顾名思义，声控灯即是用声旨束控制电灯亮灭或亮度强弱的一种灯具，控制某一用电负载的方法多种多样，用光的强弱控制的称光控，用温度上下控制的你温控，用磁场强弱控制的称磁控，还有依靠压力、湿度的等等。使用这种照明电路,人们就不必在黑暗中摸索开关,也不必再担忧点长明灯费电和损坏灯泡了。夜间只要有脚步声或其它较强的声响时,灯便自动点亮,延时一定时间后自动熄灭。特别适用自动控制路灯照明以及走廊和楼道等处的短时照明。目前许多声控开关的平均使用寿命不长，主要是因为电路作频繁的开关，启动电流非常大，导致功率元件可控硅由于过载而损坏。本文中采用开关电压过零保护技术，可消除白炽灯开启瞬间的大电流冲击，有效地防止可控硅元件启动时的电流过载，大大地延长了开关的使用寿命，并且可以起到保护灯泡的作用。本次课程设计的任务是楼道声控灯，根据模拟电子和数字电子所学的知识自主设计，在老师的指导下以小组为单位组装实物并调试。如今，人们对声控技术越来越熟悉。用声音代替肢体动作给人们带来了很多的好处和便利。因此，越来越多的声控设备广泛地应用到人们的生活当中。第二章课程设际内容与要求2.1设计内容设计声光控制照明灯。2.2设计要求要求该电路夜间有声音信号时，照明灯〔用LED发光管模拟〕点亮；无声时延迟5秒后熄灭;如声音间隔小于5秒，那么LED持续点亮。白天有声无声均不点亮。2.3设计目的本次课程设计主要是配合《模拟电子技术》和《数字电子技术》理论课程而设置的一门实践性课程，起到稳固所学知识，加强综合能力，培养电路设计能力，提高实验技术，启发创新思想的结果。只有在天黑之后，当有人走过楼道通道，发出脚步声或其他声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以到达节能的目的。楼道声控灯不仅适用于住宅处的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、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。第三章系统总体方案设计及方案论证3.1设计方案3.2楼道声控灯的根本原理声控电路是驻极话筒接受声信号并将信号转化为电流信号〔交流信号〕，使三极管由饱和状态转为截止状态，电阻很大，根本上为VCC电压值。所以在声音信号来到的同时会有三极管C极电压的跳变现象，这一现象使得声控功能得以实现。驻极体话筒，作为声控局部声电转换元件。当声音信号通过驻极体话筒转变为电信号时，送人LM358，电信号通过LM358放大，其中LM358组成负反应，稳定静态工作点，对交流信号进行放大，放大倍数为：，≈51(倍)信号放大后经过NE555构成的施密特触发器进行波形整形，送人单稳态触发器74LS123。它的暂稳态出现由外输入信号决定，暂稳态时间由RC决定，此电路图的暂稳态时间计算如下：Tw≈Rext*Cext*ln2=0.69*150*10^3*0.47*10^-6≈4.8645s≈5s进入暂稳态后，74LS123输出低电平，LED导通，即发光。图3-2-光控电路是根据光线的强弱来优先决定电灯的亮灭。声音信号由驻极体话筒BM接收，经过反比放大，放大的信号送到NE555定时器的2,6脚。该电路可以对声控延时电路进行控制，在白天光线较强时，该电路在光控电路的作用下，处于关闭状态，对任何声音信号都不响应，在晚上光线较弱时，光控电路将该电路的功能翻开，使得该电路能根据外界声音信号做出相应的响应。NE555定时器的输出去控制74HC123声控延时电路。该电路主要在光线较弱时起作用。这主要是通过光控电路的输出来控制的。图3-2-延时电路是一种内无接触点，在特定环境光线下采用声响效果激发拾音器进行声电转换来控制用电器的开启，并经过延时后能自动断开电源的节能电子开关。广泛用于楼道、建筑走廊、洗漱室、厕所、厂房、庭院等场所，是现代极理想的新颖绿色照明开关，并延长灯泡使用寿命。图3-2-3延时电路图图3-2-3.3元器件的介绍器件清单表3.3.174HC123一块NE555一个LM358一个驻极体话筒一个电阻：330Ω2;1K/4;4.7K/5;10K/2;150K/2电位器单圈蓝色方形一个22KΩ电容：16V47uF一个；16V10uF两个；光敏电阻；发光二极管LED一个；3.3.1电阻器电阻器的种类有很多，通常分为三大类：固定电阻、可变电阻、特种电阻。光敏电阻是一种电阻值随外界光照强弱〔明暗〕变化而变化的原件，光越强阻值越小，光越弱阻值越大。光敏电阻器又叫光敏电阻，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，一般用于光的测量、光的控制和光电转换〔将光的变化转化为电的变化〕。通常，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〕内就激发出电子一空穴对，参与导电，使电路中电流增强。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1~10M欧,在强光条件〔100LX〕下，它阻值〔亮阻〕仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性〔即光谱特性〕与人眼对可见光〔0.4~0.76〕μm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。图3-3-1光敏电阻外形图和电路符号3.3.2驻极体话筒BM1、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。构造与原理驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两局部组成。声电转换的关键元件是驻极体振动膜。它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜。然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。当驻极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压。驻极体膜片与金属极板之间的电容量比拟小，一般为几十pF。因而它的输出阻抗值很高(Xc＝1／2~tfc)，约几十兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。场效应管的特点是输入阻抗极高、噪声系数低。普通场效应管有源极(S)、栅极(G)和漏极(D)三个极。这里使用的是在内部源极和栅极间再复合一只二极管的专用场效应管。接二极管的目的是在场效应管受强信号冲击时起保护作用。场效应管的栅极接金属极板。这样，驻极体话筒的输出线便有三根。即源极S，一般用蓝色塑线，漏极D，一般用红色塑料线和连接金属外壳的编织屏蔽线。图3-3-22、驻极体话筒工作原理驻极体话筒体积小，结构简单，电声性能好，价格低廉，应用非常广泛。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。我们知道电容上电荷的公式是Q＝C×V，反之V＝Q/C也是成立的。驻极体总的电荷量是不变，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，反之电容量增加时电容两极间的电压就会成反比的降低。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。由于场效应管时有源器件，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、驻极体话筒选配注意驻极体话筒价格很低，损坏后做更换处理，关于驻极体话筒选配要注意以下几点：〔1〕两根和三根引脚的驻极体话筒之间不能直接替代，一般情况下也不做改动电路的代替。〔2〕这种话筒没有型号之分，相同引脚数的话筒可以代替，只是存在性能上的差异。词条图册更多图册3.3.3555定时器电路集成定时器555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个5K电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，二者的结构和工作原理类似。二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。555电路构成单稳态触发器，如图3-3-3-1所示。图3-3-3-1单稳态触发器555定时器内部电路见图3-3-3-2所示。图3-3-3-2555定时器的内部结构555定时器的功能主要由两个比拟器决定。两个比拟器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，那么电压比拟器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。假设触发输入端TR的电压小于VCC/3，那么比拟器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，那么C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。一般用5V。3脚：输出端Vo2脚：低触发端6脚：TH高触发端4脚：是直接清零端。当此端接低电平，那么时基电路不工作，此时不管TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。假设此端外接电压，那么可改变内部两个比拟器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。在1脚接地，5脚未外接电压，两个比拟器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表3-3-3-4所示。表3-3-3-4555定时器的功能表清零端高触发端TH低触发端Q放电管T功能0

×

×0导通直接清零101x保持上一状态保持上一状态110x保持上一状态保持上一状态10

10

11

0导通截止置1

清零3.3.474HC12374HC123是单稳态触发器。其Rxcx(7,15)和Cx端(6,14)接定时的电阻和电容,即决定触发后Q端产生的单脉冲宽度.Rbar(3,11)是低电平复零,不作复零时为高电平。Abar(1,9)是下降沿触发输入端,通过Abar用负脉冲触发,不用时保持高电平.B(2,10)是上升沿触发输入端,通过B用正脉冲触发,不用时置低.。Q(5,13)与Qbar(4,12)分别输出正负定时单脉冲。特点：第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；第二，在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态维持一段时间后，在自动返回稳态；第三，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。由于具备这些特点，单稳态触发器被广泛应用于脉冲整形、延时以及定时等。器件中单稳触发器作用是不管触发信号持续多长时间，只固定维持外围阻容给定的一段时间就恢复触发前状态，外围电阻电容决定单稳时间，因为触发是由边缘触发，上升或下降沿。可再触发单稳不同之处是前次触发后的单稳没有恢复触发前状态而又有触发信号时，可再触发单稳将在触发边缘开始继续维持阻容给定的单稳时间，而单稳是不理会在翻转后的触发信号的。此芯片也可做多谐振荡器用。74HC123单稳态触发器。它有两种输入，A为低电平有效，B为高电平有效。有两种输出，正好相反。用外接的电阻电容作定时元件，时间自己定，比74LS电路易用。单稳态触发器74HC123及外围电路来实现该功能。74HC123为双可重复触发的单稳态，其输出脉冲的宽度主要取决于定时电阻R与定时电容C，脉宽的计算为电容值与电阻值的乘积即：WP=R´C，在实际设计中R=5kW，C=80pF，输出脉宽为400ns、幅度约5V。脉冲快沿放大与射极跟随输出电路，主要作用是对整形与展宽后的触发脉冲进行加速和放大，以便得到有较高幅度和较快上升沿的脉冲信号去触发场效应管2SC3306。图3-3-474HC123引脚3.3.5LM358LM358里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。图3-3-5LM358引脚图及引脚功能LM358封装有塑封8引线双列直插式和贴片式两种。LM358的特点:

.内部频率补偿

.低输入偏流

.低输入失调电压和失调电流

.共模输入电压范围宽，包括接地

.差模输入电压范围宽，等于电源电压范围

.直流电压增益高(约100dB)

.单位增益频带宽(约1MHz)

.电源电压范围宽：单电源(3—30V)；

.双电源(±1.5一±15V)

.低功耗电流，适合于电池供电

.输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V)第四章硬件电路安装及调试在进行硬件安装的过程中，我们遇到了很多的问题。第一次使用电路板，对它内部的连接并不熟悉，从而出现了很多的错误。首先是安装元件，把他们的位置摆放好。两两之间的关系在电路板上有一个好的表达，使人一目了然，而且要到达美观和线路连接简易，尽量用到最少的线，是它看起来不乱。然后要做的就是分析电路图，在电路板上配线，用到的工具有各种钳子，镊子等。焊接，一般常用焊锡做焊料。它具有较好的流动性和附着性。在一定温度、湿度及振动冲击下有足够的机械强度。而且具有耐腐蚀性，使用方便等优点。焊剂：作用是除去油污，防止焊件受热氧化，增强焊锡的流动性。常用的电烙铁有外热式、内热式和速热式三种。一般功率不能过大，假设选用的功率过大，不易掌握火候，很容易使元件过热而损坏。焊点的质量直接关系到整块电路板能否正常工作，也是每个操作人员要学会并掌握的根本功。焊接顺序及方法先测量，作好记录、清洁、挂锡焊接、最后在检查测量。焊接方法：1、右手持电烙铁。左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线。焊接前，电烙铁要充分预热。烙铁头刃面上要吃锡，及带上一定量焊锡。2、将烙铁头刃面紧贴在焊点处。电烙铁与水平面大约成60度角。以便于熔化的锡从烙铁头上流到焊点上。烙铁头在焊点处停留的时间控制在2~3秒钟。3、抬开烙铁头。左手仍持元件不动。待焊点处的锡冷却凝固后，才可松开左手。4、用镊子转动引线，确认不松动，然后可用偏口钳剪去多余的引线。待线路连接好了之后，进行调试。正确的现象是接通电源灯亮一会熄灭，