聲光控?zé)舻脑O(shè)計(jì)論文

1、學(xué)號(hào) 2011301714畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目聲光控?zé)粼O(shè)計(jì)系部機(jī)械電子系專業(yè)機(jī)電一體化班級(jí)機(jī)電1107姓名王志坤指導(dǎo)教師白金柯2013年10月29日河南化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書光控?zé)艉吐暪饪責(zé)羰蔷蛹艺彰鞯闹匾M成部分（如樓道、衛(wèi)生間、小巷等），它們 的出現(xiàn)使我們的生活方便許多，既可避免摸黑找開關(guān)造成的摔傷碰傷，乂可杜絕樓道 燈有人開、沒人關(guān)浪費(fèi)能源的現(xiàn)象。介紹了用三極管和與非門芯片實(shí)現(xiàn)光控?zé)艉吐暱責(zé)舻脑?，重點(diǎn)介紹了二者的實(shí)現(xiàn) 方法和具體細(xì)節(jié)，及制作過程中遇到的問題和相應(yīng)的解決方案。關(guān)鍵詞：光控?zé)簟⒙暱責(zé)?、光敏電阻、麥克風(fēng)、導(dǎo)通、截至、河南化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書AbstractOpti

2、cally controlled lamp and acoustic control lamp play an imp ortant role in our daily life (like in corridor, toilet, alleyway andso on). They make our life more covenientBy use of them, we can not only protect ourselves from the hurt that maybe caused in looking for the switches of lights in the dar

3、k, but also elimin ate the phenomenon that someone turn on the light but nobody tu rn off to avoid the waste of resourcesIt introduces the principle of how to use dynatrons and a n and gate chip to achieve the purpose that control the lights by light and sound, and specially stresses the ways and co

4、ncrete de tails about how to use them to achieve the purpose and the sol utions of the problems that will be met in the process of maki ng it.Key words : Optically controlled, acoustic control, mirephone, light dependent lesistoibreakovei; cutoff1河南化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書Abstract摘要目錄31設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)42設(shè)計(jì)要求4 3總體框圖設(shè)計(jì)4

5、功能設(shè)計(jì)54.1 VCC值的確定64.2延時(shí)的確定64.3與非門的髙低點(diǎn)評(píng)的輸入確定64.4整流電路設(shè)計(jì)74.5電容濾波電路84.6晶閘管的工作原理95總原理137元器件清單1115148總結(jié)致謝16參考文獻(xiàn)17河南化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)1、鞏固加深對(duì)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。2、通過查找資料、選方案、設(shè)計(jì)電路、仿真或調(diào)試、寫報(bào)告等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，熟悉設(shè)計(jì)過程、步驟。為今后從事電子線路的設(shè)計(jì)、研制電子產(chǎn)品打下良好的基礎(chǔ)。3、作為電力電子技術(shù)的入門，學(xué)習(xí)晶閘管的應(yīng)用。4、設(shè)計(jì)模擬和數(shù)字電子混合電路，實(shí)現(xiàn)特定功能

6、。學(xué)習(xí)這一技能，積累這方面的經(jīng)驗(yàn)。2設(shè)計(jì)要求1、設(shè)計(jì)辦公大樓、寫字樓或居民住宅樓內(nèi)應(yīng)用的聲控?zé)糸_關(guān)。2、在白天照度較高時(shí)，即樓道內(nèi)光線充足時(shí)本開關(guān)不啟動(dòng)，燈熄滅。3、夜晚樓道內(nèi)光線較差時(shí)，若樓道內(nèi)充分安靜（無人行動(dòng)時(shí)），燈泡不啟動(dòng)。4、若在光線較差的樓道內(nèi)有人發(fā)出聲響，就啟動(dòng)該裝置使燈泡點(diǎn)亮。5、畫出電路圖（1）用protel繪制電路圖（2）布局合理、排列均勻、圖面清晰、便于看圖、有利于對(duì)圖的理解和閱讀。（3）圖形符號(hào)要標(biāo)準(zhǔn)，圖中應(yīng)加適當(dāng)?shù)臉?biāo)注。3總體框圖設(shè)計(jì)根據(jù)技術(shù)要求，此聲控?zé)糸_關(guān)可由以下兒個(gè)單元組成：圖1整體框圖河南化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書4功能設(shè)計(jì)根據(jù)圖2電路，原理如下：由四個(gè)二極管

7、組成的橋式整流電路將輸入電路的220v50hz交流電壓變換成脈動(dòng)直 流。該脈動(dòng)直流電壓一路由R3和Rl、C3分壓并濾波后得到傳感及邏輯控制電路所用的 電壓VCC；另一路接到晶閘管BT169的陽極。當(dāng)BT169的控制極（柵極）為高電平且輸入的交流信號(hào)VfCOS （wt+0）處于正半 周期時(shí)，電流由D2-地一D4燈流過而將燈點(diǎn)亮。當(dāng)Vi處于負(fù)半周期時(shí)，電流由燈一 D3-地一Di而將燈點(diǎn)亮。當(dāng)BT169的控制極為低電平時(shí)，晶閘管截止，此時(shí)不會(huì)產(chǎn)生 驅(qū)動(dòng)燈的電流，此時(shí)燈是熄滅的。由此可見，燈的亮滅是由晶閘管的控制極電平?jīng)Q定 的。因此，關(guān)鍵的問題是如何控制其柵極電平的高低。有光時(shí)燈滅；無光無聲時(shí)燈滅；無

8、光有聲時(shí)燈亮。參見圖2,對(duì)光敏電阻RW而言, 當(dāng)有光時(shí)，Rw2MQ,此時(shí)HD14011的1腳是高電平，此時(shí)第一個(gè)與非門的輸出 取決于2腳的狀態(tài)，而2腳的狀態(tài)將由噪聲傳感器來決定，當(dāng)沒有聲音時(shí)，2腳為低電 平，因此A為高電平，B為低電平，C為高電平，D為低電平，此時(shí)晶閘管截止，燈泡河南化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書為暗。當(dāng)有聲音產(chǎn)生時(shí)，在麥克兩端產(chǎn)生一個(gè)交流信號(hào)，經(jīng)過電容而將2腳置成高電 平，此時(shí)A為低電平，B為高電平，C為低電平，D為高電平，從而將晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通, 燈泡點(diǎn)亮，同時(shí)由于B點(diǎn)為高電平，可對(duì)電容C2充電，這樣，當(dāng)聲音消失之后，由于 C2和R7的存在，使C點(diǎn)維持在低電平直到Q放電結(jié)束，在此

9、過程中，燈泡將會(huì)一直保 持在亮的狀態(tài)直至此過程結(jié)束。4.1 VCC值的確定可由R3、R1的分壓作用將家用電壓經(jīng)整流后所得電壓Vo二220 x 1.414=31輸入電壓的表達(dá)式為：Vcc=Ri*Vo/ (R1+R3)算得Vcc=5V42延時(shí)的確定圖3延時(shí)電路部分由R；、G組成延時(shí)電路，要求延時(shí)為lmin,與非門工作高低電平為3. 4V, 0. 3V 延時(shí) T 計(jì)算公式：t-R；C2ln (J/VQ 算得 R；=l 1MQ C：=22ufi=NPN 的參數(shù)為：B =50Vce(sat)=0. 3V Vbe=0. 7V如果無光時(shí)，Rw2MQ ,與非門有一腳是高電平，此時(shí)第一個(gè)與非門的輸出取決于 另腳

10、的狀態(tài)，此腳的狀態(tài)將由噪聲傳感器來決定。當(dāng)沒有聲音時(shí)：河南化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書燈不亮，要求第一個(gè)與非門的一腳為低電平，即使三極管工作在飽和區(qū)滿足條件, 且輸出的電壓為0. 3Vo此時(shí)A為高電平，B為低電平，C為高電平，D為低電平，此時(shí) 晶閘管截止，燈泡為暗。由三極管的工作參數(shù)得：lbs二(Vcc-Vce) /Rs 3 =0. 2uAIb= (Vcc-Vbe) /R2 =1. 4uA在飽和工作區(qū)不滿足*二B且IbIbs令 Ib=10lbs由此可得 R8=510KQR2=3M Q當(dāng)有聲音時(shí)：燈亮，要求第一個(gè)與非門的一腳為高電平，三極管工作在放大區(qū)且輸出高電平3.4V。在麥克兩端產(chǎn)生一個(gè)交流信

11、號(hào)，經(jīng)過電容而將腳置成高電平，此時(shí)A為低電平, B為高電平，C為低電平，D為高電平，從而將晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，燈泡點(diǎn)亮。R二R6/R2 算得 R二35 QI二Ib+Vce/R算得 I二20mA滿足聲音傳感器的額定電流I二20mA,電壓112V。VCCOC1R6R2RbeR8Vi圖4等效圖4. 4整流電路設(shè)計(jì)整流電路有單相橋式整流電路，單相半波整流電路，單相全波整流電路等。 本系統(tǒng)選用單相橋式整流電路。河南化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書=單相橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，其電路如圖5所示。 在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖5的電路圖可知：

12、當(dāng)負(fù)半周時(shí)二極管Di、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)正半周時(shí) 二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過 合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖5。圖5整流電路及波形圖4. 5電容濾波電路濾波電路利用電抗性元件對(duì)交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。電容器c對(duì)直流開路, 對(duì)交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器Z對(duì)直流阻抗小，對(duì)交流阻抗大, 因此L應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量、乂可濾掉一部分交流分 量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動(dòng)系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。濾波電路常有電容濾波，電感濾波

13、和氏濾波等。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)在單相橋式整流電路 直接接并聯(lián)電容構(gòu)成電容濾波電路，經(jīng)過此電容濾波電路濾去整流輸出電壓的紋波。VCCOR3電容濾波電路如圖6所示濾波原理：若電路處于正半周，二 極管D2、D4導(dǎo)通，變壓器次端電壓吃 給電容器C充電。此時(shí)C相當(dāng)于并聯(lián)在河南化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書吃上，所以輸出波形同吃,是正弦形。所以，在門到吃時(shí)刻，二極管導(dǎo)電，C充電，代二江按正弦規(guī)律變化；圖6電容濾波電路 t2到r3時(shí)刻二極管關(guān)斷，憶二幾按抬數(shù)曲線下降，放電時(shí)間常數(shù)為TiLQfi h h盡筆工減少時(shí)，導(dǎo)通角增加。顯然當(dāng)乩很小，即 中的曲線。反之，當(dāng)肌很大，即兀很小時(shí),也很好，見圖7中的曲線。46晶閘管的工

14、作原理晶閘管的工作原理分析：晶閘管可用兩個(gè)不同極性(P-N-P和N-P-N)晶體管來模 擬，如圖G1所示。當(dāng)晶閘管的柵極懸空時(shí)，BG1和BG2都處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)電路基 本上沒有電流流過負(fù)載電阻RL,當(dāng)柵極輸入一個(gè)正脈沖電壓時(shí)BG2道通，使BG1的基 極電位下降，BG1因此開始道通，BG1的道通使得BG2的基極電位進(jìn)一步升高，BG1的 基極電位進(jìn)一步下降，經(jīng)過這一個(gè)正反饋過程使BG1和BG2進(jìn)入飽和道通狀態(tài)。電路 很快從截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入道通狀態(tài)，這時(shí)柵極就算沒有觸發(fā)脈沖電路由于正反饋的作用將 保持道通狀態(tài)不變。如果此時(shí)在陽極和陰極加上反向電壓，由于BG1和BG2均處于反 向偏置狀態(tài)所以電路很快截止

15、，另外如果加大負(fù)載電阻RL的阻值使電路電流減少BG1河南化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書和BG2的基電流也將減少，當(dāng)減少到某一個(gè)值時(shí)由于電路的正反饋?zhàn)饔?，電路將很?從道通狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)，我們稱這個(gè)電流為維持電流。在實(shí)際應(yīng)用中，我們可通 過一個(gè)開關(guān)來短路晶閘管的陽極和陰極從而達(dá)到晶閘管的關(guān)斷。等效圖如下：柵極圖8晶閘管的工作原理圖10河南化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書5總原理圖根據(jù)上面各參數(shù)的計(jì)算，可得出實(shí)現(xiàn)此聲控開關(guān)的原理總圖如下:圖9總原理圖11河南化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書R2BYR1treoR3n；TE/VIMPIJAJB011C3Irf ：iL1F8i(Fv(1.CR1sJDFS、32p-

16、jF/AQ1AU LI3RTS圖1()工作電路圖12河南化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書6調(diào)試調(diào)試時(shí)要用到萬用表測量各個(gè)點(diǎn)位上的電壓值，先將光敏電阻的光檔住，將AB分 別接在電燈的開關(guān)上，用手輕拍聲音傳感器，這時(shí)燈應(yīng)該亮。若用光照射光敏電阻， 再用手輕拍聲音傳感器，這時(shí)燈應(yīng)該不亮。說明光敏電阻完好，這時(shí)表示制作成功。若調(diào)試不成功，要先將焊好的電路板對(duì)照電路圖檢查一遍。不要有錯(cuò)焊、漏焊、 短路等現(xiàn)象。若沒有上訴現(xiàn)象，用電壓表測試個(gè)點(diǎn)的電壓值，若與理論值出入太大則可能是元 器件問題，可能被燒壞或內(nèi)部短路等。13河南化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書7元器件清單序號(hào)元器件名稱型號(hào)位號(hào)數(shù)量1與非門74LS0012噪

17、聲傳感器CZN-15EMic13二極管IN4007D1 D554光敏電阻隨光度變化Rw15電阻10KQR116電阻3MQR217電阻590KQR318電阻18KQR419電阻35 QR6110電阻1MQR7111電阻510KQR8112電阻43KQR9113電容22ufC2 C4314電容0. lufCl115燈泡220V/100W116晶閘管SCRBT169SI114河南化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書8總結(jié)經(jīng)過這為期兩周的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)“聲控開關(guān)”的過程中，我終于知 道了在做這樣的一個(gè)課程設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該從什么地方著手，應(yīng)該怎樣構(gòu)造自己的思 路，怎樣利用己學(xué)知識(shí)來實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)方案，并

18、通過不斷地查找資料來實(shí)現(xiàn)它的功 能。在此過程中，不但讓我體會(huì)到設(shè)計(jì)的繁瑣與艱辛，同時(shí)也讓我更好地鞏固了以前 所學(xué)的知識(shí)。以前我一直這樣認(rèn)為，我們只要學(xué)好課本的專業(yè)知識(shí)就行，但我們并不一定要知 道如何利用利用課本知識(shí)來完成某些設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)它的功能。而通過這次的課程設(shè)計(jì) 讓我大大改變了自己以前錯(cuò)誤的想法。雖然這段時(shí)間臨近期末考試，讓我感到時(shí)間非 常的緊迫，人也很疲憊，但當(dāng)我通過自己的努力，去圖書館找資料，上網(wǎng)參考其他人 的設(shè)計(jì)程序和同學(xué)共同來完成設(shè)計(jì)的那一刻，所有的緊張，所有的疲憊都忘記了。我 想這就是所說的成就感吧！也讓我深刻的體會(huì)到了 “在設(shè)計(jì)中我們會(huì)鞏固很多知識(shí)、 學(xué)到很多知識(shí)”。在電子技術(shù)

19、的設(shè)計(jì)過程中，我也遇到了一些困難和迷惑。但是通過不斷努力，和 同學(xué)克服了一個(gè)又一個(gè)的問題，保證了設(shè)計(jì)作業(yè)的順利進(jìn)行。這次我不但收獲了努力的成果一一 “聲控開關(guān)”，還從中充分感受到了 “只要功夫 深，鐵杵磨成針”。并堅(jiān)信再難的困難我們也會(huì)努力去克服。通過這次課程設(shè)計(jì)我相信 這對(duì)于我在以后的發(fā)展中具有深遠(yuǎn)的影響。15河南化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書致謝這次課設(shè)是我第一次完完全全自己做的，無論是原理圖的研究，板子的布線還是 最后的調(diào)試，都很用心，我想為自己喝彩。這次課設(shè)非常感謝我的指導(dǎo)老師白金柯， 在我做板子最艱難的時(shí)候，白老師給了我及時(shí)的教導(dǎo)和親切的鼓勵(lì)，白老師的諄諄教 誨讓我可以毫無壓力的遨游在知識(shí)