聲光控制路燈的設(shè)計與制作

1、北海職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文北 海 職 業(yè) 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計 (論文)2020學(xué)年度電子信息工程系(部)電子信息工程技術(shù)專業(yè)題 目： 聲光控制路燈設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué)生班級： 指導(dǎo)教師： 起止日期： 20 年 月 日北海職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文)任務(wù)書 系(部) 專業(yè)班級 姓名學(xué)號 題目：聲光控制路燈的設(shè)計主要內(nèi)容：1. 門電路介紹；2. 電源設(shè)計、聲控部分、光控部分介紹；3. 聲光控路燈的整體設(shè)計；4. 參數(shù)計算?；疽螅海ㄓ芍笇?dǎo)教師填寫）主要參考書：起止日期：指導(dǎo)教師 職務(wù)(稱) 20 年 月 日北海職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）成績鑒定表姓 名性 別出生年月系(部)專 業(yè)班 級設(shè)計（論文）題目聲光

2、控制路燈的設(shè)計指導(dǎo)教師對畢業(yè)設(shè)計（論文）的評語：成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日答辯小組對優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計（論文）的評語：成績： 答辯小組組長簽字： 年 月 日綜合評定成績（等級）： 系（部）領(lǐng)導(dǎo)簽字（蓋章）： 年 月 日摘要常言道“眼睛是心靈的窗戶”。我認(rèn)為燈則是指引心靈的方向標(biāo)。在生活中，我們無時不在地使用著燈，諸如臺燈、路燈、日光燈、探照燈、彩燈等等，但不管是什么樣式的燈；它們的作用都是一致的-照明。在街道、公路等公共場所，為了節(jié)約路燈所損耗的電能，我選擇聲光控制的路燈照明電路的設(shè)計，它是一種新穎、安全節(jié)電、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、使用壽命長的聲光雙控路燈電路。這樣一種設(shè)計既不浪費國家電力又很

3、方便使用的照明燈系統(tǒng)是很有實用價值意義的。該設(shè)計主要介紹的是關(guān)于聲光控的電路設(shè)計。聲光控是通過光敏電阻來實現(xiàn)的，當(dāng)光敏電阻在背光的時候等就會慢慢的熄滅，即這時也是有人走過了的時候。在有的電路中這種原理也可以通過聲音的振動來實現(xiàn)，當(dāng)人走過是只需用手輕拍一下燈就會自動的亮，人離開后又熄滅。這樣就給路人提供了相應(yīng)的方便，同時，也達(dá)到了節(jié)電和節(jié)能的目的；延長燈的壽命。在實際生活中節(jié)電節(jié)能，能夠?qū)崿F(xiàn)更多的自動化?！娟P(guān)鍵詞】：自動控制；聲控電路；光控電路；延遲電路。目錄摘要-4一、緒論-6 1.1 課題背景········&#

4、183;·················································&#

5、183;·6 1.2 課題主要工作··············································&#

6、183;·········6二、總體設(shè)計及其原理-7 2.1 設(shè)計要求····································

7、3;·······················7 2.2 總體設(shè)計·························

8、···································7三、電路設(shè)計與分析-9 3.1 電源設(shè)計···········

9、83;················································9 3.1.1 電

10、源結(jié)構(gòu)設(shè)計·················································&

11、#183;·9 3.1.2 結(jié)構(gòu)原理··············································&

12、#183;········9 3.2 聲控部分電路設(shè)計·······································

13、;············10 3.2.1 駐極體話筒···································

14、83;················10 3.2.2 聲控部分電路工作原理及電路圖·····························

15、3;····10 3.3 光控部分電路的設(shè)計···········································

16、······11 3.3.1光敏三極管··········································

17、;···········11 3.3.2 光控原理····································

18、3;·················11 3.4 延時處理部分電路的設(shè)計·····························

19、3;··············12 3.4.1 555定時器·································&

20、#183;··················12 3.4.2延時電路控制原理····························

21、83;················13 3.5 參數(shù)計算·······························

22、3;·························14結(jié)論-15致謝-16參考文獻-17一、緒論1.1 課題背景隨著千年鐘聲的敲響,歷史的車輪被推進了一個新的世紀(jì)21世紀(jì)。站在新世紀(jì)的門檻上，我們感受到的是高速發(fā)展的現(xiàn)代科技。也因如此，照明燈的需求也在不斷地發(fā)展，人類有意識地采用各種方法改進它。照明，不僅改變了人們“日出而作，日落而息”的生活方

23、式，也充斥豐富了我們的精神世界。是的，也許你不禁要問：“為什么一個小小的照明燈有如此神奇的功效”。我想這要歸功它的結(jié)構(gòu)及發(fā)明原理??！這當(dāng)中到底包含了多少值得我們?nèi)ヌ剿鳎l(fā)現(xiàn)的奧秘呢？帶著這個問題，我們共同選擇了這個課題，一起從課題研究中找到答案1.2 課題主要工作本電路為一聲光自動控制白熾燈開關(guān)。當(dāng)夜晚或者白天光線比較亮的時候，光控的部分會將開關(guān)自動關(guān)閉，則聲控的部分將不起作用。當(dāng)光線比較暗的時候，光控的部分會將開關(guān)自動開啟，負(fù)載電路的通斷部分則受控于聲控的部分?？措娐肥欠窠油?，取決于接收到的聲音信號的強度大小。當(dāng)接收到的聲強達(dá)到一定程度的時候，路燈電路將自動連接，則白熾燈點亮。這樣，通過對環(huán)

24、境聲光信號的檢測與處理，完成對白熾燈的控制。論文共有4章，其具體安排如下：一、緒論主要介紹本課題的研究背景及意義、研究目標(biāo)及研究內(nèi)容。二、總體電路設(shè)計及其原理說明部分主要介紹了本課題的設(shè)計要求以及總體電路的設(shè)計。三、單元電路設(shè)計與分析介紹各個單元電路的結(jié)構(gòu)以及功能。二、總體設(shè)計及其原理2.1 設(shè)計要求本文設(shè)計的整個電路是由聲控電路、光控電路、放大電路、延時電路和電源電路等部分一起組成的。（1）當(dāng)晚上或者白天光線比較亮的時候，整個電路將會由光控的部分控制，聲控的部分將不起作用。光控電路將輸出與光亮程度相對應(yīng)的電壓信號來完成對外界光亮程度進行的檢測，從而實現(xiàn)了燈泡在白天是不亮的。即便是此刻有聲音被

25、接收到，燈泡也不會亮的。（2）當(dāng)遇上光線比較暗的時候，聲控的部分則開始控制負(fù)載電路的通斷。聲控電路主要將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘枺译娐肥欠裉幱诮油顟B(tài)1，取決于接收到的聲音信號的強度大小。當(dāng)聲強過小，電路不會自動接通，燈泡自然也不會亮。而當(dāng)聲強達(dá)到一定程度的時候，電路則自動接通，燈泡自然也就會亮了。 （3）然后在白熾燈被點亮后，延時電路控制延時36秒，當(dāng)延時時間到，再等待下一次聲音信號觸發(fā)。（4）此外，電路帶強切功能，在特殊情況下強制切斷。 總體方案如下圖圖2-1所示。2.2 總體設(shè)計2.2.1 原理框圖聲源執(zhí)行機構(gòu)延時處理放大電源聲電轉(zhuǎn)換光源2.2.2 電路設(shè)計原理圖電路主要由555集成電路

26、和聲、光控專用集成電路組成。（1）白天或夜晚光線較亮?xí)r，Q4接收到光信號，輸出低電平，使得555的3腳輸出低電平，SCR截止，光控部分將開關(guān)自動關(guān)斷，聲控部分不起作用4。（2）當(dāng)光線較暗時，光控部分將開關(guān)自動打開，Q4的b極處于高電平狀態(tài)，高電平再次放大使得Q5的c極為低電平555的4腳接收到高電平，同時聲音信號從MIC輸入，經(jīng)三極管放大輸入到555的2腳，觸發(fā)555的3腳輸出高電平觸發(fā)SCR導(dǎo)通，使電源部分導(dǎo)通，燈亮。負(fù)載電路的通斷同時受控于聲控部分和光控部分。電路是否接通，取決于光照的強度以及聲音信號強度。當(dāng)光照和聲強達(dá)到一定程度時，電路自動接通，點亮白熾燈，并開始延時，延時時間到，開關(guān)自

27、動關(guān)斷，等待下一次信號。三、電路設(shè)計與分析3.1 電源設(shè)計3.1.1 電源結(jié)構(gòu)設(shè)計電源電路的種類繁多，如端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓；LC、RC濾波；橋式整流全波整流；變壓器降壓等。具體采用什么電路合適，則根據(jù)主體電路及執(zhí)行機構(gòu)不同和有效益、價廉、可靠等要求進行選用。 根據(jù)本文廉價、實用、安全的特點，其電源的設(shè)計結(jié)構(gòu)如下圖3-1所示： 降壓穩(wěn)壓濾波整流圖3-1 電源電路的設(shè)計結(jié)構(gòu)圖3.1.2 結(jié)構(gòu)原理電源電路原理圖如下：3.2 聲控部分電路設(shè)計3.2.1 駐極體話筒駐極體話筒一般由結(jié)型場效應(yīng)與駐極體管組合而成。駐極體是由進行特殊處理的高分子材料組成，這些高分子材料表面具有永久電荷（Q）。駐極體結(jié)構(gòu)有空隙、背極

28、、振膜三部分，這樣在背極與振膜間形成一個具有定量電荷的電容結(jié)構(gòu)。當(dāng)說話時，會引起背極與振膜間的距離(D)變化，據(jù)C=S/D可知，將使電容(C)變化，據(jù)U=Q/C可知，極板間電壓會變化，從而引起結(jié)型場效應(yīng)管的G、S間電壓變化，在D、 S間產(chǎn)生放大的電信號。其結(jié)構(gòu)圖如下：3.2.2 聲控部分電路工作原理及電路圖白天，因為光控電路阻斷，所以，無論多大聲，燈都不會亮。到夜晚，光控電路導(dǎo)通，當(dāng)人走動的腳步聲傳到傳聲器MIC時，聲波轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)三極管Q3放大，使燈亮。若聲控靈敏度偏低，可增大R10阻值，或換高放大倍數(shù)的三極管。本系統(tǒng)放大整形電路設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。 圖 3-4 聲控電路原理圖3.3

29、 光控部分電路的設(shè)計3.3.1 光敏三極管光敏三極管和普通三極管的結(jié)構(gòu)相類似。不同之處是光敏三極管必須有一個對光敏感的PN結(jié)作為感光面，一般用集電結(jié)作為受光結(jié)，因此，光敏三極管實質(zhì)上是一種相當(dāng)于在基極和集電極之間接有光敏二極管的普通三極管。光敏三極管與普通半導(dǎo)體三極管一樣，是采用半導(dǎo)體制作工藝制成的具有NPN或PNP結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體管。它在結(jié)構(gòu)上與半導(dǎo)體三極管相似，它的引出電極通常只有兩個，也有三個的。為適應(yīng)光電轉(zhuǎn)換的要求，它的基區(qū)面積做得較大，發(fā)射區(qū)面積做得較小，入射光主要被基區(qū)吸收。和光敏二極管一樣，管子的芯片被裝在帶有玻璃透鏡金屬管殼內(nèi)，當(dāng)光照射時，光線通過透鏡集中照射在芯片上。3.3.2

30、光控原理所謂光控就是利用光敏三極管對不同光照呈現(xiàn)的阻抗不同，對時基電路555的四腳進行高低電平的控制，或處于等待觸發(fā)狀態(tài)，或處于強制復(fù)位狀態(tài)。夜晚光暗，此時Q4呈高阻而截止，Q5無偏置電流，呈截止?fàn)顟B(tài)。555的4腳呈高位，使555觸發(fā)器處于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)狀態(tài)，此時如果有聲響，經(jīng)拾音，放大，倍壓整流后，正極性信號使Q1飽和倒通，下跳變信號加之555的二腳使555翻轉(zhuǎn)置位11。3腳由原來的低電平變?yōu)楦唠娖剑s+8.5V），經(jīng)R7限流后觸發(fā)雙向可控硅SCR1并倒通，電燈點亮。白天光照Q4呈低阻，Q2正偏置而飽和倒通。其集電極電位，即555的4腳被鉗制在0.3V左右，從而是555處于強制復(fù)位狀態(tài)，此時不管

31、2腳有多大的觸發(fā)電平，555均不會翻轉(zhuǎn)置位?？煽毓璨粫|發(fā)倒通，電燈無電不亮。電路原理圖如圖3-7所示： 圖 3-7 光控電路原理圖3.4 延時處理部分電路的設(shè)計3.4.1 555定時器特點：555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內(nèi)部電路框圖如右圖所示。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3功能：555 定時器的功能

32、主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為低電平。3.4.2 延時電路控制原理（1）單穩(wěn)態(tài)延時電路有如下特點： 單穩(wěn)態(tài)延時電路只有一個穩(wěn)定狀態(tài)

33、，一個暫穩(wěn)態(tài)。 在外加脈沖的作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到一個暫穩(wěn)態(tài)。 由于電路中RC延時環(huán)節(jié)的作用，該暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間又回到原來的穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持的時間取決于RC的參數(shù)值。 （2）雙穩(wěn)態(tài)電路的特點是： 它有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，在沒有外來觸發(fā)信號的作用下。電路始終處于原來的穩(wěn)定狀態(tài)。由于它具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，故稱為雙穩(wěn)態(tài)電路。 在外加輸入觸發(fā)信號作用下，雙穩(wěn)態(tài)電路從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。通過比較，單穩(wěn)態(tài)延時電路比起雙穩(wěn)態(tài)延時電路要簡單、實用，更符合本次設(shè)計的要求，所以應(yīng)選擇單穩(wěn)態(tài)延時電路作為延時電路。NE555和R8、C7等組成單穩(wěn)態(tài)延時電路。電燈點亮的時間即單穩(wěn)態(tài)延時電路

34、觸發(fā)后高電平持續(xù)的時間（穩(wěn)態(tài)時間），他取決于單穩(wěn)態(tài)電路的時間常數(shù)，其大小為， Td=1.1（R8）（C7）圖示3-9所示電路的單穩(wěn)態(tài)時間為36s，即電燈點亮后36秒后熄滅。降壓電容選用耐壓400V以上的金屬化紙介電容器。 圖 3-9 延時電路圖3.5 參數(shù)計算在進行電路設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)電路的性能指標(biāo)要求決定電路元器件的參數(shù)。例如根據(jù)電壓放大倍數(shù)的大小，可決定反饋電阻的取值14；根據(jù)延時時間要求，利用公式，可計算出決定時間大小的電阻和電容之值等等。但一般滿足電路性能指標(biāo)要求的理論參數(shù)值不是惟一的，設(shè)計者應(yīng)根據(jù)元器件性能、價格、體積、通用性和貨源等方面靈活選擇。計算電路參數(shù)時應(yīng)注意以下幾點：（1）對于電阻、電容參數(shù)的取值，應(yīng)選計算值附近的標(biāo)稱值；非電解電容器一般在100pF0.47F選擇；電解電容一般在1F2000F范圍內(nèi)選用。（2）計算元器件工作電流、電壓和功率等參數(shù)時，應(yīng)考慮工作條件最不利的情況，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔?。?）對于元器件的極限參數(shù)必須留有足夠的裕量，一般取1.52倍的額定值。（4）在保證電路達(dá)到功能指標(biāo)要求的前提下，盡量減少元器件的品種、價格、體積等。（5）設(shè)計已確定的參數(shù)指標(biāo)為： 額定電壓：220V ；額定電流：1A ； 光線強度