聲、光、觸摸延時(shí)開關(guān)

1、聲、光、觸摸三控制延時(shí)開關(guān)1、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)內(nèi)容： 應(yīng)用傳感器技術(shù)、模擬數(shù)字電子技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)聲音、觸摸控制的居民樓或?qū)懽謽堑穆窡糸_關(guān)電路，其技術(shù)指標(biāo)與要求如下：1) 白天照度較高時(shí)，即樓道內(nèi)光線充足時(shí)，開關(guān)不啟動(dòng)，燈熄滅。2) 夜晚樓道內(nèi)光線較差時(shí)，若樓道內(nèi)充分安靜，開關(guān)不啟動(dòng)。3) 若在光線較差的樓道內(nèi)有人發(fā)出聲響，或用手觸摸，啟動(dòng)開頭，燈泡點(diǎn)亮，點(diǎn)亮?xí)r間為5分鐘后熄滅。設(shè)計(jì)要求：（1）針對(duì)題目的要求，查閱相關(guān)資料提出設(shè)計(jì)方案；（2）畫出系統(tǒng)能表示各單元功能的整機(jī)原理框圖；（3）設(shè)計(jì)相應(yīng)的單元電路，說明電路的工作原理，并確定元器件的參數(shù)，有計(jì)算過程；（4）組裝、制作印刷板實(shí)物，調(diào)

2、試或仿真電路，記錄調(diào)試過程，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并分析仿真結(jié)果；（5）寫出設(shè)計(jì)說明書，內(nèi)容包括方案選擇、單元電路設(shè)計(jì)、元件選擇、整體電路、電路工作原理，仿真結(jié)果分析等，并列出元器件清單；（6）繪制總的系統(tǒng)電路圖和PCB圖。二、方案設(shè)計(jì)與論證整體方案包括5個(gè)部分：聲音信號(hào)采集部分、光強(qiáng)信號(hào)采集部分、觸摸信號(hào)采集部分、led部分以及主控部分，系統(tǒng)框圖如下：聲音部分LED部分主控部分光強(qiáng)部分觸摸部分方案選擇： 1）、單片機(jī)部分。由于此次設(shè)計(jì)對(duì)單片機(jī)不作要求，但使用單片機(jī)更加方便簡單，所以我選擇最為常用的stm32f103單片機(jī)作控制部分。 2）、聲控部分 一：選擇專用的聲音傳感器

3、模塊來完成，能得到正確的波形、電壓、頻率等參數(shù)，且設(shè)計(jì)電路簡單省事，但成本較高。 二：用駐極體話筒通過相應(yīng)的信號(hào)處理電路對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行處理，成本較低，但電路設(shè)計(jì)麻煩。 綜上所述：我們選擇方案二，因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)對(duì)聲音信號(hào)的波形等參數(shù)要求較小，只要單片機(jī)接收到并能判斷為高電平即可。 3）、光控部分 一：用光敏二極管作光電元件，光敏二極管對(duì)光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流。 二：用光敏電阻作光電元件，光敏電阻對(duì)光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電阻。 綜上所述：我們選用光電二極管作光控部分的核心元件，光敏二極管轉(zhuǎn)換成的是電流，而我們需要判斷的是電壓信號(hào)，將電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的

4、電路較復(fù)雜。4）、觸摸部分。一個(gè)基于觸摸檢測IC（TTP223B）的電容式點(diǎn)動(dòng)型觸摸開關(guān)模塊。常態(tài)下，模塊輸出低電平，模式為低功耗模式；當(dāng)用手指觸摸相應(yīng)位置時(shí)，模塊會(huì)輸出高電平。三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)數(shù)（1）主控部分： STM32F1系列屬于中低端的32位ARM微控制器，該系列芯片是意法半導(dǎo)體（ST）公司出品，其內(nèi)核是Cortex-M3。 時(shí)鐘電路：stm32單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種。內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。本設(shè)計(jì)采用外部晶振方式。外部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻。系統(tǒng)對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性

5、。因此本系統(tǒng)的晶體振蕩器的值為8MHZ，電容取22pF。 復(fù)位電路：當(dāng)操作或程序運(yùn)行出錯(cuò)使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為了擺脫困境可以通過復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。本設(shè)計(jì)使用的是按鍵手動(dòng)復(fù)位。手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個(gè)按鈕。在按鍵復(fù)位的使用過程中，按鍵抖動(dòng)現(xiàn)象是不容忽視的，所以為了確保按鍵的一次閉合單片機(jī)只處理一次，就必須在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到抖動(dòng)的消除。

6、（2）聲音部分駐極體話筒的介紹：駐極體話筒具有體積小，電聲性能好，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉等特點(diǎn)，在生活中應(yīng)用非常廣泛。駐極體結(jié)構(gòu)有振膜、背極、空隙三部分，這樣在振膜與背極間形成一個(gè)具有定量電荷的電容結(jié)構(gòu)。駐極體是由進(jìn)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)，總的電荷量是不變，當(dāng)極板在聲波壓力下后退時(shí)，電容量減小，電容兩極間的電壓就會(huì)成反比的升高，反之電壓就會(huì)成反比的降低。最后再通過阻抗非常高的場效應(yīng)將電容兩端的電壓取出來，同時(shí)進(jìn)行放大，便可以得到和聲音對(duì)應(yīng)的電壓了。用駐極體話筒將得到與聲音信號(hào)對(duì)應(yīng)的電壓值。若有聲音時(shí)則會(huì)輸出一電壓值，由于傳聲器轉(zhuǎn)換的電壓值非常小，所以必須將

7、該電壓經(jīng)過LM393運(yùn)算放大器進(jìn)行放大，通過調(diào)節(jié)其阻值使其放大倍數(shù)產(chǎn)生變化，起到了調(diào)節(jié)聲音靈敏度的作用。（3）光強(qiáng)部分光電二極管實(shí)現(xiàn)的功能是：當(dāng)有光照時(shí)，電流增加，所以LM393反相輸入端為高電平。當(dāng)光線不足或沒有光線時(shí)，其阻值可以達(dá)到兆歐級(jí)以上，此時(shí)相當(dāng)于電路處于斷路狀態(tài)，所以LM393反相輸入端為低電平。其中LM393為電壓比較器，當(dāng)反相輸入端的電位高于同相輸入端時(shí)，LM393則輸出一低電平。而當(dāng)同相輸入端的電位高于反相輸入端的電位時(shí)，LM393將會(huì)輸出一高電平。經(jīng)過單片機(jī)檢測是否有足夠的光照，當(dāng)光照不足時(shí)則進(jìn)行聲音檢測。（4）觸摸部分該模塊是一個(gè)基于觸摸檢測IC（TTP223B）的電容式

8、點(diǎn)動(dòng)型觸摸開關(guān)模塊。常態(tài)下，模塊輸出低電平，模式為低功耗模式；當(dāng)用手指觸摸相應(yīng)位置時(shí)，模塊會(huì)輸出高電平。四、仿真過程及仿真結(jié)果（1）聲音部分 由于仿真軟件的問題，這里利用了一個(gè)電壓源來仿真放大后的電壓。通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，改變靈敏度，當(dāng)輸入電壓大于閾值時(shí)，產(chǎn)生低電平。（2）光強(qiáng)部分由于仿真軟件的問題，這里利用了一個(gè)電流源來模擬光電二極管。通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，改變靈敏度，當(dāng)輸入電壓大于閾值時(shí)，產(chǎn)生低電平。（3）觸摸部分由于仿真軟件沒有所用的IC所以略過。五、總原理圖及元器件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注單價(jià)R1080510010.02D10603白色10.05P3光強(qiáng)模塊15P4聲音模塊16P

9、5觸摸模塊16P1單排座10.5P2單排座10.5C1電容0.1u10.02C2電容0.1u10.02C3電容15p10.02C4電容15p10.02C5電容22p10.02C6電容22p10.02C7電容0.1u10.02C8電容0.1u10.02C9 電容0.1u10.02C10電容0.1u10.02Y1晶振32.768k10.8Y2晶振8m12U1Stm32F103C8T6110U2AMS1117-3312U3牛角座JTAG12U4MINI_USB10.5L1電感4.7u10.1REST1按鍵10.2REST2按鍵10.2R8 R9電阻 1.5k20.02R6 R7電阻2220.02R5

10、 R10 R11 R3電阻100k40.02R1 R2電阻33020.02D1 D2發(fā)光二極管紅色20.1六、電路調(diào)試與分析將元件焊接完畢后，調(diào)節(jié)光強(qiáng)模塊及聲音模塊電位計(jì)，使其處在合適的靈敏度，通過模塊上的led觀測。七、結(jié)論與設(shè)計(jì)體會(huì)我做的課題是“聲、光、觸摸三控延時(shí)開關(guān)”。主要是通過光照和聲音及觸摸三控照明燈，它可以廣泛的應(yīng)用于樓梯、過道、庫房等公共場所。在設(shè)計(jì)中使用者可以自行調(diào)節(jié)聲光檢測信號(hào)的靈敏度，或者是照明燈點(diǎn)亮?xí)r間的長度，這就為更方便了不同人群的使用，這是本設(shè)計(jì)中比較新穎的一點(diǎn)。最后我通過仿真不斷地進(jìn)行調(diào)試，最終使設(shè)計(jì)性能指標(biāo)的靈敏度基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。 八、參考文獻(xiàn)1 康華光.

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13、5.0 * date 08-April-2011 * brief Main program body * */ /* Includes -*/#include "stm32f10x.h"#include "stm32f10x_gpio.h"#include "stm32f10x_rcc.h"/* Private typedef -*/* Private define -*/* Private macro -*/* Private variables -*/* Private function prototypes -*/* Priva

14、te functions -*/* * brief Main program. * param None * retval None */#define TOUCH_PINGPIO_Pin_7#define SOUND_PINGPIO_Pin_4#define LIGHT_PINGPIO_Pin_1#define LED_PIN GPIO_Pin_11void init(void) GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, EN

15、ABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = TOUCH_PIN | SOUND_PIN | LIGHT_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_O

16、ut_PP; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);void delay(int time) int i=0; while(time-) i=10380; /自己定義 while(i-) ; int main(void) init(); while(1) if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, LIGHT_PIN) = 0) / 白天 GPIO_WriteBit(GPIOB, LED_PIN, 0); / 燈滅 else / 晚上 if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, SOUND_PIN) = 0) / 有聲音 GPIO_WriteBit(GPIOB, LED_PIN, 1); / 燈亮 del