聲控?zé)糸_(kāi)關(guān)電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告

-.z.課程設(shè)計(jì)報(bào)題目：聲控?zé)糸_(kāi)關(guān)班級(jí)：B110414：鵬08家柱09團(tuán)結(jié)11日期：2013年12月第一章系統(tǒng)概述。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4第二章單元電路設(shè)計(jì)與分析。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5第三章電路的安裝與調(diào)試。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。12總結(jié)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。13參考文獻(xiàn)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。16附錄。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。14-.z.題目聲控?zé)糸_(kāi)關(guān)1設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)：1、穩(wěn)固加深對(duì)模擬電子技術(shù)根底知識(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(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。2、通過(guò)查找資料、選方案、設(shè)計(jì)電路、仿真或調(diào)試、寫(xiě)報(bào)告等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，熟悉設(shè)計(jì)過(guò)程、步驟。為今后從事電子線路的設(shè)計(jì)、研制電子產(chǎn)品打下良好的根底。3、作為電力電子技術(shù)的入門(mén)，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。學(xué)習(xí)這一技能，積累這方面的經(jīng)歷。2設(shè)計(jì)要求：1、設(shè)計(jì)辦公大樓、寫(xiě)字樓或居民住宅樓應(yīng)用的聲光控?zé)糸_(kāi)關(guān)。2、在白天照度較高時(shí)，即樓道光線充足時(shí)本開(kāi)關(guān)不啟動(dòng)，燈熄滅。3、夜晚樓道光線較差時(shí)，假設(shè)樓道充分安靜〔無(wú)人行動(dòng)時(shí)〕，燈泡不啟動(dòng)。4、假設(shè)在光線較差的樓道有人發(fā)出聲響，就啟動(dòng)該裝置使燈泡點(diǎn)亮。5、畫(huà)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?！?〕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_(kāi)關(guān)可由以下幾個(gè)單元組成：感光感光檢音延時(shí)反相反相、放大整形控制門(mén)電子開(kāi)關(guān)燈圖1整體框圖4功能設(shè)計(jì)圖2聲光控制電路圖根據(jù)圖2電路，原理如下：由四個(gè)二極管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R1、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(yáng)極。當(dāng)BT169的控制極〔柵極〕為高電平且輸入的交流信號(hào)Vi=COS〔wt+Φ〕處于正半周期時(shí)，電流由D2→地→D4→燈流過(guò)而將燈點(diǎn)亮。當(dāng)Vi處于負(fù)半周期時(shí)，電流由燈→D3→地→D1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(jiàn)，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(wèn)題是如何控制其柵極電平的上下。有光時(shí)燈滅；無(wú)光無(wú)聲時(shí)燈滅；無(wú)光有聲時(shí)燈亮。參見(jiàn)圖2，對(duì)光敏電阻RW而言，當(dāng)有光時(shí)，RW<2kΩ，此時(shí)HD14011的1腳亦即第一個(gè)與非門(mén)的一個(gè)輸入端為低電平〔地〕，所以3腳為高電平、4腳為低電平，10腳為高電平，11腳為低電平〔后文設(shè)上述由左至右四個(gè)與非門(mén)的輸出分別為A,B,C,D〕，則此時(shí)晶閘管截止，燈泡是暗的。相反，如果無(wú)光時(shí)，RW>2MΩ，此時(shí)HD14011的1腳是高電平，此時(shí)第一個(gè)與非門(mén)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(lái)決定，當(dāng)沒(méi)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(guò)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C2放電完畢，在此過(guò)程中，燈泡將會(huì)一直保持在亮的狀態(tài)直至此過(guò)程完畢。4.1VCC值確實(shí)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=220ｘ1.414=311V輸入電壓的表達(dá)式為：Vcc=R1*Vo/(R1+R3)算得Vcc=5V4.2延時(shí)確實(shí)定圖3延時(shí)電路局部由R7、C2組成延時(shí)電路，要求延時(shí)為1min，與非門(mén)工作上下電平為3.4V,0.3V延時(shí)T計(jì)算公式：t=R7C2ln〔Vt+/Vt-〕算得R7=1.1MΩC24.3與非門(mén)的上下電平的輸入確定NPN的參數(shù)為：β=50Vce(sat)=0.3VVbe=0.7V如果無(wú)光時(shí)，RW>2MΩ，與非門(mén)有一腳是高電平，此時(shí)第一個(gè)與非門(mén)的輸出取決于另腳的狀態(tài)，此腳的狀態(tài)將由噪聲傳感器來(lái)決定。當(dāng)沒(méi)有聲音時(shí)：燈不亮，要求第一個(gè)與非門(mén)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0.3V。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：Ibs=〔Vcc-Vce〕/R5β=0.18uAIb=〔Vcc-Vbe〕/R2=1.4uA在飽和工作區(qū)不滿足Ic=βIb且Ib>Ibs令I(lǐng)b=10Ibs由此可得R8=510KΩR2=47kΩ當(dāng)有聲音時(shí)：燈亮，要求第一個(gè)與非門(mén)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)交流信號(hào)，經(jīng)過(guò)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=R2//R4算得R=21.4ΩI=Ib+Vce/R算得I=12.2mA滿足聲音傳感器的額定電流I=12.2mA，電壓1～12V。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。單相橋式整流電路是最根本的將交流轉(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(kāi)關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖5的電路圖可知：當(dāng)負(fù)半周時(shí)二極管D1、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(guò)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(jiàn)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(kāi)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L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(guò)濾波電路后，既可保存直流分量、又可濾掉一局部交流分量，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，電感濾波和RC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(guò)此電容濾波電路濾去整流輸出電壓的紋波。電容濾波電路如圖6所示濾波原理：假設(shè)電路處于正半周，二極管D2、D4導(dǎo)通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時(shí)C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2，是正弦形。所以，在t1到t2時(shí)刻，二極管導(dǎo)電，Ｃ充電，vC=vL按正弦規(guī)律變化；t2到t3時(shí)刻二極管關(guān)斷，vC=vL按指數(shù)曲線下降，放電時(shí)間常數(shù)為RLC。圖6電容濾波電路圖7電容濾波過(guò)程當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)RLC增加時(shí)，t1點(diǎn)要右移，t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時(shí)加長(zhǎng)，導(dǎo)通角減小，見(jiàn)圖7中的曲線；反之，RLC減少時(shí)，導(dǎo)通角增加。顯然當(dāng)RL很小，即IL很大時(shí)，電容濾波的效果不好，見(jiàn)圖7中的曲線。反之，當(dāng)ＲL很大，即IL很小時(shí)，盡管C較小,RLC仍很大，電容濾波的效果也很好，見(jiàn)圖7中的曲線。4.6晶閘管的工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(lái)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)電路根本上沒(méi)有電流流過(guò)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(kāi)場(chǎng)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(guò)這一個(gè)正反應(yīng)過(guò)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(méi)有觸發(fā)脈沖電路由于正反應(yīng)的作用將保持道通狀態(tài)不變。如果此時(shí)在陽(yáng)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，另外如果加大負(fù)載電阻RL的阻值使電路電流減少BG1和BG2的基電流也將減少，當(dāng)減少到*一個(gè)值時(shí)由于電路的正反應(yīng)作用，電路將很快從道通狀態(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(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)短路晶閘管的陽(yáng)極和陰極從而到達(dá)晶閘管的關(guān)斷。等效圖如下：等效圖圖8晶閘管的工作原理圖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(kāi)關(guān)的原理總圖如下：圖圖9總原理圖6調(diào)試調(diào)試時(shí)要用到萬(wàn)用表測(cè)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(kāi)關(guān)上，用手輕拍聲音傳感器，這時(shí)燈應(yīng)該亮。假設(shè)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(shuō)明光敏電阻完好，這時(shí)表示制作成功。假設(shè)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。假設(shè)沒(méi)有上訴現(xiàn)象，用電壓表測(cè)試個(gè)點(diǎn)的電壓值，假設(shè)與理論值出入太大則可能是元器件問(wèn)題，可能被燒壞或部短路等。7元器件清單序號(hào)元器件名稱型號(hào)位號(hào)數(shù)量1芯片CD401112噪聲傳感器HTDLs13二極管IN4007D1～D554光敏電阻隨光度變化RG15電阻120KΩR116電阻47ΩR217電阻47KΩR318電阻2.2MΩR419電阻1MΩR5110電阻10KΩR6111電阻470KΩR7112電阻5.1MΩR8113極性電容10ufC2～C3314電容0.1ufC1115燈泡220V/100W116晶閘管SCRQ118總結(jié)經(jīng)過(guò)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(kāi)關(guān)〞的過(guò)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，怎樣利用已學(xué)知識(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)不斷地查找資料來(lái)實(shí)現(xiàn)它的功能。在此過(guò)程中，不但讓我體會(huì)到設(shè)計(jì)的繁瑣與艱辛，同時(shí)也讓我更好地穩(wěn)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(lái)完成*些設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)它的功能。而通過(guò)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(guò)自己的努力，去圖書(shū)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(lái)完成設(shè)計(jì)的那一刻，所有的緊，所有的疲憊都忘記了。我想這就是所說(shuō)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)穩(wěn)固很多知識(shí)、學(xué)到很多知識(shí)〞。在電子技術(shù)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我也遇到了一些困難和迷惑。但是通過(guò)不斷努力，和同學(xué)克制了一個(gè)又一個(gè)的問(wèn)題，保證了設(shè)計(jì)作業(yè)的順利進(jìn)展。這次我不但收獲了努力的成果——“聲控開(kāi)關(guān)〞，還從中充分感