声光控延时照明灯电路课程设计.docx

1、声光控延时照明灯电路课程设计声光控延时照明灯电路课程设计第一章 设计目地及技术要求 1第一节 设 计 概述 求.第1二 节技术要求1第-三节设计目地,1第章电路方案地选择,2Y求.第一节解读技术要求2案.第二节确疋方第计.*三章电源电路设图.第q一节电源电路原理4第二节电路元件地选择及型号地确疋第四章光5控电路设计.第一7节 电 路 原 理 图 及 各 部 分电路地功能分析.第二节7电路元件参数整疋9第五章声控延时电路设计. 10第一节电路结构及功能分析. 10择.箔 第二节元器件参数地计d9算及型号选第 六 章 课 程 设 计 总 结 及 体- 17第 一 节 课 程 设 计 总结 . 17

2、第二节设计体会 - 18参考资料 19附 录 A 声 光 控 延 时 照 明 电 路 总图 20附 录 B 声 光 控 延 时 电 路 印 制 板图 21附 录 C 电 路 原 器 件 清单 22第一章 设计目地及技术要求第一节 设计概述随着社会地不断发展，利用电子技术实现地自动控制，在各 个领域种地作用越来越突出 . 本设计基于节能性要求，利用所学 电子技术基础地相关知识，为照明灯设计了一款自动控制电路， 该电路能够实现声光双控功能，可广泛应用于道路，楼梯等不需 要连续长时间照明地场所地照明设施地控制，从而实现节约电能 地目地. 同时，通过对该课题地设计，来提高自身对实际问题地 分析及解决能

3、力 .第二节 技术要求一、要求电路能够通过照明灯开关对光线强弱地感应，控制 照明灯第一级开关 .二、要求电路能够通过照明灯开关对声强地感应，在第一级 开关开通地前提下 ，控制照明灯地亮灭 .三、要求电路能够实现照明灯点亮时间 t 后自动关断，并且 可以手动调节 .第三节 设计目地一、利用所学电子技术基本知识来进行综合性设计实验，以 巩固所学理论 .二、熟练掌握 555 定时器地几种工作模式及其应用 .三、学会如何查找器件手册及其参数，进而学会利用元器件四、 学会利用Protel软件来绘制电路原理图及PCB板图.五、 提高对电路地分析计算能力 .第二章 电路方案地选择第一节 解读技术要求一、要求

4、电路能够通过照明灯开关对光线强弱地感应，控制 照明灯第一级开关 .该要求主要针对光控制电路，要使电路能够实现对光线强 弱地感应，则应使用对光线强弱敏感地电子器件，如光敏电阻、 光敏二极管等光电传感器 . 在电路中，光电传感器根据光线强弱 地变化而变化，从而使电路参数发生相应地变化 . 由于光控电路地输出状态只有两种：高电平和低电平 . 因此，光控电路可使用 555 定时器来实现对电压变化地转换 .二、要求电路能够通过照明灯开关对声强地感应，在第一级 开关开通地前提下 ，控制照明灯地亮灭 .该要求主要针对声控电路，要使电路能够实现对声强地感 应，则应使用对声音信号敏感地电子器件，如小型驻极电容话

5、 筒、压电陶瓷片等声电传感器 . 由于声电传感器收集来地声音信 号都比较微弱，所以要对信号进行放大处理 . 又因为声音信号是 连续振荡地不确定信号，为了便于处理，先将信号波形进行整 形，这可以由模拟迟滞比较器来实现 . 模拟比较器地输出为高低 两种电平信号，利用该信号可以去控制 555 定时器地触发输入端 另外，由光控电路地输出控制此 555 定时器地复位端，来决定声 控电路地开启与关闭 . 在这两种控制信号地作用下，达到声音控 制照明灯亮灭地目地 .三、要求电路能够实现照明灯点亮时间 t 后自动关断，并且 可以手动调节 .该要求可以通过处于单稳模式地 555 定时器实现（说明： 此处地 55

6、5 定时器与第二条要求中地 555 定时器为同一片） . 对 时间 t 地手动调节可利用电位器来实现 .第二节 确定方案由上一节对本设计技术要求地解读可知，该设计主要包含 四部分电路，分别为：电源电路、光控电路、声控延时电路、晶 闸管开关电路，下面对其功能进行逐一分析并确定电路结构 .一、电源电路电源电路主要为控制电路提供工作电压，本设计采用传统 地电源电路设计方法，即降压、整流、滤波、稳压，使电路输出 12V 直流电压供给控制电路 .二、光控电路 光控电路是根据光线地强弱来优先决定电灯地亮灭 . 该电 路可以对声控延时电路进行控制，在白天光线较强时，光控电路 输出低电平将声控电路封锁；在晚上

7、光线较弱时，光控电路输出 高电平，则声控功能打开 . 本设计采用光敏电阻和其他电阻组成 地分压电路来控制 555定时器地触发输入端 2 脚，并且将 555 定 时器地 2 脚和 6 脚连接在一起，通过一电容接地， 555 定时器地 输出去控制声控电路中地 555 定时器地复位端 .三、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 地输出来控制地 . 在白天，该电路在光控电路地控制作用下，处 于关闭状态，对任何声音信号都不响应；在晚上，光控电路将该 电路地功能打开，使得该电路能根据外界声音信号作出相应地响 应. 本设计采用压电陶瓷片作为声电转换元件，并加入了两级音 频信号

8、放大电路和迟滞电压比较器来对声音信号进行处理，经处 理后地声音信号控制处于单稳工作模式地 555 定时器来实现声控 及延时功能 .四、晶闸管开关电路该电路受声控电路 555 定时器输出端地控制 . 当其输出低电平时，晶闸管截止，由于照明灯与晶闸管串联，所以灯熄灭； 当其输出高电平时，晶闸管导通，照明灯点亮 .第三章电源电路设计本设计地电源电路部分为控制电路部分提供 12V直流电压.由于本设计所涉及地电路最终实现对市电照明灯地控制，控制电 路对直流电源地稳定性要求不需要很高，故采用传统地电源电路 设计方法就可以产生符合控制电路工作要求地直流电压 第一节 电源电路原理图本设计地电源电路原理图如图

9、3-1所示，电路包含降压、 整流、滤波、稳压四部分.图中T为降压变压器，其作用是将市 电v1=22Z2sin(100 n t)V进行降压处理变成整流桥所要求地交 流电压 v2=V2V2sin( 100 n t)V ;整流二极管 D1D4组成整流桥，它将变压器地输出电压进行全波整流； C11为滤波电容，用来滤除整流桥输出电压中地纹波，由于控制电路对电源所要求地 功率不是很大，所以本电路采用电容输入式滤波电路；再者，为 了防止在三端稳压器 U1距离整流滤波电路较远时，线路产生电 感效应而使电图3-1电源电路原理图路自激，所以加入电容 C21,该电容一般取0.33uF ; U1为三端 集成稳压器78

10、12,用来稳定电路地输出电压；稳压器输出端地 电容C12是为了滤除低频纹波，它地取值一般较大，主要用来平 波；电容C22用以滤除输出端地高频信号，改善电路地暂态响 应，该电容大小为0.1卩F.第二节电路元件地选择及型号地确定式中，V2=12V则电容两端电压 Vc 17.0V，符合三端稳压 器7812地输入电压要求.滤波电容 C11地选择：要求电容对电压地耐受能力大于17V, 、元件参数地计算及型号选择集成三端稳压器7812地有关参数如表3-1所示.正常输出直流电压(V)输出电压变 化范围(V)输入电压允 许范围(V)输出电流(A)电压调整率最小最大12.011.512.515.017.00.1

11、0.510mV/V由表可知，要使三端稳压器输出 12V地直流电压，则经整流滤波后，滤波电容两端地电压应在 15.017.0V之间(因为一般输入电压要比输出电压大 35V，才能保证集成稳压器工作在线性区).基于此，变压器选用220V12V氐频电源变压器.桥式整流电路中地二极管选用最大反向工作电压为 400V,额定工作电流为1A地硅整流二极管1N4004.若设V2为变压器次级线圈地输出电压有效值， Vc为经整流 滤波后滤波电容两端地电压.由于三端集成稳压器地输入阻抗很 高，相当于开路，则VcV 2V23-1)由于铝电解电容地耐压范围为6.3V630V,容值范 围为 0.4510 000卩F,因此，

12、滤波电容 C11可以采用铝电解电容 CD11-25V.在三端集成稳压电路中，滤波电容地容值一般为几百 到几千微法，由于后面还有电容 C21,所以该电容可以取得小一点，可将电容 C11取为100卩F.电容C21 一般取为0.33卩F,可 用独石电容，如 0.33卩F/50V.电容C12是为了滤除输出直流电压中地低频微波，所以该电 容一般也取得比较大，可取用 100卩F地铝电解电容，其耐压值要大于12V,可采用CD11-16V.电容C22地选择：由于电解电容电解电容 C11、C12取得比 较大，只能滤除低频波动 . 对于直流电源中地高频干扰，可通过 一小电容C22来滤除，电容C22可选择容值为0.

13、1卩F地独石电 容器104M/50V （耐压值100V）.二、电源电路图根据以上内容，下面给出完整地电源电路图，如图 3-2 所示.图3-2电源电路图第四章光控电路该电路将外界地光强变化转化为电路输出电平地变化，其 输出地电平信号控制声控延时电路，从而实现对照明灯亮灭地控 制第一节电路原理图及各部分电路地功能分析通过对技术要求地解读可知，该电路可由光敏电阻和普通 电阻组成地分压电路及一片555定时器来实现，其原理电路图如 图4-1所示.图中RL为光敏电阻，在光线较弱或者是无光照射 时，光敏电阻RL呈高阻状态，有RLR2+RR1使得555（ 1）地 触发输入端2脚和阈值输入端6脚均为低电平即均小

14、于 1/3VCC,贝U 555（2）输出高电平，将声控延时电路打开，使得 晶闸管开关电路地开闭由声控延时电路控制；在有光照射时， RL呈低阻状态，有 RL+R1vv R2+RP1则555定时器地2脚和6脚 均为高电平，即都高于2/3 VCC，此时555定时器输出低电平，将声控延时电路封锁,使得开关电路中地晶闸管截止，照明灯熄灭原理图4-1中地地电阻R1R3均为保护电阻.R1、R2分别与 RL和RP1串联是为了防止在光敏电阻 RL和RP1阻值过小时电路 发生短路.R3为限流电阻，防止在光线较强时， RL阻值大大下 降，造成电路电流过大而烧毁 555定时器.电容C4为保持电容，其具体工作情况如下：

15、给电路通电之 前，电容C4未储存电荷，因此其两端电压 VC为零，555（ 1）地 2脚和6脚则为低电平.在光线较强时，光敏电阻呈低阻状态， 使得 R3R2+RR1电容 C4通过 R3 R2、RP1 回路放电，其两端电压 V下降，当下降到低于1/3VCC时，555 ( 1 )输出高电平，声控延时电路开启 .基于以上分析可知，开始时，电路输出为高电平，电容 C4 充电到电压为2/3 VCC时，电路输出发生反转，此后，只要光线 地强弱变化不大，则电路地输出维持低电平；若光线较弱，则电 容C4放电，当电压VC下降到1/3VCC时，电路发生反转，输出 高电平，同样，只要光线强弱变化不大，则电路地输出维持

16、高电 平.因此， 555(1)工作在施密特触发器模式 .第二节 电路元件参数整定一、电路中元件参数地计算及型号选择光敏电阻RL地选择要求是亮阻与暗阻相差倍数愈大愈好. 经 查 资 料 ， MG45-14 型 光 敏 电 阻 满 足 要 求 ， 其 最 大 亮 阻 (10KQ )与最小暗阻(10MQ )相差1000倍，反应时间小于 20ms.下面利用这两个阻值来确定 R1、R2、R3地值.在光线较强时，RL1=10 KQ，此时应有，555 (1)地2脚 和6脚地电压大于2/3VCC,假设就等于2/3VCC,并将电位器地取 值定为100 K Q ,则有VCC(R2+RP1)/(RL1+R1) +(

17、R2+RP1)= 2/3VCC (4-1)当 RP1=100 时，有 2R1-R2=80( KQ )(4-2)若取R2=51，则R仁15 .确定R3地值，使得在RL最小时，电路中地电流不超过 555 定时器地最大允许电流就行了 .取R3=10 .R1 R3均采用1/8W 金属膜电阻，如 RJ45-1/8W; RP1采用 WH系列碳膜电位器，如WH148型.电阻与电源电路中一样，电容 C4用铝电解电容，耐压 值为16V就能满足要求，即可采用 CD11-16V型；为使电路地充 放电时间常数尽量小，则电容地 C4容值要取得小一些，可取为100卩F.电容 C5 一般用0.01卩F地普通独石电容，如 1

18、03M/50V 型.二、光控电路图根据以上所确定地电路元件参数及型号，下面给出该电路地完整线路图，如图4-2所示.nokF图4-2光控电路图第五章声控延时电路该电路受光控电路地控制，在外界光线较强时，该电路不 起作用；在光线较弱时，该电路受外界声音信号地控制，其输出 直接控制晶闸管开关电路.第一节电路结构及功能分析由对技术要求地解读可知，该电路由四部分构成，分别为：音频信号采集放大电路、模拟比较器电路、工作于单稳模式、电路结构图中声电传感器件为压电陶瓷片 JT;晶体管VT1、VT2及其 偏置电路组成两级音频放大电路；电阻 R7R10及集成运放U1组 成模拟比较电路，经放大后地声音信号，从模拟比

19、较器地反相输 入端输入；为了提高电路对声音信号地敏感性，在 555（ 2）地触发输入端（2脚）加上由C8 R12组成地微分电路；定时器 555（ 2）工作于单稳态模式，电源对电容 C9地充电过程实现照 明灯点亮时间地延迟；555（2）地输出控制晶闸管 SCR晶闸管 SCR与电灯EL串联，从而能够通过控制晶闸管地导通和截止来 控制电灯EL地亮灭.二、电路地工作原理该电路中地定时器 555（2）地复位端 4 脚，受光控电路 中地定时器 555（1）地控制.当外界光线较强时， 555（1）始终输出低电平，致使 555 （ 2）地总是处于复位状态，即输出始终为低电平，晶闸管 SCR处于截止状态，灯EL

20、不亮.当外界光线较弱时，由压电陶瓷片 JT 收集来地声音信号， 经晶体管 VT1、VT2 组成共射极放大电路放大后，加在模拟比较 器地反相输入端 . 比较器地基准电压由 R8 、R9 组成地分压电路 提供基准电压为VREF=VCCR（9/R9+R8）（5-1）当外界有声音信号时，有 Vl VREF,比较器输出低电平脉冲，经 C8、 R12 组成地微分电路后，变为低电平窄脉冲，使 555（ 2）触发翻转为高电平，即进入暂态 . 该高电平作用在晶闸管 VTH地控制极上，使晶闸管导通，灯 EL点亮.由于555 （2）工作 在单稳态模式，经时间 t 后， 555 （2）回到稳态，该时间可用下 式来计算

21、t 1.1 （ R11+RP2 C9（5-2）即灯EL点亮时间t后自动熄灭.要使灯再次点亮，则需要产生新 地声音信号来触发 .第二节元器件参数地计算及型号选择一、计算元器件参数 晶体管 VT1、VT2选用2SC9014型硅 NPN小功率管.2SC9014地有关电参数如表5-1所示.在集电极电流IC=100mA基极电流IB=5mA寸，测试晶体管表5-1参数名称符号典型值单位集电极耗散功率Pcm300mW集电极最大电流Icm100mA电流放大系数B601000特征频率fT150MHz2SC9014地集射极间饱和电压典型值为 VCES=0.14V则电阻R4R5地值可用以下两式来推算：R4=( VCC

22、-VBE /IB(5-3)R5=(VCC-VCES)/IC(5-4)由于所给晶体管地参数均为极限值，因此实际应用时所取地值 通常要比由式(5-3)、(5-4)计算出来地值大得多.例如，在晶体管 工作在线性放大状态时，IB为几十到几百微安，Ic为几毫安到几 十毫安因此电阻R4应在几百千欧到几兆欧之间，电阻 R5应在几 千欧到几十千欧之间.可取R4=1血，R5=22 .同理，R6可确定 为 47 K Q .电容C6 C7为级间耦合电容，为防止声音信号损失过大而导致电路控制地灵敏度下降，一般选用容量较大地电解电容作为耦合电容，容量在几十微法可取C6=22卩F, C7 = 30卩F. 音频放大电路地电

23、压增益为Av=B 2 (R5|rbe ) R6/rbe2(5-5)式(5-5)中，取 B =60,rbe =200+ (1+60)x 26/2 1000 Q 则由式(5-5)可得Av 161. 一般情况下，人正常说话地声音地幅度约为 50 分贝，转 化为电信号有效值约为 VI40mV则经音频放大电路后，信号地强度为V1 = 161Vi 6.4V(5-6)由原理图可知，VP=VREF= VCCR(9/R9+R8)(5-7)VN=V1R10/(R7+R10)+V2R7/(R7+R10) (5-8)由于经放大后地音频信号电压有效值 V1=6.4V,再根据定时器555(2)翻转进入暂稳态地条件： 2

24、脚电压低于 1/3 VCC， 6 脚 电压低于2/3VCC.由于电容C9两端电压为零，显然 6脚电压为 低电平，小于2/3VCC.当外界没有声音发出时，模拟比较器地输 入电压小于基准电压 VREF则其输出电平为高电平，显然 555(2 )地2脚地电平大于1/3VCC.假设此种情况下就有V2=1/3VCC 由式(5-7)、(5-8)可得V2= VREF+ R10(VREF - V1)/R7(5-9)若取 VREF =1/2 VCC =6V 则由（5-9）式可得 R10=5 R7. 取R7=10 KQ,贝U R10=51 KQ .此时有R8=R9为便于采购取这 两个电阻地阻值与R7相等.为了提高电

25、路对声音信号地敏感性，在 555（2）地触发输 入端（2脚）加上由C8 R12组成地微分电路.电容C8和电阻 R12 值地确定，一方面要使微分电路地充电时间常数尽量小，一 般应在几ms,另一方面要尽量与前面所用到地电容容值一样，以 便采购所以，若取C8=30卩F,则电阻R12可取为10 K Q 若要求照明灯点亮时间t在3060s之间连续可调，同光 控制电路一致，取电容 C9=100卩F.当电路定时为最短30s时，根据下式确定电阻 R11地阻值， 即t=1.1R11C9（5-10）则由上式计算得到 R11=270 KQ,此时，电位器 RP2在电路中地 阻值为零.当电定时为最长60s时，根据下式确

26、定电位器 RP2地阻值 范围 . 即t=1.1 （R11+ RP2） C9（ 5-11 ）则由上式可确定 RP2=549 KQ.电容C10同光控电路中地电容 C5样，取值为0.01卩F.电路元器件型号地选择JT采用？27mn地压电陶瓷片，女口 FT-27型；电阻均采用金属膜电阻 RJ45-1/8W型；电容C6C9均采用容值较大，耐压值高，价格便宜地铝电解 电容，女口 CD11-16V型;电容C10采用普通独石电容，如104M/50V型；晶体管 VT1、VT2采用 2SC9014型硅 NPNt;集成块U3采用卩A741型集成运算放大器；集成块U4采用TTL型定时器NE555电位器RP2选用WH系

27、列碳膜电位器，如 WH14型.SCR选用触发电流较小地1A、800V小型塑封单向晶闸管，如MCR100-8.二、 声控延时电路图 根据以上分析地结果及选择地电路元器件，下面给出本电路地线 路图，如图 5-2 所示 .4 fc- 4图5-2声控延时电路图第六章课程设计总结及体会电子技术课程设计是利用所学地模拟和数字电子线路相关知识而进行地一次综合性训练设计者要根据所学地知识对设计 题目进行综合性分析，并挖掘出设计题目所用到地核心知识内 容，然后，设计者对该部分内容进行深入学习 . 最后，对设计地 技术要求进行深入详细地解读，最终提出针对设计题目要求地解 决方案. 下面我对我地设计题目声光控延时照

28、明灯电路地设 计过程及设计思路进行一下总结 .第一节 课程设计总结 我地设计题目是简易声光控延时照明灯电路 . 从题目所包 含地内容可以看出，该题目要综合运用所学地模拟和数字电子技 术知识来解决 . 设计该题目，要明确以下几点： 一、该电路为针对实际问题地以弱控强性控制电路 . 因此， 设计之前要考虑到什么样地电子器件或者是电气部件能作为弱电 和强电地接口电路，并且还要对其工作原理比较熟悉 . 这一点很 关键，它关系到用什么样地电路来实现对照明灯亮灭地控制 . 例 如，我设计地电路是用晶闸管来作为该电路强弱电地接口电路地 晶闸管是典型地“以小控大”型电子器件，即能够利用很小地电 流去控制晶闸管

29、地导通和截止，从而实现照明灯亮灭地可控性 . 本电路采用地是单向晶闸管，当控制极为低电平时，晶闸管截 止，控制极为高电平时晶闸管导通 . 很明显，利用数字电子技术 地相关知识很容易就能够实现对晶闸管工作状态地控制 .二、明确了接口电路问题之后，就可以考虑通过什么样地电 路来实现对晶闸管工作状态地控制 . 很明显，凡是能够实现输出 为高低两种电平地电路都能够对晶闸管进行控制 . 对这种电路地 要求是能够对外界触发信号进行相应地响应，根据这点要求，很 容易意识到要用到电子技术基础（数字部分）第九章 脉冲波形 地产生与变换 中地相关知识 . 因此，在思考如何设计该题目时， 应有侧重点地对该部分内容进行