传感器课程设计2号设计doc.docx

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传感器课程设计2号设计doc

题目制作声光控制照明灯开关

摘要

随着社会的发展，国家“十一五”规划把节能和环保作为两个主题，而且国家节能中长期专项规划明确提出照明用电占全国用电量的13%，可见照明节能显得非常重要。

这就要求更加节能和环保的声、光双控延时开光照明灯的出现，以满足人们对高质量生活的需求。

本课题研究的内容是楼道照明灯控制电路设计。

通过对声光延时控制电路的电路组成、电路原理、单元电路设计、电路调试与选择以及数据与分析等几方面的研究，实现了声光延时楼道照明灯在白天不工作，而夜晚收到突发声响信号时自动开灯，并延时5s后自动熄灭的控制要求。

减小了无效电能的损耗，达到了节能的效果。

声光控电路是集声学、光学和延时技术为一体组成的自动照明开关，白天或光线较强时，开关电路为自锁状态，LED灯不亮，当光线黑暗时或晚上来临时，开关进入预备工作状态，此时，当来人有脚步声、说话声、拍手的声音等声源时，开关自动打开，灯亮，延时一段时间后自动熄灭，从而实现了“人来灯亮，人去灯熄”，杜绝了长明灯，使得LED声光控灯低能耗、长寿命。

控制灵敏的声控电路，可方便及时地打开和关闭声控照明装置，并有防误触发而具有的自动延时关闭功能。

光控电子开关，它的“开”和“关”是靠可控硅的导通和阻断来实现的，而可控硅的导通和阻断又是受自然光的亮度（或人为亮度）的大小所控制的。

该装置适合作为街道、宿舍走廊或其它公共场所照明灯，起到了日熄夜亮的控制作用，以节约用电。

关键词：

光敏电阻运算放大器电路声控开关单片机

目录

一、设计目的1

二、设计任务与要求1

2.1设计任务1

2.2设计要求3

三、设计步骤及原理分析5

3.1设计方法5

3.2设计步骤5

3.3设计原理分析6

四、课程设计小结与体会9

五、参考文献9

一、设计目的

本次课程设计目的是设计一个声光控楼道照明系统。

白天楼道内光线充足时照明系统不会启动，当夜晚到来或光线不够充足时，有人需要使用给予足够的声响的时候灯会被点亮，而且考虑到环保节能的效果照明一段时间后系统会自动切断电源熄灭照明设备以实现电路的延时功能。

这个设计应为用到一个可重复触发的74122集成块，所以还具备可重复给予声响延长灯亮时间的功能，在老年人行动缓慢的情况下可以保证用户通过是灯不灭。

2、设计任务与要求

2.1设计任务

1方案的设计与论证 

利用声控，光控电路将声音信号，光信号转化为电信号，其中的运放LM358将信号放大，用555构成的施密特触发器对波形整形，使输出为方波，用74122单稳态触发器控制延时时间，接LED发光二极管，从而实现整个电路的设计。

2声光控制灯设计所需要的器件 

本次课程设计主要用了74122、LM358和NES555三个集成器件，发光二极管，光敏电阻，驻极体话筒以及一些基本电路元器件。

下面介绍一下主要元件：

①LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器， 适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工 作条件下，电源电流与电源电压无关。

它的使用范围包括传感放大器、直流增益 模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供的使用运算放大器的场合。

 LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器， 适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工 作条件下，电源电流与电源电压无关。

它的

使用范围包括传感放大器、直流增益 模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供的使用运算放大器的场合。

②   555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。

555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电平兼容。

 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

③  其他电路原件：

2.2设计要求

电路工作原理及参数计算  

应用LM358集成电路的5脚和6脚作为输入，7脚作为输出接成声控放大电路，2脚和3脚作为输入，1脚作为输出接成光控电路。

将NE555电路2引脚和6引脚连在一起使其具有施密特触发器功能，后一并与接成放大电路的LM358集成块7引脚相连，NE555电路控制端4引脚与接成放大器电路的LM358集成块1引脚相连。

分别将74122可重复触发单稳态触发器的1、2引脚，3、4引脚相连，将1、2引脚与NE555电路输出端相连，3、4引脚与电源高电平相连，6脚接发光二极管和电阻。

电路的延时功能体现在单稳态触发器的波形整理功能及连接在其11和13引脚的电容与电阻的适当组合上，本次课程设计使用的是低功耗实验电路所以选择150K欧及47uF电容串联方式，经计算其延时时间约为5秒。

当光线充足时，光敏电阻阻值很小，LM358的3脚分压小，电压比较器输出1脚为低电平。

NE555电路4引脚为低电平有效，此时不管2脚和6脚输入为高或低，OUT输出端直接复位为0。

74122的1脚和2脚也为低，其Q端输出也为低，Q’端为高电平，发光二极管负端为高，灯不会亮。

当光线不充足时，光敏电阻阻值很大，LM358的3脚分压大，故电压比较器反相输入，输出为高电平，NE555的直接复位端4脚无效。

这时若有声音信号通过驻极体话筒输入，通过电容滤波后输入LM358声控放大电路，经放大后输入NE555的2脚和6脚，正弦波形被施密特变换为反相矩形波。

NE555的2脚和6脚输入大于

的电压，3脚输出OUT由低变为高，74122的1脚和2脚接收到一个上升沿脉冲，输入到74122单稳态触发器后再次经波形变换，Q端产生一个上升沿脉冲。

由于LED接入74122的Q’引脚，故其在Q’引脚是一个下降沿脉冲，此时发光二极管负端为低，灯会亮，亮时延迟时间为脉冲宽度stw5。

声音信号消失，Q端上升沿维持5s后灯会自动熄灭。

74122为可重复触发单稳态触发器，其主要特点就是可重复触发性，它能使计时装置重新计时，以达到延长灯亮时间的目的。

只要是在无光有声的情况下给声音信号，灯就会亮。

3、设计步骤及原理分析

3.1设计方法

任何电子产品，从几个零件构成的整流器到成千上万个零部件组成的计算机系统，都是由基本的电子元件器件和功能构成，按电路工作原理，用一定的工艺方法连接而成。

虽然连接方法有多种（例如、绕接、压接、粘接等）但使用最广泛的方法是锡焊。

3.2设计步骤

1.电源线设计 

根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。

同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。

2.地线设计  

（1）数字地与模拟地分开。

若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。

低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。

高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而租，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。

（2）接地线应尽量加粗。

若接地线用很纫的线条，则接地电位随电流的变化而变化，使抗噪性能降低。

因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。

如有可能，接地线应在2~3mm以上。

（3）接地线构成闭环路。

只由数字电路组成的印制板，其接地电路布成团环路大多能提高抗噪声能力

3.3设计原理分析

1、声光控制灯的电路原理图:

① 用LM358接成的声控放大电路原理图：

② 用LM358接成电压跟随器，光控电路原理图：

③ 将NE555的6脚和2脚相连作为信号输入端即可构成施密特触发器。

施密特触发器可对输入波形进行变换和整形，最重要的特点是能够把变化缓慢的输入信号整形成边沿陡峭的矩形脉冲，它的电压传输特性是一条具有滞回特性的曲线，即触发器输出由低电平变为高电平和由高电平变为低电平所对应的阈值电压是不同的。

其内部电路和波形如下图所示：

④用74122为可重复单稳态触发器，根据其输出脉冲宽度

实现延时5s。

⑤ 总的电路的设计是将声控放大电路、光控电路、555构成的施密特触发器和74122构成的单稳态触发器组合起来，这样即可以实现声控、光控、波形整形和延时的功能。

4、课程设计小结与体会

通过本次设计，我学到了很多东西。

首先认识了一个新的集成器件——TTL 可再触发单稳态多谐振荡器“74122”，并运用它的触发功能来实现设计的要求。

通过课程设计使我懂得了理论与实践相结合非常重要，光有理论知识是远远不够的，从理论和实践中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

5、参考文献

1] 乔瑞萍，林欣. Lab VIEW 6i实用教程.北京:

电子工业出版社,2003.   

[2] 肖玲妮，袁增贵.Protel99SE印刷电路板设计教程.北京:

清华大学出版社.2003.