声光控延时照明灯电路的设计毕业设计说明书.docx
《声光控延时照明灯电路的设计毕业设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《声光控延时照明灯电路的设计毕业设计说明书.docx（29页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
声光控延时照明灯电路的设计毕业设计说明书
四川信息职业技术学院
毕业设计说明书（论文）
设计题目:
声、光控延时照明灯电路的设计
_______________________________________
专业:
应用电子技术
二0一一年十月十日
四川信息职业技术学院毕业设计任务书
学生
姓名
学号
0936207
班级
应电09-4
专业
应用电子技术
设计题目
声、光控延时照明灯电路的设计
指导教师姓名
职称
工作单位及所从事专业
联系方式
备注
高级工程师
四川信息职业技术学院
设计（论文）内容：
1．查阅声光控延时照明灯电路的相关资料；
2．光控电路、声控电路的设计与分析；
3．采用合理的设计方案；
4．对设计电路进行仿真实验或实物，验证电路实现功能；
5．撰写论文。
进度安排：
第3-5周：
资料收集；
第6-7周：
论文初稿；
第8-11周：
电路设计、仿真或实物；
第12-14周：
论文定稿；
第15-16周：
论文答辩。
主要参考文献：
[1]郭继忠，黄继昌编著.控制专用集成电路及其应用.人民邮电出版社,2006
[2]郑应光编著.模拟电子线路
（一）.东南大学出版社,2000
[3]孙余凯项绮明等编著.精选实用电子电路260例.电子工业出版社,2007
[4]张洪润吕泉编著.电子线路及应用.清华大学出版社,2005
[5]张洪润主编.电子线路与电子技术.清华大学出版社,2005
[6]张玉莲主编.传感器与自动检测技术.机械工业出版社,2007
审
批
意
见
教研室负责人：
年月日
摘要
本声光控制开关的设计目的是为了解决长明灯及开关麻烦所造成的能源浪费而设计出了利用声光来控制照明灯开关的电路。
当白天光照很好时，不管室内发出多大声音，都不会使灯泡发亮。
当夜晚光暗时，有人经过时，电路只要检测到有声音信号，就会自动发亮照明，当人离开后又自动熄灭。
本文介绍的是具有延时控制功能的照明灯，它是具有声光控制功能的节能灯头。
结构简单，体积小巧，使用方便，性能可靠。
文中介绍它的组成、功能、工作原理。
是一种十分实用的节能照明灯电路，不仅实用于家庭楼道，也同样实用于公共厕所、公共走廊、住宅区、工厂、学校走廊的公共照明。
关键词声控；光控；延时；照明灯
第1章绪论
1.1声光控台灯电路的概述
随着传感器技术的不断成熟，国内外已经将传感器技术列为优先发展的科技领域之一，声光传感器由于反应速度快，能实现非接触测量，而且精度高、分辨力高、可靠性好，加之半导体光敏器件具有体积小、重量轻、功耗低、便于集成等优点，因而广泛应用于军事、宇航、通信、检测与工业自动化控制等多种领域中。
为此我们设计了声光控台灯电路，这是一种电路新颖、安全省电、结构简单、安装方便、使用寿命长的声光双控台灯开关。
本声光控制开关的设计节电效果十分明显，同时也大大减少了维修量、节约了资金，使用效果良好,方便了人们的日常生活，随着科学技术的发展，公共场所照明控制手段也在日新月异地更新，除了声光控开关外，还有微波感应开关和热释远红外感应开关.但就目前而言，微波感应开关的抗干扰性能尚不理想，红外感应开关在性能上较为理想，但安装复杂，价格也偏高，比较适合在一些管理完善的场所如宾馆、大饭店楼道及家庭走廊应用，在普通住宅楼、办公楼道等场所的照明控制考虑到价格、管理及安装方便等因素，根据我国情,可以预计在相当一段时期内，声光控延时开关将是首选的主流产品。
1.2设计的目的与意义
1.学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与实物调试能力。
2.学会声光控延时照明灯电路的设计方法和性能指标测试方法。
3.进一步了解声光控延时照明灯组成框图和各个单元工作原理及相互联系。
4.培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。
5.提高自己对文献资料的搜索和信息处理能力。
1.3设计的内容
设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。
其设计内容主要包括以下几个部分：
1.系统方案；
2.单元电路的设计；
3.整机电路工作原理；
4.电路的仿真；
5.原理图的设计与制作；
第2章系统方案
设计的方案有以下三种：
（1）系统方案一：
含555定时器、光敏三极管、双向可控硅的声光控电路
简要分析其优点：
此声、光同时控制的新式照明灯用光敏三极管的输出端控制555的触发控制端，用音频放大电路控制555的复位端。
555定时器接成单稳态触发器，控制双向可控硅，简单易制、成本低、节电又方便。
原理图设计：
设计中考虑到光敏电阻的阻值随电压升高有规律的下降，而蜂鸣器则用驻极体话筒代替。
具体原理如图:
555定时器接成单稳态触发器，控制双向可控硅，当555定时器输出高电平，触发可控硅导通，灯泡亮，当555定时器输出低电平时，可控硅未导通，灯泡灭。
电路由l0V稳压直流电源供电。
为使声光同时控制，将光敏三极管的输出端控制555的触发复位端，音频放大电路控制555的触发端。
缺点：
在：
该电路在声强>50dB时，对照明灯的有效控制率高于94％，过于敏感。
很小的声音也会促使灯发光，会造成能源的浪费。
（2）系统方案二：
运用ＹＱ－Ｉ制成声光控电
简要分析其优点：
声光控延时开关的电路原理图见图２－１所示。
电路中的主要元器件是使用了数字集成电路ＹＱ－Ｉ，其内部含有4个独立的与非门vd1～vd4，使电路结构简单，工作可靠性高。
图２－２为设计原理图
陶瓷压电蜂呜片B把声音变成直流控制电压。
通过光敏电阻的改变，使电位发生改变，从而控制晶闸管的通断，从而达到使灯自动熄灭的目的。
缺点：
降压功能不强，对晶闸管的冲击电流大，对灯泡的寿命有影响。
（3）系统方案三：
声光控开关ICCD4011应用电路
简要分析其优点：
其采用集成块ICCD4011，制作起来成本低、并且节电又方便。
同时，对声音的灵敏度适中，并且原件容易设计。
小结：
在综合了以上三种电路的优缺点后，我们决定采用第三种方案。
第3章、单元电路图
3.1、整机电路图
3.2模块说明
3.2.1整流模块
四只整流二极管D1~D4J接成电桥的形式，固有桥式镇流之称，如下图。
在正半波电流通过电灯由线路3-2-可控硅再返回负极，在副半波时候电流通过4-1-2-可控硅再返回电源正极，于是达到镇流作用，使交流电变成直流电。
3.2.2放大模块
通过一个三极管，使接受到的微弱点信号通过放大能明显作用于电路。
如下图：
3.2.3驱动模块和声光控开关模块
本电路图在通过放大时也需要驱动电路并且和声光控开关同事运用，因此采用CD4011，即一举两得。
CD4011功能:
四2输入与非门CMOS芯片
逻辑表达式：
Y=A.B
A=Y.B
CD4011引脚图及引脚:
管脚功能：
1A数据输入端、2A数据输入端、3A数据输入端、4A数据输入端、1B数据输入端、2B数据输入端、3B数据输入端、4B数据输入端、VDD电源正、VSS地、1Y数据输出端、2Y数据输出端、3Y数据输出端、4Y数据输出端
3.2.4延时模块
当声音消失后需要灯泡延时亮一定时间，在本电路中采用RC延时电路
延时时间为T=RC，时间的长短取决于，RC的大小。
UC1=220V-UR8,整流后的电压经过R8分压后由VZ稳压，为后面信号控制电路供电。
控制电路晶体管静态分析:
UCEQ.V`CC通过测量的出:
IBQ=（V`CC-UBEQ）/R4ICQ=ΒIBQ
UCEQ=V`CC-ICQR5得R5=（V`CC-UCEQ）/ICQ
无光时,要使2处于高电平则:
UR7≥UOHUR7=R7/（R7+R3*V`CC≥UON
∴R3≤（V`CC-UOH）/UOH*RL
声音来时,得满足使1为高电平,即需要使晶体管处于截止区.
∴UBE≤UOH
设麦克MK1的阻值为RCM,由仪器测得:
RMK1/（R+RMK1）*V`CC≤UON
得:
R≥（V`CC-UON）/UON*RCM.其中R=R6//R4=R6*R4/（R4+R6）
即:
R4*R6/（R4+R6）≥（V`CC-UON）*RCM/UON---------①
无声音时.得满足1为低电平,即晶体管导通.
测RBE由网孔电流法得:
UBE＞UON
UBE={RBE*[1-RBE/（RCM+RBE）]*V`CC}/[（R6+RBE-R6²）/（R4+R6）-RBE²/（RMK1+RBE）]--②
由①②可以计算出R1R2的取值范围.
第4章整机工作原理
220V的市电经过灯泡和全桥整流后一路加在单向可控硅MCR22-6上，另一路经R8限流分压后给本电路供电。
由于一开始可控硅无触发信号，呈关断状态，灯不亮。
C1为主滤波电容，四个二极管整流桥给本电路提供稳定的工作电压。
Q1、R4、R5组成前级电压放大电路，对话筒MIC（MK1）送来的微弱信号进行放大，然后再送入四输入与非门CD4011芯片进一步放大，经C2的正极给其充电，很快C2上就充到了门电路的翻转电压，无光时，当有声音信号时，芯片1高电平，2高电平，则通过R1输出信号为高电平使可控硅导通，电灯点亮。
在这个过程中，声音信号只需一个瞬时即可，这是因为，当声音信号来时，C2上的电压很快就充到了电源电压，而这时即使声音信号消失，C2只能通过R1进行放电，所以可控硅的控制集上将维持一段时间的高电平，这个高电平将维持单向可控硅导通，这就是延时的效果，灯亮后所能延时的长短取决于C2上维持高电平的时间长短，所以选择C2的大小，可以控制延时的长短。
当C2上的电压低时，U1B_out输出高电平，U1A_out输出低电平，单向可控硅的控制端没了触发信号截止，灯熄灭。
有光时，U1D_out输入为低电平，不论有无声音信号，最后U1A_out输出都是低电平，即可控硅MRC22-6都截止，则灯不亮。
第5章设计原理及电路图
PCB板的制作过程
编辑原理图及其一些相关工作
1）打开Protel99SE，新建一个ddb文件，并起名为声光灯控制电路.ddb。
在Documents内在选择SchematicDocument并打开生成一个Sheet1.Sch（原理图编辑器）。
按照设计好的设计图绘制好的PCB原理图如下图所示：
并将其保存。
2）制作库文件
新建一个Schlib1.Lib（原理图库文件），具体如下图所示：
光敏电阻CD4011
3）制作PCB库文件
新建一个PCBLIB1.LIB（PCB库文件），具体如下图所示：
BRIDGELAMP
2.电气法则测试
在原理图编辑器中，执行菜单命令Tools/ERC，按OK键生成测试结果，如下图所示：
报告中显示没有错误，说明我们并没违反电气法则。
创建元器件报表清单
在原理图编辑器中，执行菜单命令Reports/BillofMaterial，选择sheet，并Next,Next,Next，将三个全选中，再次Next，Finish后，生成三个报表如下所示：
Sheet1.Bom
Sheet1.CSV
Sheet1.XLS
并将它们保存。
4.创作网络表文件
在原理图编辑器中，执行菜单命令Design/CreateNetlist，按OK键生成网络表文件。
5.载入网络表和元器件封装
新建一个PCB1.PCB（PCB设计文件）文件，在PCB编辑器中，执行菜单命令Design/LodeNets，导入网络表，如下图所示：
确认无误。
6.制作PCB板
按下Execute后，经过规划PCB,放置螺丝孔和电源接线铜柱,从原理图加载网络表和元件到PCB,通过Room空间移动元件,手工布局调整（通过旋转元件进行，注意减少飞线的交叉）,覆铜等一系列处理后，等到如下图所示：
并将其保存。
第6章系统仿真与调试
6.1系统仿真及原理图制作使用平台
系统仿真采用InteractiveImageTechnologies公司推出的Windows环境下的电路仿真软件—multisim10.此软件最适合于模电数电仿真，不仅可以完成电路瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、噪声分析和直流分析等基本功能，而且还提供了离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析和电路容差分析等电路分析方法，并具有故障模拟和数据储存等功能。
原理图的制作则是protel99se，此软件是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源--地层和16个机加工层。
6.2系统仿真元器件选择
MIC 用用函数信号发生器来代替，当没有人说话的时候，将其频率调到最大，反之增大频率，RG用一般滑动电位器代替，YFA-YFD 用一片低工耗COMS四与非门电路CD4011，T1用9013低频管，放大倍数越大灵敏度越高，D1用IN4148，D2（稳压管）用的是电池组代替的，目的是为了防止仿真错误，C2、C3用电解电容、SCR可选用 MCR22-6A的单向可控硅，电阻均为 1/8w 炭膜电阻，阻值按图。
D4-D7用IN4007，反向漏电必须小。
电灯的功率不能超过60W。
6.3整机仿真调试
（1）无声有光情况（正常）
将连接好的电路原理图对照设计的电路图认真核对一遍,若无错误（阻值的大小，导线连接短路等）现象，将光敏电阻阻值调小和mic及函数信号频率调到最低，打开又上脚的run开关
，发现灯泡并不亮，如下6.3A图：
（2）无光（光线暗）无声
即Y=A&B（Y=1&0=0）,此时灯泡应该不亮，（Y为满足条件，A代表光线，B代表声音，“1”表示满足条件“0”则反之）当光线暗与上有声时才为真
（1），调节滑动电位器R7，将其阻值逐渐增大，MIC（即函数信号发生器）频率信号最低，此时发现灯泡不亮。
如下6.3B图：
图6.3B
（3）有光（光线强）有声
即Y=A&B（Y=0&1=0）,此时灯泡应该不亮，将滑动电位器调到最小，函数信号的频率逐渐增大（50HZ以上），此时只有声音信号放大了，而光控则最低。
如6.3C图所示：
图6.3C
（4）无光有声
即Y=A&B（Y=1&1=1）,此时灯泡应该亮，调节滑动电位器，将其阻值增大（至少为50%），再将函数信号的频率增大（50HZ以上）。
如下图6.3D所示：
图6.3D
结论
本声光控制开关的设计节电效果十分明显，同时也大大减少了维修量、节约了资金，使用效果良好,方便了人们的日常生活。
随着科学技术的发展，公共场所照明控制手段也在日新月异地更新，除了声光控开关外，还有微波感应开关和热释远红外感应开关.但就目前而言，微波感应开关的抗干扰性能尚不理想，红外感应开关在性能上较为理想，但安装复杂，价格也偏高，比较适合在一些管理完善的场所如宾馆、大饭店楼道及家庭走廊应用，在普通住宅楼、办公楼道等场所的照明控制考虑到价格、管理及安装方便等因素，根据我国情,可以预计在相当一段时期内，声光控延时开关将是首选的主流产品。
致谢
在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识。
在整个项目开发过程中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦，相信会对今后的学习、工作、生活有非常重要的影响。
在此，要感谢吴志毅老师对我悉心的指导，感谢老师们给了我这样的机会。
虽然这个项目还不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。
参考文献
[1]郭继忠，黄继昌编著.控制专用集成电路及其应用.人民邮电出版社,2006
[2]郑应光编著.模拟电子线路
（一）.东南大学出版社,2000
[3]孙余凯项绮明等编著.精选实用电子电路260例.电子工业出版社,2007
[4]张洪润吕泉编著.电子线路及应用.清华大学出版社,2005
[5]张洪润主编.电子线路与电子技术.清华大学出版社,2005
[6]张玉莲主编.传感器与自动检测技术.机械工业出版社,2007
附录1元器件清单
标号
名称
型号及阻值
标号
名称
型号及阻值
R1
电阻
30K
D1-D4
整流二极管
IN4007×4
R2
电阻
4.7K
VZ
稳压二极管
7.5V
R3
电阻
100K
D5
二极管
4148
R4
电阻
2.2M
V1
NPN三极管
Sxta43（npn）
R5
光敏电阻
33K
CD401111
2_4输入与非门
R6
电阻
22K
C3
电容
100nf
R7
电阻
光照
X1
灯泡
R8
电阻
150K
MK1
麦克风
C1
电容
100uF
C2
电容
47uF
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。
尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者（本人签名）：
年月日
学位论文出版授权书
本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》（以下简称“章程”），愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂
升级会员 