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声光智能开关论文
湖南理工职业技术学院
毕业设计（论文）
题目:
声光智能开关
年级专业：
学生姓名：
指导教师：
2010年5月15日
摘要
本电路是一种用于照明电路的声光控制节电开关。
电路由电源电路、声光控制与门控制电路、延时电路及可控硅控制电路组成,在白天受光照射,无触发电压触发可控硅SCR,灯不亮；夜晚无光照射,由敏感元件BM接收声源,导通可控硅SCR,灯点亮。
做到白天无长明灯,夜晚人走灯灭,应用于楼梯、走廊、仓库、厕所等无人值守的场所,安装简便,节约用电。
关键词电源；声光；与非门；延时；可控硅
目录
第一章绪论……………………………………………………………3
第二章声光控延时开关原理分析……………………………………………4
2.1声光延时开关的原理………………………………………………………………………..4
2.2单元电路分析……………………………………………………………………….…………5
第三章主要器件分析…………………………………………………………..7
3.1四输入与非门CD4011……………………………………………………………………7
3.2可控硅…………………………………………………………………………………………7
3.3驻极体话筒BM……………………………………………………………………………….8
第四章声光延时开关的制作与调试………………………………………9
4.1原理图的设计和PCB板的绘制………………………………………………9
4.2元件的规格及安装与调试…………………………………………………10
第五章结束语………………………………………………………13
致谢……………………………………………………………………14
参考文献………………………………………………………………15
第一章绪论
现在住宅楼道或过道中大都有照明灯,但灯往往在夜晚处于常开状态甚至在白天也是开着的,这样就造成了资源浪费,违背了我国建设节约型社会的原则。
因此本次设计了一种自锁式声光控制照明电路,即白天或光线较强时,开关电路为自锁状态,灯不亮,当光线黑暗或晚上来临时,开关进入预工作状态,此时,当来人有脚步声或说话声等声源时,开关自动打开,即灯亮,并且延时一段时间后自动熄灭,从而实现了“人来灯亮，人去灯灭”，杜绝了长明灯，免去了在黑暗中寻找开关的麻烦，特别是上下楼道带来不便。
本设计的电路原理主要是将声音信号，经声电转换器后转换成微弱的电信号，再将该电信号经放大后送往处理器处理，此时光信号也同时被送入了处理器中。
而光信号在此决定了本次声信号是否有效，可直接地决定了负载的动作。
声光信号经处理器处理,将幅度、频率不尽相同的一群声波信号整形转变成一次电平信号。
对延时电路充电，只有当延时电路达到工作时，电平信号才有效，再经处理器二次整形控制电子开关导通。
当延时电路放电到一定程度，即电平信号变为低电平时，电子开关截止。
完成一次完整的电子开关由开到关的过程。
符合设计要求。
第二章声光控制电路工作原理分析
2.1声光控制电路工作原理
图1
顾名思义，声光控制延时开关就是用声音来控制开关的“开启”，一段时间后延时开关“自动关闭”。
因此，整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的开关动作。
本电路的主方框图如图1所示，由感光，检音，延时三大部共同控制照明灯的工作状态。
声光控制电路中的主要元器件是使用数字集成电路CD4011，其内部包含4个与非门，即D1~D4，电路结构简单，可靠性高,明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元，由此又可画出图2所示的方框图。
图2
声音信号（脚步声、掌声等）由驻极体话筒BM接收并转换成电信号，经VT的基极进行电压放大，放大的信号送到与非门D1的2脚。
为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻RG等元件组成光控电路与与非门D1的1脚相连。
夜晚环境无光时，光敏电阻阻值很大，RG两端电压高，即为高电平。
使光控电路具备光控条件。
此时只要D1的2脚有信号，D1的3脚输出为低电平“0”。
通过与非门D2整形后又变为高电平“1”，这时对延时电路中电容C3进行充电，当C3充到一定电平时，信号经与非门D3、D4二级整形后由D4的11脚输出高电平“1”送到可控硅T的G级，开关T导通，灯亮。
C3充满后只向R8放电，当放到一定电平时，经与非门D3、D4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关T断开，灯灭。
完成一次完整的电子开关由开到关的过程。
白天光线较强的环境下，光敏电阻RG阻值很小，RG两端电压几乎为0，即为低电平“0”，使声光控电路不具备光控条件，电子开关T处于截止状态。
2。
2单元电路分析
2.2.1220V交流电源处理
利用四个二极管VD1~VD4将220V交流电进行桥式整流，将之变成脉动直流电，经R1降压，C2滤波即可为电路提供所需的直流电。
2.2.2声音处理电路
声音信号（脚步声、掌声等）由驻极体话筒BM接收并转换成电信号，经放大电路进行放大，放大的信号送到与非门D1的2脚,作为声控信号。
当有声音信号时，IC的2脚为高电平“1”。
2.2.3光控电路
为了使声光控开关在白天断开，即由光敏电阻RG等元件组成光控电路，R5和RG组成串联分压电路。
夜晚环境无光时，光敏电阻的阻碍值很大，RG两端的电压高，即为高电平“1”，即D1的1脚为高电平“1”，使声光电路具备了光控条件。
白天光线较强的环境下，RG两端电压几乎为0，则与非门的D1的1脚为低电平“0”，使光控电路不具备光控条件，电子开关处于截止状态。
2.2.4延时工作电路
延时电路只有在具备声光控条件下，才会工作。
即D2的4脚为高电平“1”时，对延时电路中电容C3进行充电，当C3充到一定电平时，信号经与非门D3、D4二级整形后由D4的11脚输出高电平1送到可控硅T的G级，开关T导通，灯亮。
C3充满后只向R8放电，当放到一定电平时，经与非门D3、D4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关T断开，灯灭。
完成一次完整的电子开关由开到关的过程。
第三章主要元器件分析
3.1四二输入与非门CD4011
IC选用CMOS数字集成电路CD4011。
CD4011有四个独立的与非门电路，内部结构如图3。
VDD是电源的正极，VSS是电源的负极。
图3
其逻辑表达式为：
Y=
3.2可控硅
可控硅T选用1A/400V的进口单向可控硅1006型，如负载大可选用3A、6A、10A等规格的单向可控硅。
单向可控硅是一种可控整流电子元件，正向导通受控制极G电流控制。
阳极A电位高于阴极K电位，控制极G有足够的正向电压和电流时，从截止到导通。
阳极A电位高于阴极K电位和阳极A电流大于维持电流时，维持导通。
阳极A电位低于阴极K电位和阳极电流小于维持电流时，从导通到截止。
3.3驻极体话筒BM
话筒又称传声器，一种电声器材，属传声器，是声电转换的换能器。
通过声波作用到电声元件上产生电压，再转为电能。
电荷的公式是Q=C*V，反之V=Q/C也是成立的。
驻极体总的电荷是不变的，当极板在声波压力下后退时，电容量减小，电容两极间的电压就会成反比的升高，反之电容量增加时电容两极间的电压就会造成反比的降低。
最后再通过阻抗非常高的场效应将电容两端的电压取出来。
同进进行放大，我们就可以得到和声音对应的电压了。
由于场效应管是有源器件，需要一定的偏置和电流才可以工作在放大状态，因此，驻极体话筒都要加一个直流偏置才能工作。
第四章声光延时开关的制作与调式
4.1原理图的设计和PCB板的绘制
原理图的设计是基于Protel99se软件之上的，此软件的主要功能模块包括电路原理图设计，印制板电路的设计，可编程逻辑器件的设计，电路的模拟仿真等。
其主要有两部分组成：
原理图设计系统和印制板设计系统（PCB）。
运行Protel99se应用程序进入SchematicDocument放置元件，并对所放的元件属性进行编辑，将放置好的元件，将它们相应地联接起来，如图4。
并生成对应的网络表。
图4
在绘制好的原理图后进入PCB设计环境。
操作步骤如下：
1、规划电路板，主要是确定电路板的边框，包括电路板的尺寸大小等等。
2、打开所有要用到的PCB库文件后，调入网络表文件和修改元件封装。
这一步是非常重要的一个环节，网络表是PCB自动布线的灵魂，也是原理图设计和印制电路板设计的接口，只有将网络表装入后，。
才能进行电路板车的布线。
3、布线规则设置。
布线规则是设置布线的各个规范。
根据用户的需要设置层面，各组线宽，过孔间距，布线的拓朴结构等部分规则。
4、自动布线和手工调整。
自动布线后，会出现错误，这时就需要我们重新调整元件的摆放位置，或者删掉个别线，手工连接。
所绘制的PCB图5
图5
4.2元件的规格及安装与调试
元件的规格如下：
序列
名称
规格型号
位号
数量
1
集成块
CD4011
IC
1
2
可控硅
100-6
T
1
3
话筒
54+2db
BM
1
4
二极管
IN4001
D1-D5
5
5
三极管
9014
VT
1
6
光敏电阻
625A
RG
1
7
电阻
120K
R1
1
8
电阻
47K
R2
1
9
电阻
47K
R3
1
10
电阻
2．2M
R4
1
11
电阻
1M
R5
1
12
电阻
10K
R6
1
13
电阻
470K
R7
1
14
电阻
5．1M
R8
1
15
电容
104
C1
1
16
电容
10u/10V
C2
1
17
电容
10u/10V
C3
1
安装与调试：
对照元件清单买到电子元件后，首先对照材料将各材料认真清点一遍，并用万用表粗略地测量一下各元件，做到心里有数。
将点清的元件在腐蚀好的PCB板上对应的安装焊接。
焊接时注意先焊接无极性的阴容元件，电阻采用卧装，电容采用直立装，紧贴电路板。
焊接有极性的元件如电解电容、话筒、整流二极管、三极管、单向可控硅等元件时千万别装反，注意极性的正确，否则电路不能正常工作甚至烧毁元器件。
调试前，先将焊好的电路对照电路原理图认真核对一遍，不要有错焊、漏焊、短路等现象发生。
通电后，人生不允许接触电路板的任一部分，防止触电，注意安全。
如用万用表检测时，将万用表两表笔接触电路板相应处即可。
本电路调试时请先将光敏电阻RG拔下来，将负载电灯串接在交流电的任一根线上（用电胶胶好），再将两线接在电路的J1的两个端口，通电，用手对着驻极体BM重拍掌，灯若亮，且过段时间又灭了，再拍掌，灯又亮，过后又灭；些时拔掉电源，装上光敏电阻RG，通电，拍掌灯不亮，这表明制作成功。
若不成功请仔细检查电路板有无虚焊和拖焊短路现象。
第五章结束语
毕业设计是高等教育学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会。
通过对这次的声光智能控制开关的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际生产的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等基础专业能力水平。
而且通过对整体的掌控。
对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，丰富了经验。
在设计中的遇到的挫折使我的抗压能力和耐力也得到了不同程度的提升。
顺利如期地完成本次设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前程充满信心。
只要运用自己所学的专业知识，结合生活实际需求，自己也可以设计制作出智能仪器，达到生活需求目的。
本次设计涉及节能，让我理解到建设节约型社会，可以从生活中多方面做起，比如感应水龙头、本设计的声光智能开关等。
也让我知道要想在这节约方面发展必须还得不断充实自身能力。
致谢
本设计能得以完成，首先要感谢我的指导老师汤秋芳。
正是在汤老师的悉心指导和关怀下，我才逐步选定了方向，深化了对设计课题的认识，从而一步步地完成该本次设计。
另外汤老师严谨的治学态度和谦逊的待人态度让我由衷敬佩，是我学习的榜样。
同时也感谢同组成员，因为在设计过程中也得到了他们的不少帮助。
最后，借此机会向湖南理工职院所有教导过我的老师表示衷心的感谢，感谢他们辛勤的劳动。
参考文献
[1]《模拟电子技术》郑学峰西安电子科技大学出版社
[2]《电路基础（第2版）》王慧玲高等教育出版社
[3]《电子CAD技术》（第二版）关键张晓娟电子工业出版社
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