楼道声控灯课程设计讲解.docx

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楼道声控灯课程设计讲解

数字电子技术基础课程设计论文

楼道声光控制照明灯设计

学生姓名：

钟心

指导教师：

王军

专业：

测控技术与仪器

班级：

测控1042

学号：

23

设计时间：

2012年6月11日

至2012年7月1日

实验地点：

新实验楼410

第一章绪论

一、楼道声控灯

光控电路有着广泛的应用。

比如城市中的路灯或楼道照明等一般都是由人工操作的,如果采用光控电路,根据光线的强弱来自动开启和关闭照明灯,做到无人自动控制,可以减轻工人的劳动强度,有效的节约能源。

但光控电路有其缺陷,就是夜晚无光线的时候,照明灯将一直工作着,这样会造成资源的浪费,也会缩短照明灯的寿命。

这时若在光控电路的基础上添加一个声控电路,使得照明电路在无光线的时候,只受声音的控制,当有脚步声或其它较强声响的时候,照明电路自动工作。

当声音消失的时候,照明灯自动熄灭,这就需要在光控电路和声控电路联合工作的条件下添加一个延时电路,使照明灯点亮后,延时一定时间后自动熄灭。

声控灯的制作目的是通过声控灯的制作，提高学习电路知识的兴趣，掌握元器件的测试方法，掌握自己制作印制电路板的方法，锻炼实际动手操作能力。

目前许多声控开关的平均使用寿命不长，主要是因为电路作频繁的开关，启动电流非常大，导致功率元件可控硅由于过载而损坏。

本文中采用开关电压过零保护技术，可消除白炽灯开启瞬间的大电流冲击，有效地防止可控硅元件启动时的电流过载，大大地延长了开关的使用寿命，并且可以起到保护灯泡的作用。

本次课程设计的任务是楼道声控灯，根据模拟电子和数字电子所学的知识自主设计，在老师的指导下以小组为单位组装实物并调试。

如今，人们对声控技术越来越熟悉。

用声音代替肢体动作给人们带来了很多的好处和便利。

因此，越来越多的声控设备广泛地应用到人们的生活当中。

二、音频放大器

各种便携式的电子设备称为了电子设备的一种重要的发展趋势。

从作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。

陆续将要普及的还有便携式电视机，便携式DVD等扽。

所有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输出，也就是都需要有一个音频放大器；另一个特点就是它们都是电池供电的。

都希望能够有较长的使用寿命。

就是在这种需求的背景下，D类放大器别开发出来。

它的最大特点就是能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率。

高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要，在大功率的电子设备中也需要。

因为，功率越大，效率也就越重要。

而随着人们的居住条件的改善，高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起。

在这些设备中，往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。

这时，低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。

音频放大器的目的是在产生声音的输出元件上重建输入的音频信号，信号音量和功率级都要理想——如实、有效且失真低。

音频范围为约20Hz~20kHz，因此放大器在此范围内必须有良好的频率响应。

根据应用的不同，功率大小差异很大，从耳机的毫瓦级到TV或PC音频的数瓦，再到“迷你”家庭立体声和汽车音响的几十瓦，直到功率更大的家用和商用音响系统的数百瓦以上，大到能满足整个电影院或礼堂的声音要求。

第二章系统方案认证

一、楼道声控灯

电路由声控电路、光控电路及放大电路、单稳态延时电路组成，下面对其功能进行逐一分析并确定电路结构。

光控电路是根据光线的强弱来优先决定电灯的亮灭。

声音信号由驻极体话筒BM接收，经过反比放大，放大的信号送到NE555定时器的2,6脚。

该电路可以对声控延时电路进行控制，在白天光线较强时，该电路在光控电路的作用下，处于关闭状态，对任何声音信号都不响应，在晚上光线较弱时，光控电路将该电路的功能打开，使得该电路能根据外界声音信号做出相应的响应。

NE555定时器的输出去控制74HC123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的输出来控制的。

准确说我们说的的声控灯应该全名为--声光控灯。

因为和光线也有关系。

白天你放鞭炮它都不会亮。

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，起到日熄夜亮的控制作用，以节约用电。

2．1设计的目的和任务

1．巩固加深对模拟电子技术和数字电子技术基础知识的理解，提高综合利用所学知识的能力，培养学生独立分析问题，解决问题的能力。

2．通过查找资料、选方案、设计电路、仿真和调试、写报告等环节的训练，熟悉设计过程、步骤。

为今后从事电子线路的设计，研制电子产品打下基础。

3．设计模拟和数字混合电路，实现特定功能，学习这一技能，积累这一方面的经验。

2．2设计要求

1．设计办公大楼、写字楼或居民住宅楼内应用的声控灯。

2．在白天C亮度较高的时候，即楼道内光线充足时此开关关闭，灯熄灭。

3．夜晚楼道内光线很暗时，若楼道内充分安静，此灯不启动。

4．若在光线很暗的楼道内，有人发出声响，此灯会自动开启发亮。

二、音频放大器

2.3方案设计

确定各级的增益分配

放大倍数Vs.dB数0dB：

一般将信号电平（0dB）即0.775V作为衡量放大器灵敏度的参考标准。

5mV的dB数为：

。

因为采用的集成芯片LM386，其输出功率为20W，则负载上的电压：

为

又话筒输入为5mV，则整个电路的增益为20lg（13/0.005）=68dB。

考虑到音调级必要的衰减，增益为－2dB左右。

所以取整个电路的增益为70dB。

则各级的增益如下：

*功放级：

26dB（厂家给定的）

*音调控制级：

-2dB。

*前置放大级：

44dB。

图2-1系统构成框图

第三章原理图设计及仿真

一、楼道声控灯

3．1电路原理图

见附页图6—1

3．2元器件清单

NE555一个

74HC123一块

LM358一个

驻极体话筒一个

电阻：

330Ω/1;1K/2;4.7K/5;10K/1;150K/1

电容：

5V47uF一个；5V10uF两个；

光敏电阻；发光二极管LED一个；

3．3元器件简介

3.3.1NE555内部结构原理

图3—1NE555内部结构原理图

555定时器由3个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G4组成。

虚线边沿标注的数字为管脚号。

其中，1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.7V）可使555定时器直接复位；5脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V—3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；8脚为电源端，可在5V—18V范围内使用。

555定时器工作时过程分析如下：

5脚经0.01uF电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：

UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。

当VI1＞2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。

当VI1＜2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。

当VI1＞2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。

当VI1＜2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。

NE555引脚图:

图3—2NE555引脚图

3.3.274HC123引脚图及功能

图3—3SM74HC123引脚图

74HC123是单稳态触发器。

其RxCx（7,15）和Cx端（6,14）接定时的电阻和电容,即决定触发后Q端产生的单脉冲宽度.Rbar（3,11）是低电平复零,不作复零时为高电平。

Abar（1,9）是下降沿触发输入端,通过Abar用负脉冲触发,不用时保持高电平.B（2,10）是上升沿触发输入端,通过B用正脉冲触发,不用时置低.。

Q（5,13）与Qbar（4,12）分别输出正负定时单脉冲。

器件中单稳触发器作用是不管触发信号持续多长时间，只固定维持外围阻容给定的一段时间就恢复触发前状态，外围电阻电容决定单稳时间，因为触发是由边缘触发，上升或下降沿。

可再触发单稳不同之处是前次触发后的单稳没有恢复触发前状态而又有触发信号时，可再触发单稳将在触发边缘开始继续维持阻容给定的单稳时间，而单稳是不理会在翻转后的触发信号的。

此芯片也可做多谐振荡器用。

3.3.3光敏电阻结构图及原理

图3—4光敏结构图

　　光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。

常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。

光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1~10M欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。

光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。

设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。

3.3.4运放LM358

图3—6运放LM358结构图

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、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

二、音频放大器

3.4电路原理图

见附录图6-2

3.5元器件清单

实验电路板：

　1块

电阻8个

电容5个

扬声器1个

麦克1个

滑动变阻器1个

三极管2个

电位器2个

3.6元器件简介

3.5.1三极管性能的简易测量

（1）用万用表电阻档测ICEO和β

　　基极开路，万用表黑表笔接NPN管的集电极c、红表笔接发射极e（PNP管相反），此时c、e间电阻值大则表明ICEO小，电阻值小则表明ICEO大。

　　用手指代替基极电阻Rb，用上法测c、e间电阻，若阻值比基极开路时小得多则表明β值大。

（2）用万用表hFE档测β

　　有的万用表有hFE档，按表上规定的极型插入三极管即可测得电流放大系数β，若β很小或为零，表明三极管己损坏，可用电阻档分别测两个PN结，确认是否有击穿或断路。

3.5.2前置放大极

采用共射极放大电路构成前置年放大极，三极管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。

三极管有一个重要参数就是电流放大系数b。

当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流b倍的电流，即集电极电流。

集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。

第四章硬件电路的安装调试

4．1电路的调试

在进行硬件安装的过程中，我们遇到了很多的问题。

第一次使用电路板，对它内部的连接并不熟悉，从而出现了很多的错误。

首先是安装元件，把他们的位置摆放好。

两两之间的关系在电路板上有一个好的体现，使人一目了然，而且要达到美观和线路连接简易，尽量用到最少的线，是它看起来不乱。

然后要做的就是分析电路图，在电路板上配线，用到的工具有各种钳子，镊子等。

焊接，一般常用焊锡做焊料。

它具有较好的流动性和附着性。

在一定温度、湿度及振动冲击下有足够的机械强度。

而且具有耐腐蚀性，使用方便等优点。

焊剂：

作用是除去油污，防止焊件受热氧化，增强焊锡的流动性。

常用的电烙铁有外热式、内热式和速热式三种。

一般功率不能过大，若选用的功率过大，不易掌握火候，很容易使元件过热而损坏。

先测量，作好记录、清洁、挂锡焊接、最后在检查测量。

焊接方法：

1、右手持电烙铁。

左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线。

焊接前，电烙铁要充分预热。

烙铁头刃面上要吃锡，及带上一定量焊锡。

2、将烙铁头刃面紧贴在焊点处。

电烙铁与水平面大约成60度角。

以便于熔化的锡从烙铁头上流到焊点上。

烙铁头在焊点处停留的时间控制在2~3秒钟。

3、抬开烙铁头。

左手仍持元件不动。

待焊点处的锡冷却凝固后，才可松开左手。

4、用镊子转动引线，确认不松动，然后可用偏口钳剪去多余的引线。

待线路连接好了之后，进行调试。

正确的现象是接通电源灯亮一会熄灭，将光敏电阻遮住，拍一下手，灯亮，过几秒之后灯灭。

但在我们的设计过程中出现了错误：

首先是线路有短路，没有测量好电路板的内部连接，接地线没有接到一起。

第五章总结与展望

在这周的电子技术课程设计中，我做的课题是“声光控制开关”。

这是一种声音和光照双控照明灯，它可以用于楼梯、过道、库房的场合。

白天光照好，不管过路者发出多大声音，都不会是灯泡发亮。

夜晚光暗，电路的拾音器只要检测到有碎发声响，就会自动亮为行人照明，过一段时间后又自动熄灭，起到了节能的作用。

本次的声光控制开关的设计实践将我们学到的知识应用到了实践，深化了对数字电路设计、和模拟电子设计的认识，使我们在设计的实践中获得新知。

学习的理论知识和实践操作，我不仅仅得到的是课本上的东西，更重要的是我通过自己的独立动手，老师和同学的耐心指导下，让我学会了分析电路、设计电路的步骤。

在此设计中利用到了放大、光敏、延时的知识,让我们进一步巩固和掌握所学的基础知识，加深对了对模拟电路.数字电路的理解。

设计一开始不知如何下手，经过查阅资料还有老师的帮助完成了实践要求。

我自知这次的设计有很多的不足，做得比较辛苦效果也许不是很好，很多东西平时学得也不透彻，我觉得做一次课程设计从每一个细节都在锻炼着我们。

我希望我们都能从中收获良多的知识，能把知识真正变成自己的东西。

第六章附页

参考文献

[1]阎石.《数字电子技术基础》.1998年6月

[2]付家才.《电子工程实践技术》

[3]康华光.《模拟电子技术基础》

[4]方佩敏.《音频功率放大器》，《电子世界》，2003年

[5]姚福安.《音频功率放大器设计》，山东大学学报，2003年

[6]龚伟:

《音频放大器控制方式综述》，重庆大学报，2003年

[7]周良权.《模拟电子技术基础》[M]，高等教育出版社，2001年

附图

图3——1电路原理图

图6-2音频放大器原理图