声光控制照明灯课程设计文档格式.docx

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2011年6月25日

第一章绪论

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。

声控灯顾名思义，声控灯即是用声控制电灯亮灭的一种灯具，控制某一用电负载的方法多种多样，用光的强弱控制的称光控，用温度高低控制的你温控，用磁场强弱控制的称磁控，还有依靠压力、湿度的等等。

使用这种照明电路,人们就不必在黑暗中摸索开关,也不必再担心点长明灯费电和损坏灯泡了。

夜间只要有脚步声或其它较强的声响时,灯便自动点亮,延时一定时间后自动熄灭。

特别适用自动控制路灯照明以及走廊和楼道等处的短时照明。

第二章设计内容

2.1题目

楼道声光控制照明灯设计

2.2要求及目的

要求：

按既定元件方案设计，实现无光有声时，触发灯亮并延迟5秒，否则不亮。

目的：

1.掌握数字电路设计方法、练习元件焊接技术；

2.培养应用所学知识指导实践的能力；

3.掌握常用元器件的识别和测试；

4.熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法。

2.3内容

1.电路原理图设计，按照要求计算参数，达到理想效果；

2.电路板实现，通过电路原理图制作电路板；

3.设计论文。

设计声光控制照明灯，在夜间有声信号时，使灯点亮。

无声时，延迟5秒后熄灭。

声音时间间隔小于5秒，则LED灯持续点亮。

白天有声无声均不点亮。

2.4器件

光敏电阻，驻极体话筒，运放LM358，NE555，74LS122单稳态发生器，发光管，电容，电阻。

2.5主要元器件介绍

1、555定时器电路

集成定时器555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。

它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压

标准使用了三个5K电阻，故取名555电路。

其电路类型有双极型和CMOS型两大类，二者的结构和工作原理类似。

二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。

555电路构成单稳态触发器，如图2.5.1所示。

图2.5.1单稳态触发器

555定时器内部电路见图2.5.2所示。

图2.5.2555定时器的内部结构

2．LM358内部引脚图

LM358是常用的双运放,这里我们介绍一下他的一些资料以及简单电路应用。

LM358里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应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放的地方使用。

LM358的特点:

.内部频率补偿

.低输入偏流

.低输入失调电压和失调电流

.共模输入电压范围宽，包括接地

.差模输入电压范围宽，等于电源电压范围

.直流电压增益高（约100dB）

.单位增益频带宽（约1MHz）

.电源电压范围宽：

单电源（3—30V）；

.双电源（±

1.5一±

15V）

.低功耗电流，适合于电池供电

.输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V）

3.74LS122引脚分布及工作原理

图2.5.374LS122引脚分布

工作原理：

74LS122为可重复单稳态触发器，根据其输出脉冲宽度

实现延时5s。

当74LS122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

。

声音信号消失，Q端上升沿维持5s后灯会自动熄灭。

第三章方案论证与原理图

3.1方案论证

本次设计主要由声控电路,光控电路,放大电路,整形电路,延迟电路几部分组成。

其中，声控电路与光控电路分别由LM358内部两个放大器组成。

声控部分其实是一个负反馈放大器，主要是将驻极体话筒接受到的信号进行放大，输出到整流电路中。

光控部分是一个由光敏电阻与另外几个电阻组成的电压比较器，由于NE555中4脚的特性（低电平有效，输出为低电平）。

当有光时，光敏电阻器阻值很小，故电流经反向端输出低电平，有无信号经过时，LED灯都不亮。

且NE555复位；

当无光或光线暗时，光敏电阻器阻值很大，电流经同向端输出高电平，当有信号经过时，LED灯亮。

NE555输出高电平。

最后经过74LS122进行延迟，即可得到与设计内容相一致的电路。

本方案经老师与同学的讨论，以及实际电路连接，证明方案正确。

3.2楼道声控灯的基本原理

该电路由声控电路、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74HC122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。

1.光控部分工作原理：

3.2.1光控部分电路图

当光线充足时，光敏电阻阻值很小，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。

2．声控部分工作原理

3.2.2声控电路图

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。

其中电容C3为耦合电容，R11和R9的作用是对输入信号进行抬升；

R7和电容C1的作用是对声音信号进行放大，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。

3.555定时器构成的施密特整形电路工作原理

3.2.3施密特整形电路

当光线充足时，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；

当光线不充足时，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。

4.74LS122单稳态触发电路工作原理

3.2.474LS122单稳态触发电路

当光线充足时，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，74122的1脚和2脚接收到一个上升沿脉冲，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。

3.3参数设计

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。

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。

要使LM358的声控放大电路的放大倍数为30～50，

即

可选用

=4.7K

、

=150

，此时算得

，要使LM358的2脚和5脚的电压为

，必须选用两对阻值一样的电阻，这里在5引脚选用4.7K

，在2引脚选用1K

要使延时时间为5s，即使

=5s，选用150

的电阻和47uF的电容，即在11脚和13脚间接入47uF的电容，在13脚和

间接入150

电阻。

第四章电路调试

4.1电路的调试

按照电路原理画出电路布线图，尽可能的减少导线的交叉，避免出现短路现象使电路短路造成烧坏元器件，按照电路布线图进行步线。

在焊接电路的过程中注意电烙铁的使用与放置，防止在焊接的工程中烧坏器件和发生危险。

电路检查无误后，接入5V电源,发现LED灯发亮，5秒后熄灭，在未遮挡光敏电阻的情况下向驻极体话筒拍手，发现LED灯亮，这与实验目标相违背，断开电源后，仔细检查发现,光控部分的电路连接出现了短路现象，经调整后，在光敏电阻未被遮挡下拍手，LED灯不亮，遮挡光敏电阻后拍手，LED灯亮，且持续5秒，当连续拍手时，LED灯持续亮，电路连接正确，达到设计目的。

第五章总结与心得

5.1总结

通过设计电路,把光敏电阻挡住，通过拍手发出响声，使LED灯亮，并且持续亮5秒，当光敏电阻未被遮挡时，拍手后LED灯不亮，达到设计效果。

在设计过程中,通过设计、分析到最后成功制作出电路板,使我对电子设计有了更大的兴趣.希望以后能多做些设计。

5.2心得

实践出真知:

通过设计,学到了很多在书本上所没有学到过的知识,并且使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，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.

参考文献

[1].电子技术实验教程高等教育出版2005年

[2].电子技术基础—模拟部分康光华高等教育出版2005

[3].电子实验与电子实践南寿松中国标准出版2004

[4].数字电子技术基础阎石高等教育出版2005

附录

电路原理图