声光控毕业设计论文.docx
《声光控毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《声光控毕业设计论文.docx（18页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
声光控毕业设计论文
学号121314151617
毕业设计说明书
设计题目声控灯的设计与实现
系部机械电子系
专业机电一体化
班级机电1205
姓名徐龙飞
指导教师刘宪春
摘要
光控灯和声光控灯是居家照明的重要组成部分（如楼道、卫生间、小巷等），它们的出现使我们的生活方便许多，既可避免摸黑找开关造成的摔伤碰伤，又可杜绝楼道灯有人开、没人关浪费能源的现象。
介绍了用三极管和与非门芯片实现光控灯和声控灯的原理，重点介绍了二者的实现方法和具体细节，及制作过程中遇到的问题和相应的解决方案。
关键词：
光控灯、声控灯、光敏电阻、电容话筒、导通、截止
Abstract
Opticallycontrolledlampandacousticcontrollampplayanimportantroleinourdailylife（likeincorridor,toilet,alleywayandsoon）.Theymakeourlifemorecovenient.Byuseofthem,wecannotonlyprotectourselvesfromthehurtthatmaybecausedinlookingfortheswitchesoflightsinthedark,butalsoeliminatethephenomenonthatsomeoneturnonthelightbutnobodyturnofftoavoidthewasteofresources.
Itintroducestheprincipleofhowtousedynatronsandanandgatechiptoachievethepurposethatcontrolthelightsbylightandsound,andspeciallystressesthewaysandconcretedetailsabouthowtousethemtoachievethepurposeandthesolutionsoftheproblemsthatwillbemetintheprocessofmakingit.
Keywords：
Opticallycontrolled,acousticcontrol,mircphone,lightdependentresistor
breakover,cutoff
引言
1设计任务与要求
1.1设计要求…………………………………………………………….2
1.2目的和意义………………………………………………………….2
2声控灯单元电路设计
2.1桥式整流电路……………………………………………………..3
2.2光控电路…………………………………………………………….3
2.3声控电路…………………………………………………………….4
2.4延时电路…………………………………………………………….5
2.5电平触发与翻转…………………………………………………….5
3声光控灯电路与实现
3.1总原理图…………………………………………………………….6
3.2整体电路仿真图……………………………………………………6
4元器件检测
4.1元件清单………………………………………………………….7
4.2元件检测…………………………………………………………….8
5焊接电路板
5.1元器件插装、焊接…………………………………………………10
5.2电路焊接的安装和检查……………………………………………10
6调试……………………………………………………………………11
7总结与故障分析……………………………………………………..11
致谢
参考文献
引言
随着现代科学技术的发展，越来越多的高科技节能产品出现在我们生活的方方面面，声控灯、光控灯是居家照明的重要组成部分，光控灯是由光控开关和LED灯组合而成。
声控灯由麦克风，放大电路和LED灯组成。
在地球资源日渐衰竭的今日，环保、节能是当今各产业发展的重心，尤其是需要消耗大量电力的照明产业，基于此目的的研发工作更是趋向环保、节能的特性上著眼。
因此，开发新型高效、节能、寿命长、环保的电路对居家照明节能具有十分重要的意义。
由此声控、光控LED灯的诸多优点在现在正逐渐取代传统的照明设备，是照明产品的新兴光源，有「绿色照明」光源之称，未来将光芒耀眼，发展潜力无限。
声控、光控LED具有节能、体积小、发热量低、寿命长、耗电量小、反应速度快、易控制等众多优点，极大的满足了人们日常生活的需要，因此十分被灯饰业者看好。
光控灯，安装方便，使用寿命长。
集光学、材料和电路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，开关自动打开，LED灯亮，从而实现了白天自动熄灭夜间自动打开的目的，节省了人为的控制。
声光控集声控、光控、延时自动控制技术为一体,内置声音感应元件,光效感应元件,白天光线较强时，受光控自锁，有声响也不通电开灯；当傍晚环境光线变暗后，开关自动进入待机状态，遇有说话声、脚步声等声响时，会立即通电,亮灯，延时半分钟后自动断电；能延长灯泡寿命6倍以上，节电率达90％。
二者都为人们的日常生活提供诸多方便。
1设计任务和要求
1.1设计要求
（1）电源电路采用无变压器桥式整流稳压
（2）光控部分采用光敏电二极管
（3）声控部分电路采用电容话筒
（4）负载采用新型超高亮LED
（5）电路应具有实用,节能，长寿，电路合理，安装方便，可靠性高，延时时间在30~120秒间可调整。
发挥部分：
（1）电路有较好的滤噪性能，抗干扰能力强
（2）驱动器间采用新型可控集成电路
（3）由于LED是单向导电电器件，所以要用直流电源或者单相脉冲电流给LED供电。
1.2目的和意义
研究目的：
通过这次的课题研究我们希望在理清它的发展脉络上进一步了解它的发明原理，将平时所学习的知识运用到实验探索上，这对提高我们的动手能力，创新意识，及锻炼思维活动无疑是一个莫大的帮助。
同时我们也希望这次的研究能让同学进一步地了解照明灯，而不是仅局限与课本知识以内。
从小的突破点入手，掌握又一项科技知识，从而实现课堂外的又一次提高,为现代教育科学尽一份力量！
研究意义：
用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。
在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。
声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适合于各种楼房走廊的照明设备。
降低能耗、节约能源、注重环保是当今世界的主潮流，高能耗且会加剧温室效应的白炽灯越来越不受欢迎。
继公布“欧盟后年封杀白炽灯”的时间表后，世界各地陆续抛弃白炽灯已成定局，环保型节能荧光灯是白炽灯的替代者。
节能荧光灯VS白炽灯，胜券在握已无悬念，但楼道照明却限制了荧光灯的使用，因为楼道照明是非持续性的，有人经过才需要光亮，而不断的开关通断会影响荧光灯的使用寿命，所以声光控白炽灯在楼道照明领域得到广泛应用。
2声光控灯单元电路设计
2.1桥式整流电路
单向桥式整流电路是由电源变压器，4只整流二极管VD1～VD4和负载RL组成。
电路图如图所示。
图2-1桥式整流电路图
工作原理：
利用4个二极管接成电桥使在U2的正负半周的电压经过两只二极管交替导通，即在负载上形成了单方向的全波脉冲电压。
2.2光控电路
图2-2光控电路原理图
如图所示，由R4和R9组成，其中R9为光敏电阻，电路中晶闸管的通断，取决于控制信号的有无。
光敏电阻R9的阻值随着光照强度的变化而变化，当光照达到一定强度时，其电阻值变小到与R4分压后使IC（a）2脚处于逻辑低电平，2脚所在的与非门被封死，这时不管有无声音信号输入，IC（d）11脚都是低电平，晶闸管正向阻断。
随着光照强度的减弱，R9的阻值逐渐增大，2脚的电平逐渐上升，当2脚的电位上升到逻辑高电平后，即满足了开门条件，此时的声控开始起作用，3脚是否翻转只取决于IC（a）1脚电位（声控电路输入端）是否达到了逻辑高电平。
2.3声控电路
图2-3声控电路原理图
如图所示，由电容话筒MIC，三极管VT，电容C1及电阻R1、R2、R3等组成，其中MK为声检测元件，当环境声音很弱时，三极管VT处于饱和状态，IC（a）1脚为低电平11亦为低电平，晶闸管阻断，当环境声音信号达到一定强度时，通过MK1拾音输出经C1耦合到VT的基极，使集电极即IC（a）1脚电位随声强而高低变化，当1脚处于高电平时，由于2脚早已处于高电平而满足了与非门翻转条件，3脚跳变为低电平。
电容话筒的接收声音信号并将信号转化为电流信号（交流信号），使三极管VT由饱和状态转为截止状态，电阻很大，基本上为VCC电压值。
所以在声音信号来到时会有三极管C极电压的跳变现象。
也正是由于这一现象使得声控功能得以实现。
2.4延时电路
如图所示，由R5、R6、C2、D1等元件组成。
结合声控电路光控电路分析，当晶闸管q被触发导通时C1上的电压降低，MK1拾音器的灵敏度降低，VT重新饱和，3脚为高电平，4脚变为低电平，由于D1的隔离作用，C2上的电压仍维持8、9脚高电平，11脚也为高电平，C2上的电压通过R5、R6放电，直至C3上的电压降低至IC逻辑低电平时，11脚变为低电平，晶闸管q在正负极间的电压过零时被正向阻断，C2上的电压重新升高，MK1恢复拾音灵敏度，等待下一次声控信号的输入，IC8、9脚电位从高电平降低为低电平的时间，即为开关接通的维持时间，由C2和R5、R6的数值确定。
图2-4延时电路原理图
2.5电平触发与翻转
如图2.4所示，由四二输入与非门IC（CD4011）及R7、R8等组成。
图中看出白天或光线很亮时，与非门的1脚为低电平,3脚输出为高电平，经过G2，G3，G4的电平翻转，11脚输出为低电平,晶闸管不被触发,灯不亮；当环境光线较暗使,G1的2脚为逻辑高电平时，为G1的翻转提供了必要条件，G1翻转与否受控于G11脚电平的高低（声控输入端）。
当有声音信号输入使G1的1脚为高电平时，输出3脚跳变为低电平，4脚跳变为高电平并经VD1向C1充电，C2上的电压不断升高，当C2上的电压上升到8和9号脚逻辑高电平时,10脚变为低电平,11脚输出高电平，经R7加到晶闸管ｑ控制极，晶闸管ｑ被触发导通。
图2-5电平触发与翻转原理图
3声光控灯电路与实现
3.1总原理图
图3-1原理图
3.2整体电路仿真图
图3-2整体电路仿真图
4元器件检测
4.1元件清单
序号
名称
型号规格
位号
数量
1
集成块
CD4011
1
2
电容话筒
BM
1
3
二极管
1N4148
VD5
1
4
电解电容
100μF
C1
1
5
贴片电容
104
C2
1
6
发光二极管
24V/15W
L
1
7
光敏电阻
GL5626D
RG
1
8
电阻
5.2KΩ
R1
1
9
电阻
15KΩ
R2
1
10
电阻
33KΩ
R3
1
11
电阻
270KΩ
R4
1
12
电阻
1MΩ
R6
1
13
电阻
470Ω
R7
1
14
电阻
10KΩ
R5
1
15
二极管
1N4148
VD6
1
16
晶闸管
BT151
VT2
1
17
三极管
9014
VT1
1
18
滑动变阻器
0-100KΩ
RP1
1
19
滑动变阻器
0-1MΩ
RP2
1
20
滑动变阻器
0-22KΩ
RP3
1
21
电源插座
24V
AC
1
22
电解电容
10μF
C3
1
23
桥式整流
1N4001
BG1
1
24
稳压管
6.2V
VS
1
4.2元器件的检测
4.2.1电解电容的检测
将万用表置于适当的量程，将其两表笔短接后调零，黑表笔接电解电容的正极，红表笔接其负极，看电解电容器能否正常充放电，从而判别电容能否正常使用。
4.2.2光敏电阻的检测
由于光敏电阻的阻值是随光照的强弱而发生变化的，并且它与普通电阻一样没有正负极性，所以可以用万用表RX10K挡测量光敏电阻的阻值，通过其变化情况来判断其性能的好坏，具体方法如下：
①将万用表指针量于RX10K挡。
②用鳄鱼夹代替表笔分别夹住光敏电阻的两根引线。
③用一只手反复遮住光敏电阻的受光面，然后移开。
④观察万用表指针在光敏电阻的受光面被遮前后的变化情况，若指针偏转明显，说明光敏电阻性能良好，若指针偏转不明显，说明光敏电阻性能较差，若指针不偏转，则说明光敏电阻已经失效。
4.2.3电容话筒的检测
将万用表拨至RX1挡，把黑表笔接在漏极D接点上，红表笔接在接地上，发出声音信号，同时观察万用表指针的变化情况，若指针无变化。
则话筒失效，若指针出现摆动，则话筒正常。
4.2.4晶闸管的检测
①在晶闸管的阳极和阴极之间加反向电压，这时不管门极加不加正向电压，灯泡都不亮，说晶闸管具有反向阻断特性。
②门极开关断开，虽然晶闸管的阳极和阴极之间加正向电压，但灯泡不亮，表明门极不加正向电压时，即使晶闸管承受正向电压，晶闸管也不导通，这时晶闸管有正向阻断作用。
③在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，门极和阴极间也加正向电压，这时灯泡发亮，表明晶闸管导通，晶闸管导通后，从阴极到阳极K的管压只有1V左右。
④晶闸管导通以后，去掉门极电压，灯泡仍然发亮，表明晶闸管继续导通，说明晶闸管一旦导通后，门极就失去控制作用。
4.2.5集成块的检测
图4-1与非门集成电路图
输入四个与非门
1,2管脚输入3管脚输入
5,6管脚输入4管脚输入
8,9管脚输入10管脚输入
12,13管脚输入11管脚输入
7号管脚接地14管脚输入
检测方法
在集成块未焊入电路时，用万用表测量个引脚之间的正反向电阻值，并和完好的集成块进行比较。
在集成块焊入电路后，用万用欧姆挡直接在线路板上测量集成块个引脚和外围元件的正反向直流电阻值，并与正常数据相比较，来发现和确定故障。
5焊接电路板
（1）元器件插装，焊接
各元器件按图纸的指定位置孔距进行插装焊接。
①电阻插装焊接卧式电阻应紧接电路板插装，焊接立式电阻应在离电路板1~2mm处插装焊接。
②电容插装焊接陶瓷电容应在离电路板4~6mm处插装焊接，电解电容应在离电路板1~2mm处插装焊接。
③二极管插装焊接卧式二极管应在离电路板3~5mm处插装焊接，立式二极管应在离电路板1~2mm处插装焊接。
④三极管插装焊接三极管应在离电路板4~6mm处插装焊接。
⑤集成电路插座插装焊接集成电路插座应紧贴电路板插装焊接。
⑥电位器插装焊接电位器应按照图纸要求方向紧贴电路板安装焊接。
（2）电路焊接的安装检查
手工锡焊的检查可分为目视检查和手触检查
1）目视检查
①焊点是否均匀，表面是否光滑，圆润
②焊锡是否充满焊盘，焊锡有无过多、过少现象。
③焊点周围是否有残留的助焊剂和焊锡。
④是否有错焊、漏焊、虚假焊。
⑤是否有桥焊，焊点不对称，拉尖等现象。
⑥焊点是否有针孔、松动、过热等现象。
⑦焊盘有无脱落，焊点有无裂缝。
2）手触检查
在外观检查的基础上，采用手触检查。
主要是检查元器件在印制电板上有无松动，焊点是否牢靠，有无机械损伤，可用镊子轻轻拨动焊点，看有无虚假焊，或夹住元器件的引线轻轻拉动看有无松动现象。
6调试
在电路板完成后，对其进行功能测试步骤如下：
①断开光能电阻电容C1与非门JC（a）的2脚为高电平，1脚为低电平，3脚输出为高电平，经与非门逻辑电平交换后，11脚输出为低电平，晶闸管9端不被触发灯不亮。
②断开三极管VT的集电极成发射极，同时断开光敏电阻，与非门JC（a）1、2脚为高电平，3脚输出为低电平，经JC（b）、IC（d）逻辑电平交换后，JC11脚输出高电平，晶闸管q端被触发，灯点亮，说明逻辑电路正常工作。
③断开光敏电阻接通电源这时灯不亮，击掌触发声控电路，灯亮，经过一段时间延时后，灯灭，说明声控电路和延时部分工作正常。
④最后检查光控电路，电路全部复位，接通电源，灯不亮，用深色物品将光敏电阻遮住，击掌触发声控电路，灯亮，说明光控正常，至此电路调试完毕。
7总结
本次的声光控节能灯的设计与制作到此已算圆满完成，本次的课题设计设计功耗时五周，在设计过程中认真、耐心的排除各种疑难。
查阅资料请教老师和同学尽自己最大的努力把设计做到最好。
设计初期是先进行资料查找，确定工作方案，查阅了大量书籍，借鉴了其他的设计。
以及指导老师提供的各种资料，最终确定了整体电路的原理。
绘制电路图选择元器件，我们在原有的声光控电路的基础上加以改进，将原有的延时部分改为RC，并联充放电延时电路。
开关采用晶闸管，驱动器间采用可控集成电路，使改进后的电路具有使用节能、长寿、安装方便、可靠性强等特性。
经过焊接调试分析后，我们找到以下问题：
问题一：
为什么白天灯不会亮？
主要是因为白天光线太强，光敏电阻的阻值大、电流小灯不会被点亮如果用手或黑色物体遮住光敏电阻阻值就会变小，灯就会点亮。
问题二：
为什么灯一直亮着不灭？
主要原因是经分析是由于晶闸管损坏所致，正常情况下，电源负极接在晶闸管控制端，晶闸管应关断灯灭。
在本次的课题设计中虽然遇到很多困难和问题，但是通过自己的努力，以及指导老师和同学的帮助，最终还是完成了设计，而我也从中得到了很大的收获和快乐。
问题三：
电路如何实现有人走时灯亮，无人走时灯不亮？
当无人经过时没有声音信号输入，晶闸管的控制极没有触发信号，晶闸管不导通灯不亮。
当有人经过时，有声音信号输出晶闸管的空置极有触发信号，晶闸管导通，灯亮。
问题四：
灯、晶闸管流过电流一样吗？
不一样当光线较暗时，光控部分将开关自动打开，负载电路的通断受控于声控部分，电路能否接通取决于声控部分。
问题五：
为什么有灯响时白天灯会自动点亮？
有声时晚间灯不亮光控起作用，声控不起作用，可能RP2电阻小，可调区域小，三极管饱和状态，所以灯不亮。
问题六：
为什么有声响时晚上灯即亮即灭？
有声响时声光控都气作用，延时电路中R6阻值小，电容C3充放电时间短，即亮即灭。
问题七：
为什么有声响是晚上灯常亮？
有声响时声光控都起作用，DV1不起作用，电路不在延时电路中形成回路所以灯亮不灭。
致谢：
本次课题设计是我第一次认真独立完成的，无论是原题的研究，还是电路板的焊接，以及最后的调试，都是很用心做，在本次的课题设计中我还要特别感谢我的指导老师刘宪春老师，感谢她在本次设计中对我提问，耐心而认真的指导与讲解，对我的错误不厌其烦的纠正，我才能完成本次的设计，在此，我忠心的对她说一声谢谢老师，也要感谢同组同学的帮助。
参考文献：
电子技术：
汤光华宋涛
电子技术试验与技能训练：
杨敏陈跃兵
电子技术实验实训及课程设计：
范立南张丽
刘洋吴琼
升级会员 