PCB课设声光控实验报告.docx

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PCB课设声光控实验报告

声光控照明灯

一、设计任务与要求

1、夜晚声音控制亮灯，白天灭；

2、晚上有声音时亮。

二、方案设计与论证

1、方案一

原理方框图：

电路原理图：

电路简述：

电路咪头采集声音信号并用两级运放LM324对采集到得信号进行放大处理再输入到与非门，采用光敏电阻采集光信号转换为电平信号并经过运放LM324进行发大输入到与非门进行逻辑处理。

延时功能通过555单谐震荡实现。

2、方案二

原理方框图：

电路原理图：

电路简述：

本电路前一部分为独立的声控和光控，中间部分为与非门，最后部分是延时以及负载（LED灯）。

光控部分由光敏电阻采集光信号转变为电信号，声控部分由咪头收集声音信号，并经三极管和一个运放放大。

白天或晚上光线较亮时，光控为低电平，声控部分起不了作用。

白天或晚上光线较暗时，光控部分将为高电平，声控部分起作用，负载电路的通断受控于声控部分。

电路能否接通就看声音信号强度。

当声音强度达到一定程度是，电路自动接通，二极管点亮，并开始延时，延时时间到开关自动关闭，等下一次声音信号触发。

综上所述，方案一和方案二原理基本相同，由于方案一的效果方面不及方案二，所以此次采用的是方案二的设计进行制板。

三、单元电路设计与参数计算

1、光控电路

光控电路是根据光线的强弱来优先决定电灯的亮灭。

如图1，该电路可以对声控延时电路进行控制，在白天光线较强时，光敏电阻R7阻值小，光控电路输出低电平输入到CD4011的2脚，二极管D1不导通，LED灯不亮；在晚上光线较弱时，光敏电阻R7阻值大，光控电路输出高电平输入到CD4011的2脚，假设此时有声音，二极管D1导通，LED灯亮。

图1光控部分电路

2、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，如图2，声音MK1经过三极管Q1放大，输出高电平输入CD4011的1脚。

在白天，该电路在光控电路的控制作用下，处于关闭状态，对任何声音信号都不响应；在晚上，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作出相应的响应。

延时电路部分利用电容电阻并联做延时，如图1的R5和C2。

在芯片CD4011的输出端接一个指示LED灯。

图2光控电路

3、延时电路

延时电路部分利用电容电阻串并联做延时电路。

延时时间公式：

t=1.1*R*C。

如图3的R5和C2。

图3延时电路

四、总原理图及元器件清单

1.总原理图

学习Protel99SE的第一步就是建立一个DDB文件，也就是说，使用Protei99SE进行电路图和PCB文件设计，以及其他的数据，都存放在一个统一的DDB数据库中的。

具体步骤如下：

第一步：

打开protel99se后,选择file菜单下的new菜单,选择新建的项目存放方式为DDB以及文件存放目录。

第二步:

新建SCH文件,也就是电路图设计项目。

第三步:

新建后SCH项目后,在默认的一个protel99se元件库中,可以选择元件放到电路图中。

第四步：

将元件放进SCH原理图中，设计元件的属性，包括封装,名称，元件属性等。

第五步：

在protel99se中设计中，放入网络标号.在同一原理中，所有相同的网络标号，在图纸中，表示同一网络结点。

第六步：

在protel99se中，我们放好元件，我们就可以画电路连接线。

如图4所示，我已经绘制了一个基本的SCH原理图，这个原理包括了基本的电源，负载，以及接地，并且接好了线。

图4声光控电路原理图

2.PCB图

在protel99se中，我们点击Design》UpdatePCB,就可以直接将SCH直接转为PCB文件。

在成功将SCH文件转化成PCB文件时，我们根据原理图的排版和对电路要求的考虑，对最终PCB图的确定如图5所示：

图5声光控电路PCB图

3.实物图

热转印法制作电路板是当前制作电路板的最佳选择，具有简单、快速、高效、特别适用于电路板的试样。

具体步骤如下：

第一步取材：

取出热转印纸，白色的效果比黄色的效果更好，另外如果制作的电路较小，则可以将热转印纸用剪刀剪下。

第二步打印：

将已由protel画好的电路图，转成PDF格式。

再由激光打印机打印到热转印纸上。

第三步预热：

打开热转印机电源开关，并调节温度在200度左右，由于热转印机工作时需要预热5-10分钟，因此可以在热转印机预热期间按打印出来的PCB图对覆铜板进行卸料，如果发现覆铜板的点氧化，用砂纸打磨一下就可以了。

第四步热转印：

将热转印纸反贴于敷铜板上，并放入热转印机，操纵热转印机旋转按钮来回加热，热转印机便会自动地将热转印工作完成。

第五步修版：

在打印、热转印过程中有可能使电路线条受损、折断。

这时我们就需要对线条进行修补，不然制作出来的结果将是断线。

修版可以使用进口的极细油性记号笔，修补时只要在铜板墨粉断裂处描绘一下即可。

第六步配置腐蚀液：

我们可以用三氯化铁溶液方法来腐蚀覆铜板，目前我们最满意的还是三氯化铁溶液，因为：

1、它价格便宜；2、可以反复使用、3、有效期长：

配置好的溶液几年后拿出来仍然可以使用；4、速度适中，可控性好、腐蚀时间稍长一点不会造成电路线条被腐蚀断。

配置溶液的方法很简单，只要将三氯化铁和水以1：

2左右的比例配置即可，如果觉得腐蚀速度太慢可以多加点三氯化铁即可，溶液放于塑料容器中。

第七步腐蚀：

将热转印完毕后的覆铜板放入配置好的腐蚀液中，一般是10分钟左右，溶液浓度低时可能需要30分钟，甚至1个小时。

如果有条件可以在腐蚀过程中不停地摇动覆铜板，这样可以加快腐蚀速度。

第八步清洗：

从三氯化铁溶液中取出已腐蚀完成的电路板，先用水清洗，然后用砂纸通过打磨的方式将黑色的墨粉清洗掉。

第九步打孔：

一般使用微型台钻进行打孔，打孔用的钻头可以是普通的直柄麻花钻，也可以是电路板专用的钻头，甚至是小的铣刀。

当然铣刀的主要作用是铣，通过铣可以将电路板多余部分切割掉。

有了这些设备就可以对电路板进行钻孔和切割了。

第十步补孔：

一块PCB板少则几十个孔、多少几百个孔、甚至几千个孔，如果手工钻孔，那么在钻孔过程中跳过几个孔是经常的现象，在焊接元件时发现这里还没有钻孔，此时需要用微型台钻来补孔也是可以的。

第十一步焊接：

选择好需要的元器件，放在合适的位置。

运用电烙铁等工具焊接电路。

通过以上步骤，制作出实物图。

如图六所示：

图6声光控电路实物图图

4.元件清单

元件清单

编号

型号

封装

个数

1

芯片CD4011

CD4011

1

2

电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6

AXIAL0.4

6

3

电容C1、C2

RAD0.2

2

4

二极管D1IN4148

POLAR0.6

1

5

LEDD2

LED1

1

6

光敏电阻R7

AXIAL0.4

1

7

三极管Q1

SAN

1

8

小咪头MK1

AXIAL0.4

1

五、安装与调试

电路安装调试过程中所遇到的主要技术问题，给出现象记录、原因分析、解决措施及效果，详细介绍电路的性能指标或功能的测试方法、步骤、仪器设备、记录的图表和数据。

开始时经过示波器检测声音信号发现用9014来放大的倍数很大，于是改用放大倍数小一点的9013，效果有所改进，但放大倍数还是较大。

在声音信号调节好后，发现电路的控制效果仍然没有达到需要的效果，在日光灯下声光控灯会亮，开始时没有想通这么回事，后来又通过各部分检测才知道由于所用电阻R8过于小导致光明电阻分压过大而造成。

由于电路板也焊接完成了于是用手电筒照射光敏电阻发现电路达到了理想的效果。

当然电路还需要改进一下，如R7由于过小导致输入后级电路的电压有点大有可能要给芯片造成压力，但总体上说整个电路几乎没有问题达到需要的效果。

在电路板作出后，我们按要求测了一些数据如下：

（1）声波波形（略）。

（2）光敏电阻电平：

光线强烈时电压为4.27V；光线暗时为0.44V。

（3）延时时间：

理论延时时间5.61s；实际测得延时6s，与理论相符。

六、性能测试与分析

在PCB板完成后，对其进行功能测试，步骤如下：

1.断开光敏电阻，电容C1，与非门CD4011的2脚为高电平，1脚为低电平，3脚输出为高电平，经CD4011的5脚和6脚逻辑电平转换，CD4011的4脚输出为低电平，二极管D1不导通，LED灯不亮。

2.断开三极管VT的集电极或发射极，同时断开光敏电阻，与非门CD4011的1,2脚为高电平，3脚输出为低电平，经CD4011的5脚和6脚逻辑电平转换，

CD4011的4脚脚输出为高电平，二极管D1导通，LED灯亮。

综上两步调试，图3.工作正常。

4.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，LED灯不亮。

5.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。

至此电路调试完毕。

七、结论与心得

在应用电子设计这门课程中，我们小组选择做的题目是“声光控电路”。

由于声光控制电灯在实际生活中应用十分广泛，它可以用于楼道，过道，仓库等场所，且光线强的时候，灯是怎样也不会亮，这样可以很好的省电，应用价值大，因此我们做起来也十分有兴趣。

此次声光控开关的设计让我们感受到了书本知识转化为实际应用时的兴奋满足感，对之前所学的模电等知识有了更加深刻的认识，也对我们所学知识有了更大的兴趣。

而这次的独立动手过程，更重要的是让我们学会了独立分析实际电路，设计电路的步骤以及学会了protel这样的有用软件等。

在这次最开始很陌生的设计中，一开始我们显得非常茫然，所学的相关课程知识差不多忘了，而且还有很多待学待用的知识。

为此我们经过了广泛的查阅资料的阶段，才有了头绪。

而在做出板子的工程中，我们也遇到了很多的障碍以及意想不到的挫折，比如板子上的电阻少加了，比如某些电容容值不满足要求。

曾有个放大器的放大倍数不够大，使得电路没有起到作用，且分析了好久才知道了原因，为此我们还重新做了一个板子。

当将困难一一克服，才知道原来貌似简单的一块板子也能包含了如此多的心血。

这样我们更透彻的理解了电子设计的价值和意义，以及联系实际的重要性。

八、参考文献

[1]潘永雄.沙河.电子线路CAD实用教程（第四版）[M].西安电子科技大学出版社，2012. 

[2]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计（第二版）[M].电子工业出版社，2005.

[3]王港元.电子设计制作基础[M].江西科学技术出版社，2011.

[4]彭介华.电子技术课程设计指导[M].高等教育出版社，2009.