声光控延时开关.docx
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声光控延时开关
荆楚理工学院
模拟电子课程设计报告
题目:
声光控延时开关
学生姓名:
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工作单位:
内容摘要
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。
胜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,适合广大电子爱好者自制。
目录
一、概述···························································3
1.1课题名称·····················································3
1.2适用范围···········································3
1.3设计目的和范围···············································3
1、了解并掌握电路的一般设计方法,具备初步的独立设计能力·········
2、进一步熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用原则·······
3、提高综合运用所用的理论知识,独立分析和解决问题的能力·········
4、进一步熟悉电子仪器的正确使用方法·····························
5、学会电子电路的焊接、安装与调试技能···························
二、系统总体方案····················································3
2.1系统总体电路图···············································3
三、各部分功能模块设计··············································4
3.1元件清单·····················································4
3.2电路设计及原理···············································4
3.3元器件的选择··················································5
3.4安装制作······················································5
3.5说明·································································6
3.6声光控灯原理简述··············································6
a、CD4011内部结构和工作特性····································6
b、自动灯工作原理···········································6
c、元件识别和焊接·············································7
四、心得体会························································8
一、概述
1.1课题名称
声光控延时开关
1.2适用范围:
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,适合广大电子爱好者自制。
1.3设计目的和要求
1、了解并掌握电路的一般设计方法,具备初步的独立设计能力
2、进一步熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用原则
3、提高综合运用所用的理论知识,独立分析和解决问题的能力
4、进一步熟悉电子仪器的正确使用方法
5、学会电子电路的焊接、安装与调试技能
1.3设计目的和要求
1、了解并掌握电路的一般设计方法,具备初步的独立设计能力
2、进一步熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用原则
3、提高综合运用所用的理论知识,独立分析和解决问题的能力
4、进一步熟悉电子仪器的正确使用方法
5、学会电子电路的焊接、安装与调试技能
二、系统总体方案
2.1系统总体电路图
3.2电路设计及原理
声光控延时开关的电路原理图见图1所示。
电路中的主要元器件是使用了数字集成电路cd4011,其内部含有4个独立的与非门vd1~vd4,使电路结构简单,工作可靠性高。
顾名思义,声光控延时开关就是用声音来控制开关的“开启",若干分钟后延时开关“自动关闭"。
因此,整个电路的功能就是将声音信号处理后,变为电子开关的开动作。
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,由此可画出图2所示的方框图。
结合图2来分析图1。
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c1耦合到vt的基极进行电压放大,放大的信号送到与非门(vd1)的2脚,r4、r7是vt偏置电阻,c2是电源滤波电容。
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,r5和rg组成串联分压电路,夜晚环境无光时,光敏电阻的阻值很大,rg两端的电压高,即为高电平间t=2πr8c3,改变r8或c3的值,可改变延时时间,满足不同目的。
vd3和vd4构成两级整形电路,将方波信号进行整形。
当c3充电到一定电平时,信号经与非门vd3、vd4后输出为高电平,使单向可控硅导通,电子开关闭合;c3充满电后只向r8放电,当放电到一定电平时,经与非门vd3、vd4输出为低电平,使单向可控硅截止,电子开关断开,完成一次完整的电子开关由开到关的过程。
二极管vd1~vd4将交流220v进行桥式整流,变成脉动直流电,又经r1降压,c2滤波后即为电路的直流电源,为bm、vt、ic等供电。
3.3元器件的选择
ic选用cmos数字集成电路cd4011,其里面含有四个独立的与非门电路。
内部结构见图3,vss是电源的负极,vdd是电源的正极。
可控硅t选用1a/400v的进口单向可控硅100-6型,如负载电流大可选用3a、6a、10a等规格的单向可控硅,单向可控硅的外形如图4所示,它的测量方法是:
用r×1档,将红表笔接可控硅的负极,黑表笔接正极(如印制板图所示),这时表针无读数,然后用黑表笔触一下控制极k,这时表针有读数,黑表笔马上离开控制极k这时表针仍有读数(注意触控制极时正负表笔是始终连接说明该可控硅是完好的。
驻极体选用的是一般收录机用的小话筒,它的测量方法是:
用r×100档将红表笔接外壳的s、黑表笔接d,这时用口对着驻极体吹气,若表针有摆动说明该驻极体完好,摆动越大灵敏度越高;光敏电阻选用的是625a型,有光照射时电阻为20k以下,无光时电阻值大于100mq,说明该元件是完好的。
二极管采用普通的整流二极管1n4001~1n4007。
总之,元件的选择可灵活掌握,参数可在一定范围内选用。
3.4安装制作
准备好全套元件后,用万用表粗略地(因出厂前已测量过)测量一下各元件的质量,做到心中有数。
焊接时注意先焊接无极性的阻容元件,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不要装反,注意极性的正确,否则电路不能正常工作甚至烧毁元器件。
3.5说明
Y1为压电陶瓷也就是蜂鸣片,LR为光敏电阻,其暗阻至少得大于500K,绝大多数光敏电阻都能做到。
发光二极管D1起指示作用,灯不亮时,其发光,灯亮时熄灭。
C?
(这个电阻可以不要,主要是防止干挠)。
C4用以防止放大电路自激。
改变C5和R11的大小可以改变延时长短,但R11不能太小,否则可能会烧坏Q2。
3.6声光控灯原理简述
为了讲解方便,我们把它分为几个部分,但是实际上它们互相联系、结合成一个整体,是不可分割的。
请注意:
CD4011是美国型号,CC4011是中国型号,内部结构和功能基本一样。
a、CD4011内部结构和工作特性:
4011内部有四个与非门电路组成,具有功耗低、抗扰度强、电源电压范围宽等特点,而且附加输出缓冲器,因此输入输出传输特性得到改善;当负荷增加而引起的传输时间变化被控制在最小限度。
b、自动灯工作原理:
(1)电源部分
这是由一个开关控制通断的直流电源,此从略。
电容C1的功能只是为了改善电源的性能,减小电源的内阻,尤其在电池使用较久、电压下降时,C1可以使声控放大电路继续发挥较好的作用。
(2)声控电路
这里我们采用的声控电路不是三极管开关电路,而是三极管放大电路;利用放大电路的一个功能——简单一点讲,就是:
当三极管基极电流变大时,集电极电流会有成百上千倍的增大(电流放大作用),同时使集电极电压下降。
电路中R1是三极管的偏流电阻,阻值2M(兆欧)。
三极管的C集连接可变电阻W,调节这个电阻使C极的起始电压处在比与非门电路1A输入阀值(高低电平分界)略高一点的电位。
1A的初始状态,由于两个输入端都是高电位,所以输出端是低电位。
压电陶瓷片是作为声音的传感器使用,当外界有一定声响,它输出电压给三极管的B、E极,产生Ib,如上所述它的C极电位下降,与非门1A输出端变为高电位;声响消失,1A的输出端又回复到低电位。
(3)4011内部几个与非门电路的工作过程
1A的1脚(以下简称1A1)始终是高电位,1A2的电位受三极管9014集电极的控制,当外界有一定强度声响,压电陶瓷片在此作为声音传感器,即把声响传到三极管9014,使9014的集电极电压发生变化(电位下降),它和1A2连接,使1A2的电位也下降而且低于阀值使之处于低电位,于是1A的输出端Y变为高电位;暂时忽略光敏电阻LR的作用,假设2A6处于高电位,那么2A的输出端Y处于低电位,于是电源通过电阻R4和二极管4148形成电流回路,由于二极管的箝位作用,使二极管的正极一端也处于低电位(只比负极端高出0.7V)也就是把3A8、3A9、4A12、4A13(它们都并联)全部拉到低电位,而3A、4A的输出端都变为高电位,它们输出的电流把发光二极管LE点亮。
(4)延时电路
但C2下端的低电位是不能持久的,因为它并联着电阻R4,R4的上端连接电源正极,把下端的低电位慢慢拉高,当电位达到和超过阀值,3A、4A翻转——输出端变为的低电位,于是LE熄灭,这就是延时功能;如果没有电容C2(47uF),那么下端的低电位可以很快上升,电容使上升的过程变慢,这就是电路的延时功能。
(5)光控电路
再看光敏电阻LR的作用:
当环境有一定亮度时,LR阻值很小,所以2A6处于低电位,不论2A5是什么电位,2A的输出总是高电位,二极管4148因为电压反偏而截止,C2和R4下端始终处于高电位,也就是使3A、4A的四个并联输入端都处于高电位,它们的输出端处于低电位,所以电路在亮环境下不论出现多大强度音响LE都不会发光。
元件识别和焊接:
(一)电阻:
5个电阻,它们分别是——
R1(红黑黑黄棕) 2M(兆欧)三极管9014的偏流电阻
R2(棕黑黑橙棕) 100K(千欧)4011与非门A1①脚高电位电阻
R3(棕黑黑黄棕) 1M(也可以用2M电阻,但一般适用1M)控制光控灵敏度
R4(红黑黑黄棕) 2M延时控制电阻
R5(蓝棕黑棕棕) 声控灵敏度调试电阻
(二)三极管9014等元件的焊接,注意三极管EBC极性,注意二极管4148的正负极性,注意发光二极管的极性。
(三)集成电路4011的焊接:
首先焊接集成电路的座子,注意座子缺口的方向朝向图中标记⑴脚和⒁脚的方向;插入集成电路时注意和电路板所标示的引脚一致,而且插入时不能有一条插脚弯曲。
(四)压电陶瓷片的焊接:
压电陶瓷片的两极分别是中间的一个圆片和外面的一个圆环;用两条短导线(3~4厘米)焊接到圆片和圆环上,焊接时要用适量助焊剂。
还要注意:
焊好以后不可用力拉动导线,否则容易损坏压电陶瓷片。
四、心得体会
为期十五天的课程设计在今天结束了,记得刚开始做课程设计时,我们宿舍的六个女生在发愁如何能够完成这个艰巨的“任务”。
但当自己真正的参与其中,真正的自己动手动脑,经历了那些之前认为是艰巨的事情后才觉得人生就是这样。
在不断的探索中成长,只有自己亲生参与了、经历了才知道自己也可以,在未知的事物前,我们不退缩,才能在其中受益。
在这次课程设计,加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
在整个设计过程中,经常会遇到这样那样的情况,就是心里想老着这样的接法可以行得通,但实际接上电路,总是实现不了,因此耗费在这上面的时间用去很多。
在我们做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强,由于课本上的知识太多,平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能,而且考试内容有限,所以在这次课程设计过程中,我们了解了很多元件的功能,并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
平时看课本时,有时问题老是弄不懂,做完课程设计,那些问题就迎刃而解了。
而且还可以记住很多东西。
比如一些芯片的功能,平时看课本,这次看了,下次就忘了,通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。
认识来源于实践,实践是认识的动力和最终目的,实践是检验真理的唯一标准。
在焊接元件时,我觉得这个过程需要有细心、耐心、恒心才能做好事情,首先是对元器件的认识,每个元器件有不同的作用,有不同的数值,即使是相同的元件,我们在选择和焊接的时候任然要看清楚电阻的阻值大小,二极管的正负极,三极管的管脚标注。
有一次,我在焊接三极管的时候将三个管脚位置插错,在改正过程中非常困难。
这就要求我们无论是要做什么事情都要每每认真对待。
在这个过程中兼顾到方方面面去考虑是很需要的,否则只是一纸空话。
经过两个星期的实习,过程曲折可谓一语难尽。
在此期间我们也失落过,也曾一度热情高涨。
对我们而言,知识上的收获重要,精神上的丰收更加可喜。
挫折是一份财富,经历是一份拥有。
通过这次课程设计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。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟第一次做的,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
这次课程设计也将教会我们,作为工科的学生在今后学习中理论结合实际的重要性。
不过遗憾的是由于我们自愿者有事,所以有三天时间不在这里,这使我没有时间调试,来不及检验自己的成果,不过以后如果还有这样的机会,我一定会好好把握,做好自己的产品,我相信每个人都会更加努力的学习知识,为更好做出自己的产品做基础。
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