中北大学传感器声控灯电路设计说明书Word格式文档下载.docx
- 文档编号:16224796
- 上传时间:2022-11-21
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:664.31KB
中北大学传感器声控灯电路设计说明书Word格式文档下载.docx
《中北大学传感器声控灯电路设计说明书Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《中北大学传感器声控灯电路设计说明书Word格式文档下载.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
电子科学与技术专业实验室
指导教师:
郭涛
专业负责人:
梁庭
下达任务书日期:
2014年6月13日
目录
1、课程设计目的1
2、课程设计内容和要求1
2.1、设计内容1
2.2、设计要求1
3、
设计方案及实现情况1
3.1、设计思路1
3.2、工作原理及框图2
3.3、整流电路部分2
3.4、声控电路部分3
3.5、光控电路部分4
3.6、延时电路部分5
3.7、总电路图6
3.8、PCB版图7
3.9、仿真图8
4、元件选择及计算10
5、课程设计总结10
6、参考文献11
1、课程设计目的
(1)学习声控灯的工作原理,掌握光敏电阻和驻极体麦克的工作原理及应用。
(2)掌握模拟电路的设计流程和调试过程。
(3)学习设计PCB电路板全过程。
2、课程设计内容和要求
2.1、设计内容
使用Protel进行声控灯的原理图与版图设计
2.2、设计要求
(1)学习掌握声控灯的工作原理;
(2)掌握光敏电阻和驻极体麦克的工作原理及应用;
(3)实现在突然有声的情况下,灯泡发亮,等待30秒后熄灭。
(4)学习Protel99电路设计软件;
(5)画图原理图和PCB版图;
(6)整理设计内容,编写设计说明书。
设计方案及实现情况
3.1、设计思路
该设计电路大致可分为以下几部分:
整流电路部分、声控电路部分、光控电路部分、延时电路部分。
电路设计结构图1所示。
在整流电路中,是用单相桥式全波整流电路来实现的整流。
声控电路是利用拾音元件把声音信号转换为电信号然后再用三极管的放大特性把电信号放大。
光控电路中是用光敏三极管的特性把不同的光照强度转换为不同电流的电信号,电信号再经三极管放大输入到555定时器。
延时电路是用555定时器接成单稳态触发电路形式,利用其延时特性实现延时30s的控制。
设计电路时,由于Protel软件使用时操作比较复杂,在同学的推荐下,我使用了AutiumDesigner软件进行原理图和版图设计。
AutiumDesigner软件事Protel99的升级版,除了操作上更加具有时代气息符合现在的使用者的习惯外,AutiumDesigner软件的元件库也更加的丰富而且添加或者更新元件库也比较简单。
在AutiumDesigner软件中画原理图时可以随时检查设计中的错误,线路连接是否到位等等。
AutiumDesigner版图也比较清晰逼真,线路更加规整,整个设计有PCB原理图到PCB版图,有条不紊,布局合理,PCB版图完成后,再用Multisim进行电路仿真,得出正确结果。
3.2、电路设计结构框图
图1电路设计结构框图
3.3、整流电路部分
所谓桥式整流电路,就是用二极管组成的一个整流电桥,它是由图中的二极组成,其功能是将220V的交流电转换为10V直流电压以提供后续声控电路、光控电路延时电路及开关电路等电路所需的工作电压。
在原理图设计中我为了体现这一功能将交流电源画出,而在制作PCB版图时采用二输入器件模型,如同实际生活中的插座,电路图如图2所示。
图2整流电路部分
整流电路的降压过程是将220V单相交流电压直接输入有一定匝数比的变压器,得到降压后的电压,然后将变压器副边的交流电压通过单相桥式整流电路,得到脉动系数较大的直流电压。
为了减小电压的脉动,将经过整流桥整流后的直流电压通入由滤波电容构成的滤波电路,使输出较为平滑的电压。
要得到稳定的直流电源需将滤波后的电压输入稳压电路。
稳压电路由1个稳压二极管构成,利用二极管的稳压特性,使得到不受电网电压的波动和负载电阻变化影响的稳定性较高的直流电压。
为了得到10V的直流电源,将220V频率为50HZ的单项正弦交流电输入变压器,其原边与副边的比为
,经过变压器得到8.3V电压。
交流电220V通入单相桥式整流电路经过全波整流得到平均值为10v的直流电压,其脉冲系数很大。
单相桥式电路中的整流桥的二极管选用MDA2501。
然后将
的直流电压通入滤波进行滤波,可以得到平均值为
=1.2
=10V的直流电压。
滤波电路中的电容为
,与
并联的负载为R1,
的取值满足
R1
=(3~5)
(3-1)
得到
=(3~5)T/2/1/R1
理想情况下可将交流分量全部滤掉,使输出电压仅为直流电压,然而,由于滤波电路为无源电路,所以接入负载后必会影响其滤波效果,要得到稳定的直流电源需将滤波后的电压输入稳压电路。
稳压电路中的稳压管D2A选用稳压值为10V的稳压二极管,其型号为1PS88SB8。
3.4、声控电路部分
本系统中,利用拾音元件将声音信号转化为电信号,然后通过三极管放大电路将电信号放大,与光控电路转化来的电信号一起,通过开关电路控制开关的开启或关闭的目的。
当麦克风接收到信号,使电路中三极管Q1导通,导通后出发定时器555的Vin端口,使得定时器555开始计时。
在画原理图时,选择MICROPHONE要注意采用有PCB模型的麦克风,以便之后进行PCB版图设计,电路图如下所示:
图3声控电路部分
3.5、光控电路部分
光控电路一般可由光电传感器和电子元器件构成,电路有很多设计方案,由于光控电路对电路元器件本身有很高的要求,设计电路时必须充分考虑各个方案的经济性、稳定性以及每个元器件的各项性能等问题。
光控电路控制功能实现的核心是光电传感器,因此选择光电传感器时必须选择可靠、稳定、灵敏度高的光电传感器,以保证电路各项参数的可靠、精确和稳定,正常发挥电路应有的功能和作用,为此在设计光控电路时,不仅要尽量简化电路结构、降低成本,而且要使电路功能能够长期稳定可靠。
光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器,它首先把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号,此处可以选用光敏三极管作为光信号采集元件。
图4光控电路部分
3.6、延时电路部分
延时电路是由555定时器构成。
4端一直是低电平。
当为高电平时可使555定时器构成的单稳态触发器工作。
单稳态触发器低电平触发,当UI为高电平时,输出UO为低电平,当UI为低电平时,输出UO为高电平。
其输出接在双向晶闸管的触发端。
当有脉冲进入双向晶闸管的触发端时,双向晶闸管就导通。
使线圈得电,从而使灯亮。
由于AutiumDesigner软件中没有555定时器,在同学的帮助下,又在元件库里画出了555定时器模块及其PCB版图并更新了元件库方便下次调用。
下面是555定时器的原理图,起到声控灯的延时作用。
图5延时电路部分
3.7、总电路图
总电路图如下所示:
220V电压经过变压器降压然后经单相桥式整流电路整流输出直流10V电压向后面的电路供电;
电容的作用是为了滤除电路中的脉动信号;
稳压管的主要作用是为了稳定电压;
声控部分利用拾音器件采集声音信号然后转化为电量信号通过后面的三极管的放大作用将信号放大输入到555定时器的UI端,光控部分则是通过光敏元件采集光信号通过放大器放大信号输入到555定时器RET端;
最后声、光控制部分输出的信号共同控制555定时器实现声光控制灯的亮灭。
若电路过程中只给声控部分声音信号或者只给光控部分光信号,555定时器都不会有输出,后面的双向晶闸管不会导通,灯泡就不会发光。
图6总电路图
3.8、PCB版图
由于对AutiumDesigner软件并不太熟悉,在对此软件比较精通的同学帮助下,总算画出了PCB版图,在进行PCB版图设计时,我们先进行DRC检查,发现了两处错误,使得PCB版图无法进行,进过仔细检查,发现555定时器的引脚标注有误,修改后无错误,进行PCB排版,自动布线,PCB版图如下图所示,左边为变压器部分,红色连线为10V,蓝色连线为接地,在PCB版图设计时注意电阻、电容的间距和布置,大小和形状,尽量充分利用空间,又不失整体协调,方便生产制造时的可操作性高。
图7PCB版图
3.9、仿真图
仿真时,我查阅了很多资料,尝试了多款软件,连接了多次电路,但由于软件中麦克风、光敏电阻无法实现其功能,我最终确定使用Multisim软件,用开关代替麦克风,用滑动变阻器代替光敏电阻,使用发光二极管代替灯泡,电路图如下图所示,仿真过程中,点击仿真开始键,点击开关使其闭合,由于开始电容储存了一定的电量,使得发光二极管发光一段时间,基本与声控灯实际状态相似。
选择合适的滑动变阻器,即二极管发光的临界位置位于滑动变阻器中点,向左滑动变阻器,阻值减小,进入黑夜模式,拨动开关(相当于有声音输入)二极管发光,而向右滑动变阻器,阻值增大,进入白天模式,拨动开关(相当于有声音输入)二极管不发光。
在其他软件中,电路更为复杂,我采用了100V125W的灯泡,但模拟仿真时软件市场报错,如图9.
图8Multisim仿真图(未能仿真成功)
图9Multisim仿真图(灯未打开)
图10Multisim仿真图(灯打开)
4、元件选择及计算
整流电桥将220V交流电压降下了的8.3V交流电转换为10V的直流电再经滤波电容器,稳压管得到稳定的直流电。
为以后的各个部分供电。
频率为50HZ。
,
,则由1.2
=10v得:
=8.3v。
。
滤波电容经查资料得R1=10千欧姆。
取
0千欧姆,由公式
得:
C1=8uf。
由于在仿真中条件限制只能以两端电压为15V的型号为1PS88SB8的稳压管。
对于双向可控硅的型号经查资料当两端电压为10V时,应选型号为2N5444。
光敏三极管:
当光照强度最大时,光电流为
.取三极管的
,从而粗算出各个电阻的值。
5、课程设计总结
本次传感器课程设计是进入大学以来最难的一次,由于相对其他功课,我对传感器的兴趣相对来说比较浓厚,本来我以为传感器设计会比较容易,况且我的题目是(29)声控灯电路设计,声控灯是在当今社会随处可见的一种照明开关方式,于是我先在网上查阅相关资料,结果以前做的课程设计都有原题,只要自己仿真就行了,而这一次却XX来XX去,又是道客巴巴又是电子设计之家,各种网站都没有原题,有一些有原理图,我尝试用Multisim、Protues等软件设计了好几个电路也没有成功实现声控灯的设计,甚至软件仿真报错,最终在我的挑选、简化,寻找错误,不断仿真验证下,总算成功,并将一个设计用AltiumDesigner软件进行了PCB版图设计。
在设计中,由于Protel操作确实复杂,操作耗时耗力,而这段时间各种考试接踵而至,为了节约时间,在班上学有余力的同学的建议下,我安装了AltiumDesigner,简称AD,AD是Protel的升级优化,操作更加人性化,功能多样化,使用极其方便。
仿真电路我采用了Multisim进行电路仿真。
通过这次对声控灯电路的设计,对声光控制开关这种集声控、光控、延时于一体的自动控制开关有了进一步新的了解。
在整流电路中,用的了模电中学到的单相全波整流电路和滤波、稳压电路,由于设计电路中的一些不确定因素和仿真元件的限制使得最后的供电电压不是特别稳定;
声控、光控电路中都涉及到了非电量信号到电量信号的转化并将信号放大,通过翻阅相关资料加深了对这些电量非电量转换器件的解以及对放大电路的认识;
延时电路部分的555定时器主要用到了延时功能。
这次课程设计也让我对Multisim等电路设计软件的操作又温习了一遍,更加熟悉它们的使用,对AltiumDesigner的基本操作有了一定的掌握,能熟悉地画出原理图,在同学的帮助下可以进行简单一点的PCB版图设计,作为微电子科学与工程专业的学生,对这些软件要能够熟练使用才能在未来的就业征程中立于不败之地!
6、参考文献
[1]CreedHuddleston.张鼎译.智能传感器设计.北京:
人民邮电出版社,2009
[2]松井邦彦.传感器实用电路设计与制作.北京:
科学出版社,2005
[3]范茂军.互联网与传感器技术.北京:
机械工业出版社,2012
[4]刘爱华、满宝元.传感器原理与应用技术.北京:
人民邮电出版社,2010
[5]张宪.传感器与测控电路.北京:
化学工业出版社,2011
[6]孟立凡、蓝金辉.传感器原理与应用.北京:
电子工业出版社,2007
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 北大 传感器 声控 电路设计 说明书