简易声光控延时照明灯电路设计Word文档格式.docx
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2、光控模块9
3、声控模块10
4、延时照明模块11
五、总体设计电路11
1、总体电路图仿真图12
2、各模块间的连接...................................................12
3、在模拟、数字实验箱上实验实现.....................................12
六、设计心得12
简易声光控延时照明灯电路设计
1、设计任务与要求:
1、设计任务:
设计一个简易声光控延时照明灯电路。
同时设计一与电路相配合的稳压电源电路。
2、设计功能及要求:
(1)具有光控功能,白天光线较亮,即使有声音时路灯也不亮,光线较暗、有声音时路灯点亮。
(2)具有声控功能,晚上光线较暗,有声音时路灯点亮,声音消失后延时照明一段时间t后自动熄灭;
并且时间t可以手动调节。
(3)要求电如果在照明灯点亮期间又有新的生源出现,照明灯应重新通电时间t。
(4)采用高亮度LED作为照明光源。
2、总体框图:
1、总体框图:
电路采用声光两级控制照明电路。
照明灯开关对光线强弱的感应控制照明灯的第一级开关,对声强的感应控制第二级开关。
光信号的感应通过光敏三极管来实现,使得光控电路在光强时输出低电位,光弱时输出高电位。
对于声强信号的处理市利用音频集成功率放大器,把声信号变为电信号,通过对声强信号的处理可得一个电平信号,为控制电路准备。
延时控制功能通过555定时器构成的单稳态触发电路来实现。
将光控电路的输出作为555定时器的复位端输入。
将声控输出端作为延时电路的输入,从而可以实现在光线强的情况下,即使有足够强的声信号,照明灯电路也不工作。
而在光线弱的情况下,可以通过声信号来控制照明。
2、电路方案的选择(延时电路的选择):
方案一:
RC电路延时:
由一个电阻和一个电容并联组成的RC延时电路。
但输入电压为高时,电容充电,但输入电压为低时电容放电。
达到延时目的。
方案二:
555单稳态触发器:
电路个稳定状态和一个暂稳状态。
在触发信号作用下,电路将由稳态翻转到暂稳态,暂稳态是一个不能长久保持的状态,由于电路中RC延时环节的作用,经过一段时间后,电路会自动返回到稳态。
方案选择:
由RC并联的电路延时不稳定,延时时间不精确。
而且各次延时时间不尽相同,输出电压幅度较大。
555单稳态触发器延时时间比较精确,各次延时时间基本一致,输出电压稳定。
因此选择555单稳态触发器。
3、电路的基本组成及功能:
该电路主要由四部分电路组成,分别为:
电源电路、光控电路、声控电路、延时照明电路。
(1)电源电路:
电源电路主要为控制电路提供工作电压,直接从电网得到的220V交流电压,通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将该交流电转化为+12V的直流电压。
电路中变压器的常规铁心变压器,其作用是将市电进行降压处理变成整流桥所需要的交流电压;
整流电路采用二极管桥式整流电路,将变压器的输出电压进行全波整流;
C1、C2和C3完成滤波功能,用来滤除整流桥输出电压中的纹波;
稳压电路采用三端稳压集成电路7812来实现。
(2)光控电路:
光控电路部分主要由U2非门、U4与非门、光敏三极管和电阻R6组成。
光敏三级管和电阻R6串联分压:
当有强光照射时,光敏三极管处于导通状态,节点31输出电压较低,为低电平;
当无光照或者光线较弱时,光敏三极管处于截止状态,节点31输出电压较高,为高电平。
放大信号从U2输入,光控信号从U4输出:
当节点31输出低电平时,U4门关闭,放大信号无法输入,照明灯不受声音信号控制;
当节点31输出高点平时,U4门打开放大信号可以输入,声音信号控制照明灯的开关。
光控控制电路对整体电路起总控制作用。
(3)声控电路:
声控电路由低压音频集成功率放大器LM386构成,当光线较弱,有声音时,照明灯就会亮起。
同时用信号发生器代替声音信号,音频功率放大器将脉冲信号放大,输出较大电压的信号。
(4)延时电路:
延时电路的核心部分是555定时器构成的单稳态触发电路,来实现当光线较弱且有声音时,照明灯点亮,一段时间后,照明灯自动熄灭;
但当照明灯点亮时有新的声音出现,照明灯会重新通电同样的时间。
由555定时器构成的此单稳态触发电路,为保证该电路上电后,引脚3输出低电平,增加了R21和C13组成的上电复位电路。
复位电路可保证上电后,复位引脚4为低电平,引脚3输出为低电平,LED灯没有电流通过,不会被点亮。
当节点8输入脉冲下降沿(即555定时器的引脚2有脉冲下降沿)时,触发单稳态电路进入暂稳态,引脚3输出高电平,使LED灯有电流通过,而被电亮。
当定时器555内部放电管截止,电源通过电位器R20、电阻R23向电容C11充电,当引脚6的电压超过2/3Vcc时,引脚3输出为低电平,LED灯中不再有电流通过,此时灯熄灭,555定时器返回上电后的初始状态,等待再一次脉冲下降沿的到来。
3、选择器件:
所需元器件:
器件名称
型号
数量
电阻
R
16
电位器
Rp
3
电容
C
11
二极管
IN4001GP
2
三极管
2N2222(NPN)/2N3906(PNP)
10
光敏三极管
PHOTO-TRANSISTOR-RATED
1
LED灯
LED
开关
SWITCH
信号发生器
XFG
非门
74LS04
二输入与非门
74LS00
220V交流电源
铁芯变压器
TS-AUDIO-10-TO
整流电桥
VD1
~VD4
三端集成稳压器
W7812
555定时器
555
直流电源
Vcc
1、555定时器:
555定时器是一种多功能集成电路,只要在外部接上几个电阻和电容,即可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。
本次设计中,采用定时器555组成的延时电路为单稳态触发电路。
定时器555的内部结构框图、逻辑符号图和逻辑功能表如下图所示。
定时器555的内部结构框图
定时器555的逻辑符号图
定时器555的逻辑功能表
阀值输入THR
触发输入TRIG
复位端
输出端Q
放电管DIS
任意值
导通
<
(2/3)Vcc
(1/3)Vcc
截止
>
不变
由其内部结构框图可知,它由比较器1、比较器2、非门G1与G2组成的SR锁存器和放电三极管Q1组成。
由其功能表和管脚图可知,集成电路共有8个引脚,引脚1接地,引脚8为电源端,引脚5为控制电平端,引脚6为阀什输入端,引脚7为放电端,引脚2为触发电平端,引脚3为输出端,引脚4为清零端。
从功能表中可以看出:
555集成电路通过改变THR和TRIG端的电压值,来影响输出端和放电端的状态,同时它还具有储存信号功能。
需要注意的是控制电平端CV01T,当它接入任意电压时,THR和TRIG端的变化分界点就不再是(1/3)VCC和(2/3)VCC,而是(1/2)VCC01t和VCC01t。
555集成电路构成的可重复触发的单稳态电路处于稳态时,Vthr<
(2/3)VCC,Vthr>
(1/3)VCC,Q=0,放电管导通。
当Vtring=VCC=0.3V时,电路进入暂稳态,此时Q=1,放电管截止。
同时直流电源通电阻R对电容C进行充电,使得Vthr的什渐渐上升,当Vthr和什大于(2/3)VCC时,电路重新进入稳态,Q=0,放电管导通。
电路暂稳态的持续时间,C的充电时间取决于电阻R数值,其脉冲宽度计算公式为tw=R*C,
2、三端集成稳压器W7812:
型号为W7812系列的三端稳压器为固定式稳压电路,其输出电压有5V,6V,9V,12V,15V,18VHE24V七个挡次,型号后面的两个数字表示输出的电压值。
本次设计中,采用型号为W7812的三端集成稳压器为输出电压12V。
三端集成稳压器W7812的电路原理图、管脚图和功能表如下图所示。
三端集成稳压器W7812外形及管脚图
三端集成稳压器W7812电路原理图
三端集成稳压器W7812功能表
正常输出直流电压(V)
输出电压变化范围(V)
输入电压允许范围(V)
输出电流(A)
电压调整率
最小
最大
12.0
11.5~12.5
15.0~17.0
0.1
0.5
10mV/V
3、非门74LS04与二输入与非门74LS00:
74LS系列门电路是最大使用的数字集成电路芯片:
74LS04是非门,又称为反相器,是实现逻辑非运算的逻辑电路。
74LS00是与非门,其可实现与门和非门的复合运算。
非门和与非门的逻辑符号、管脚图和功能表如下图所示。
74LS04非门的逻辑符号
74LS04非门的管脚图74LS04非门的功能表
输入
输出
A
Y
0
1
1
74LS00与非门的逻辑符号
74LS00与非门的管脚图74LS00与非门的功能表
B
Y
74LS00与非门的内部结构图
4、功能模块:
1、电源模块:
电源电路仿真图为:
2、光控模块:
光控电路部分主要由U2非门、U4与非门、光敏三极管和电阻R6组成。
放大信号输入
光控电路仿真图为:
光控信号输出
3、声控模块:
该音频集成放大器是一个三级放大电路:
第一级为差分放大电路,Q1、和Q3、Q2和Q4分别构成复合管,作为差分放大电路的方大管;
Q5和Q6组成镜像电流源,作为Q1和Q2的有源负载;
信号从Q3和Q4管的基极输入,从Q2的集电极输出,为双端输入单端输出差分电路。
使用镜像电流源作为差分放大电路的有源负载,可使单端输出电路增益近似等于双端输出电路的增益。
第二级为共射放大电路,Q7为放大管,恒流源作为有源负载,以增大放大倍数。
第三级中Q8和Q9管复合成PNP型管,与NPN型管Q10构成准互补输出级。
二级管D2和D3为输出级提供合适的偏置电压,可以消除交越失真。
声控电路仿真图为:
输出端
信号发生器输入信号、示波器显示输入信号与输出信号波形图为:
4、延时照明模块:
延时电路的核心部分是555定时器构成的单稳态触发电路,来实现当光线较弱且有声音时,照明灯点亮,一段时间后,照明灯自动熄灭;
延时照明仿真图为:
信号输入
当光线弱,有声音时,照明灯点亮,经过一段时间后自动熄灭,该灯点亮时间(延时照明电路的延时时间)为:
5、总体设计电路:
1、总体电路图仿真图:
仿真结果:
光线弱且有声音时,LED灯亮。
2、各模块间的连接:
电源电路中从电网中输出的220V交流电源,经过降压、整流、滤波和稳压输出+12V电压,提供电路中的直流电源。
声控电路中用信号发生器代替声音信号,当有声响时,信号经过音频放大器得到稳定放大的电压信号,连接到一个单刀双掷开关,连接到非门的输入端,和光控信号共同作用。
光控电路中用光敏三极管控制电路,当光线较强时,光敏三极管处于导通状态,与非门输入高电平,放大的声音信号不起作用;
当光线较弱或无光照时,光敏三极管处于截止状态,与非门输入低电平,放大的声音信号作用,与非门输出从高电平变为低电平,构成一个脉冲下降沿。
光控电路的输出端连接延时电路。
延时电路当有脉冲下降沿时,触发该部分电路,电路进入暂稳态,使LED灯被点亮。
经过t时间后,555定时器恢复到初始状态,LED灯灭,等待下一次信号的来临。
3、在模拟、数字实验箱上实验实现:
各模块的功能已经在硬件试验箱上得到了实现,并且正确。
将各模块连接起来,按下电源总开关后按以上说明的步骤操作,LED灯被点亮,并且经过t时间后熄灭。
但由于实验箱上的电阻和电容与仿真中的参数并不是完全相同,所以灯亮的时间与仿真时不同。
整个硬件实验验证为正确结果,并经老师指导检验后通过,实现其功能。
6、设计心得:
通过对简易声光控延时照明灯电路的设计,使自己有很大的收获。
首先,进一步培养了自己思考、分析、设计、制作和检查电路的能力,在其中自己学会了好多的方法。
其次,自己在这一段时间里掌握了好多知识,查阅了许多关于电子设计方面的参考资料。
此次课程设计我学会了不同的元件来组成电路实现相同的功能,从中比较分析而确定最优的设计组合。
通过课程设计,我学会了充分利用图书馆资源和网络资源进行自主学习研究,对常见的集成电路器件的功能和引脚接法有了进一步的了解和认识。
这让我明白了阅读查找文献的重要性,平时多积累知识,真正到了用的时候,做题才会得心应手。
关于此次设计的电路,在实际生活中的应用非常广泛,像楼道、楼梯、走廊等一些照明灯都是本电路的应用,在日常生活中,节电节能。
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- 关 键 词:
- 简易 声光 延时 照明灯 电路设计