简易声光控延时照明灯含multisim仿真.docx
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简易声光控延时照明灯含multisim仿真.docx
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简易声光控延时照明灯含multisim仿真
郑州轻工业学院
电子技术课程设计
题目:
简易声光控延时照明灯电路
学生姓名:
专业班级:
学号:
院(系):
指导教师:
完成时间:
2014年2月21日
郑州轻工业学院
课程设计任务书
题目简易声光控延时照明灯电路
专业学号姓名
主要内容、基本要求、主要参考资料等:
主要内容
1.阅读相关科技文献。
2.学习protel软件的使用。
3.学会整理和总结设计文档报告。
4.学习如何查找器件手册及相关参数。
技术要求
1.要求电路能够通过照明灯开关对光线强弱的感应,控制照明灯第一级开关。
2.要求电路能够通过照明灯开关对声强的感应,在第一级开关开通的前提下,控制照明灯的亮灭。
3.要求电路能够实现照明灯点亮时间t后自动关断,并且时间t可以手动调节。
4.要求电路如果在照明灯点亮期间又有新的声源出现,照明灯应重新通电时间t。
主要参考资料
1.何小艇,电子系统设计,浙江大学出版社,2001年6月
2.姚福安,电子电路设计与实践,山东科学技术出版社,2001年10月
3.王澄非,电路与数字逻辑设计实践,东南大学出版社,1999年10月
4.李银华,电子线路设计指导,北京航空航天大学出版社,2005年6月
5.康华光,电子技术基础,高教出版社,2003
完成期限:
2014年2月21日
指导教师签章:
专业负责人签章:
2014年2月16日
摘要
本设计主要目的是设计简易声光控延时照明灯电路,介绍其组成、性能及工作原理,给出各电路原理图及元件参数选择。
该电路节电效果十分明显,白天光照好,不管过路者发出多大声音,都不会使灯泡发亮。
夜晚光暗,电路的驻极式传声器只要检测到有声响,就会自动点亮为行人照明,过段时间后又自动熄灭,节能节电。
本电路采用两级控制(光线强弱的感应与声强的感应)。
光控电路是根据光线的强弱来优先决定电灯的亮灭。
该电路可以对声控延时电路进行控制,在白天光线较强时,光控电路输出低电平将声控电路封锁;在晚上光线较弱时,光控电路输出高电平,则声控功能打开。
声控电路中采用了双三极管构成的放大电路,将MIC转化的电信号连续放大,通过延时电路控制灯亮及灯亮的时间。
随着现代智能建筑技术的快速发展,智能照明控制技术越来越显现出重要的作用。
它区别于以开关量、手动为主的照明控制方式,具有节能环保、安全稳定、使用灵活等特点。
在日常生活中,这种延时照明控制灯能有效地消除长明灯、节约电能,可广泛用于楼梯、走廊、路灯和厕所等场所的照明。
关键字:
声控电路/光控电路/可重复触发单稳电路
1.概述1
2.系统总体方案设计2
2.1系统模块2
2.2电源电路2
2.3光控电路3
2.4声控电路3
2.5延时控制电路5
2.6照明灯开关电路6
3.元器件选型8
3.1主要器件介绍8
3.2元器件清单10
结论与个人总结11
参考文献12
附录13
1.概述
该电路采用两级控制(光线强弱的感应与声强的感应)。
光线强时,光敏电阻R8的阻值很小,使得555定时器的复位端4为低电平,不管其他输入端的状态如何,输出端(3端)为低电平,晶闸管断开,电灯不亮;光线弱时,光敏电阻R8的阻值变大,555定时器的复位端4为高电平,555可正常工作;当有声音信号时,可通过驻极式话筒接收处理成交变信号经Q1、Q2放大后,由比较器LM311处理成脉冲信号加到555的触发端2脚,2脚触发时,晶闸管导通,电灯点亮;555和R5、R6、C6、Q3等组成可重复触发单稳电路;通过电容C6充电放电的过程达到延时的效果,定时时间Tw=1.1*(R5+R6)*C6,时间可通过调节R6的大小来控制;通过555的3端控制双向晶闸管VS的控制极的导通和截止,来达到控制照明灯的目的。
2.系统总体方案设计
2.1系统模块
简易声光控延时照明电路的总体框图为:
照明灯开关对光线强弱的感应,作为控制照明灯第一级开关,所以通过光敏电阻的阻值大小来控制555的复位输入端的电平,从而实现只有在夜晚时555才能正常工作;选择合适的偏置电阻R2、R4,使得Q1、Q2均工作在放大区,且Q2的静态Vce大于4V,这样,在第一级开关开通的前提下,无声音时,555输出端为0,有声音时,经过MIC转换成电信号,经Q1、Q2放大,比较器LM311处理成脉冲波,在其出现下降沿时,555触发端2端输入0,输出端为高电平;通过R5、R6、C6完成电路的延时控制;通过555输出端3端来控制双向晶闸管的控制极,实现电灯的点亮与否。
2.2电源电路
220V市电经过变压器转化为12V的交流电,再经过整流桥整流,电容滤波,三端稳压集成电路稳压转化为+12V的直流电压。
滤波由电解电容C1完成,电容C2、C4可除去一些高频干扰,电解电容C3可在进一步过滤信号的同时储存一些能量,在负载电流突然变大时释放。
选择电解电容时要确保其耐压值不能小于施加在两端的电压,否则电解电容极易发生爆炸。
所以电解电容C1选用25V、2200uF的,C3选用16V、1000uF的,正常情况下它们两端的电压都不会超过其耐压值。
2.3光控电路
在白天时,由于光敏电阻MG45阻值远小于100K,所以,555定时器的复位端4端为低电平,555不工作,当夜晚时,MG45阻值约为1M,此时4端为高电平,555可以正常工作,所以,光控控制电路对电路起总控制作用。
2.4声控电路
MIC接收到足够的声强时,电路产生谐振并输出一个微弱脉冲,从而将声音信号转换为交流电信号。
MIC输出信号是一个非常微弱的信号,为了后续电路能够对声强信号进行处理,必须加入信号放大电路。
图中所示信号放大电路是由电阻R1—R4、Q1、Q2和C5构成,电路中采用了双三极管构成的放大电路,这样可以使电路的放大的倍数比单管放大电路的倍数增加一定倍数,从而得到适合的信号。
R3和R4为放大电路的集电极偏置电阻,C5为放大电路的滤波电容。
通过选取合适的R3、R4,确保Q1、Q2工作在放大区,使得Q2的静态工作点Vce约为4.47V,R10、R11为分压电阻,为LM311比较器的3端提供4V的电压,当无声响时,LM311比较器的输出端7端,输出为12V的高电平,当有声响时,MIC将声音信号转换为交流电信号,在其负半周期,使得Q2的Vce小于4V,使得LM311比较器的输出端7端,输出为0,7端接555的触发端2端,从而实现了对555的控制。
(Multisim仿真)
2.5延时控制电路
延时控制电路的核心部分是555定时器,555集成电路时一种非常有用的,并且应用十分灵活的集成电路。
定时器共有8个引脚,引脚1为接地端,引脚8为电源端,引脚2为触发电平端,引脚3为输出端,引脚4为复位端,引脚5为控制电平端,引脚6为阀值输入端,引脚7为放电端。
从功能表中可以看出:
555集成电路通过改变THRES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的功能,因此555集成电路的应用十分广泛。
需注意是控制电平端CONT,当它接入任意电压Vcv时,THRES和TRIG端的变化分界点就不再是2/3Vcc和1/3Vcc,而是Vcv和1/2Vcv。
如上图,延时控制电路包括两部分:
第一部分是由三极管和比较器构成的触发信号产生电路;第二部分是由555定时器构成的可重复触发的单稳态电路。
首先,声强信号处理电路的输出信号接三极管Q1的基极。
因为MIC接收到了足够大的声强后,转化后的交流信号经Q1、Q2放大后,使得Q2的Vce经过比较器的作用后,比较器的输出端7端接入555集成电路的TRIG端作为触发电平。
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,Vtrig>(1/3)Vcc,输出端为0,放电管导通。
当Vtrig=0时,电路进入暂稳态,此时输出端为1,放电管截止。
同时直流电源通过电阻R5、R6对电容C6充电,使得Vthr的值渐渐上升,当Vthr的值大于(2/3)Vcc时,电路重新进入稳态,,输出端为0,放电管导通。
电路暂稳态的持续时间,即C6的充电时间取决于电阻R5、R6和电容C6的数值,其计算公式为:
t=Tw=1.1*(R5+R6)*C6 所以 11s<=Tw<=33s
在电容C6充电期间,在Vthr未充到2/3Vcc之前,如果MIC又接收到声音信号,则三极管Q3导通,电容将再次放电,输出仍然维持在暂稳态,满足了电路如果在照明灯点亮期间又有新的声源出现,照明灯应重新通电时间t的要求。
2.6照明灯开关电路
555的输出端3端接在双向晶闸管的控制极,R9为限流电阻,当3端为高电平时,晶闸管的控制极导通,电灯点亮,当3端为0时,控制极断开,由于为交流电,当电灯两端电压为0时,电灯熄灭,需要控制极重新触发。
3.元器件选型
3.1主要器件介绍
LM311
一、
LM311比较器的1脚=地,4脚=电源V-,8脚=电源V+,2脚=输入+,3脚=输入-,7脚=输出.5脚=平衡,6脚=平衡/选通.电源电压最大:
36V;电源电压最小:
5V,因为其是OC输出(集电极开路),所以输出端接电阻才能正常工作。
NE555
二、
555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。
该电路使用灵活、方便,只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。
因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。
555集成电路的引脚图
阀值输入THRES
触发输入TRIG
复位端
输出端Q
放电管OUT
任意值
任意值
0
0
导通
<(2/3)Vcc
<(1/3)Vcc
1
1
截止
>(2/3)Vcc
>(1/3)Vcc
1
0
导通
<(2/3)Vcc
>(1/3)Vcc
1
不变
不变
由555定时器构成的可重复触发单稳电路工作波形图
BCR1AM-8P
控制极
三、
因为电灯的工作电压为220V的市电,所以选择双向晶闸管BCR1AM-8P(1A400V),双向晶闸管在结构上相当于两个单向晶闸管的反向并联,但只有一个控制极。
鉴于双向晶闸管的特殊结构,无论在阳极和阴极间接入何种特性的电压,只要控制极上加上一个触发脉冲(不论极性),都可以使双向晶闸管导通。
双向晶闸管广泛应用于工业、交通、家用电器灯领域,可实现交流调压、电机调速、交流开关、温度控制、台灯调光等多种电路功能。
3.2元器件清单
符号
类别
数目
R1、R11
10K
2
R2
2.4M
1
R3
22K
1
R4
2K
1
R5
100K
1
R6
电位器(200K)
1
R7
200K
1
R8
光敏电阻MG45
1
R9、R12
1K
2
R10
20K
1
C1
25V2200uF
1
C2
0.33uF
1
C3
16V1000uF
1
C4、C7
0.01uF
2
C5
0.012uF
1
C6
100uF
1
Q1、Q2
三极管9013
2
Q3
三极管9012
1
T1
(220V/12V变压器)
1
D1
1N4001
4
VR1
MC78L12CP
1
MIC
CRZ-29驻极式传声器
1
U1
NE555
1
U2
LM311比较器
1
VS
BCR1AM-8P
1
LAMP
220V5W灯泡
1
结论与个人总结
通过这次简易声光控延时照明灯的设计,我收获很多。
从开始看到题目时的无从下手,到查找相关的电路书籍和器件手册,慢慢摸索、分析和同学一块讨论,到最终完成这次设计,巩固了以前学过的知识,培养了自己思考、分析、设计、制作和检查电路的能力,同时学会了用不同的元器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。
也使我更加熟悉了altiumdesigner软件的使用,同时也学会了用multisim仿真软件检验一些电路设计的正确与否,增强了电路的可靠性。
通过这次设计,使我更好的利用了图书馆资源和网络资源进行自主学习探索,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,才会得心应手。
同时,也让我看到了自己的不足。
由于英文不是太好,看数据手册和使用软件有些困难,这方面需要提高;知道的的元器件太少,好多常用元器件需要掌握;由于平时只注重理论,没有灵活思考,在遇到问题时,不知从哪入手。
感谢老师给我这次机会,让我学到了很多实用的知识,锻炼了自己动手实践和思考的能力,认识到自身存在的不足。
通过这次设计的感悟,我相信这是我的一个新的起点,以后我能更好的在思考中学习,在实践中进步。
参考文献
1.何小艇,电子系统设计,浙江大学出版社,2001年6月
2.姚福安,电子电路设计与实践,山东科学技术出版社,2001年10月
3.王澄非,电路与数字逻辑设计实践,东南大学出版社,1999年10月
4.李银华,电子线路设计指导,北京航空航天大学出版社,2005年6月
5.康华光,电子技术基础,高教出版社,2003年
6.杨欣,电子设计从零开始第2版,清华大学出版社,2005年10月
7.杨承毅,图表新说元器件,人民邮电出版社,2013年1月
8.李响初,实用电子控制线路200例,中国电力出版社,2009年3月
9.石磊,AltiumDesigner8.0电路设计,清华大学出版社,2009年11月
10.许晓华,Multisim10计算机仿真及应用,清华大学出版社,2011年9月
附录
简易声光控延时照明灯电路总图
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