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声光控
电子元器件调研与系统设计报告
指导教师评语
考勤(10)
守纪(10)
报告(30)
作品(30)
答辩(20)
总成绩(100)
专业:
班级:
姓名:
学号:
指导教师:
兰州交通大学自动化与电气工程学院
2013年7月11日
声光控制照明灯开关
1设计目的和任务
1.1设计目的
(1)掌握三极管的概念及相关物理量,以及三极管的参数、作用及测量方法。
(2)了解可控硅、驻极式话筒和光敏电阻等元件的功能、作用及测量方法。
(3)掌握放大电路的简单分析。
(4)熟悉四二输入与非门芯片的功能及作用。
(5)认识声光控开关电路的原理和结构。
(6)根据以上所掌握的知识,设计和模拟出正确的声光控制照明灯的电路图。
(7)熟悉掌握焊接技术及方法。
(8)了解市场上各元件的价格、功能。
1.2设计任务
(1)设计稳压、声控、光控以及延时电路的电路图,并说明其原理和功能。
(2)汇总以上电路,设计出正确的声光控制照明灯的电路图。
(3)用multisim仿真软件模拟电路,使之得出与实际相符的结果。
(4)合理购买各元器件,以及所要用的电烙铁、焊锡等。
(5)在电路板上合理排列各元器件并进行有效、正确的焊接。
(6)焊接完成后,对电路进行检测和验证。
(7)封装电路板,并完成实验报告。
2市场调研
在本次市场调研中,我学习到了很多东西。
首先,我明白了市场调研是市场调查与市场研究的统称,它是个人或组织根据特定的决策问题而系统地设计、搜集、记录、整理、分析及研究市场各类信息资料、报告调研结果的工作过程。
所以,在本次调研中,我们了解了很多元器件的价格和功能,并且在购买的过程中,我们学会了怎样去比较各元件的性价比,以使我们能在最少的金钱消耗下买到我们所需的原件。
其次,我们也了解到,虽然一些原件已经没有了,但是,它可以用其他功能相似的原件替代。
另外,在本次调研中,让我们惊讶的是,同一功能可以用很多很多的方法和路径去实现。
随着社会的发展,资源的大量开采,能源在逐渐的减少,因而自动控制开关的节能灯也大量的涌入市场,我们所设计的声光控制照明灯就是其中之一。
另外,我们所设计的声光控制的照明灯,在市场上已有高度集成的商品,所以,它在人们的日常生活中的应用已经非常的普遍,并且在大多数场所,只要可以用声光控照明灯的地方,都可以采用声光控作为照明灯的开关,这样,不但为人们提供了方便,还为我们的地球节约了资源。
但是,我们设计的电路还存在很大的不足。
虽然,价格比较低廉,但在声音采集等方面的灵敏度不是太高,并且电路比较繁琐,不够集成,并且体积比较大。
所以,我们所设计的的电路还得有大的改进和完善。
3功能
我们所设计的声光控制照明灯,可以改善在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道的长明灯现象,因为长明灯造成了能源的极大浪费。
另外,由于频繁开关或者人为因素,开关的损坏率很高,增大了维修量、浪费了资金。
同时,为了加强我们对模拟电子技术和数字电子技术的理解和巩固,所以我们设计了声光控延时开关,可以在漆黑无光的公共场合或楼道帮助人们自动照明,另外也节约了资源。
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。
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。
4方案
4.1设计技术路线
4.1.1模块流程
本电路是由电源电路、放大电路、声控电路、光控电路及延时电路等部分组成。
电源由家用220伏交流电源供电,由整压稳流电路实现从交流到直流的的转换,再输入整个回路。
在供电之后,由光敏控制电路对外界光亮程度的感应以使产生相对应的电压信号,用与非门控制,则由与非门性质可知,白天灯泡不亮;而当晚上遇到声响时,光控电路输出高电平,再由声控电路使灯泡自动点亮,声控电路主要将声音信号转变为电信号,再将电信号放大,从而要实现自动控制;当灯泡点亮之后,由延时电路使声音在消失后可以延长一段光照时间。
以增强电路的实用性。
4.1.2模块流程图
模块流程图如图1所示:
图1模块流程图
4.2设计中运用到的技术
我们在设计中将其分为五大模块:
电源模块,光控电路模块,声控电路模块,信号处理模块,延时模块和被控制模块。
电源模块通过运用整流,稳压,滤波技术将220V交流电源转换为直流电源。
声控电路模块分为声音收集和声音的放大,这个模块的信号来源相对较为微弱,需运用到三级管放大信号然后作用于与非门的技术。
并且声音收集模块将声音信号转变为音频电信号从而能够输入电路,起到控制开关的作用。
光控电路模块将光强度的改变转变为电压的改变,与声音信号一起控制与非门芯片的输入。
在信号处理中需进行设计逻辑电路,且运用到数字电路的技术。
信号处理模块即是芯片CD4011对声音,光信号转换的电信号的改变进行处理,从而驱动被控制电路,并作用于延时模块。
在延时模块需运用到RC电路延时技术。
延时模块是在信号处理模块的作用下工作,起到延时的作用。
5电路
5.1电路原理图
电路原理图如图2所示:
图2电路原理图
5.2电路原理说明
5.2.1声音控制电路
声音控制电路如图3所示:
图3声音控制电路
如图3,声音通过驻极体话筒接受并将声音信号转化为电信号,再由C1耦合,到三极管VT的基极进行放大,再将放大的信号输出,进入之后的与非门。
5.2.2光控制电路
光控制电路如图4所示:
图4光控制电路
如图4,由光敏电阻在有光时电阻较小,在无光时电阻特别大,所以,在光敏电阻处于黑暗是,RG处于高电平,这样,与声音传来的信号共同由一个与非门控制,从而实现声和光的共同控制。
5.2.3延时电路
延时电路如图5所示:
图5延时电路
如图5,当声音和光照都满足条件是,单向可控硅导通,则延时电路开始计时,由t=R8*C3,当时间完成后,则单向可控硅截止,线路断开,灯泡关闭。
5.2.4声、光及延时控制总电路
声、光及延时控制总电路如图6所示:
图6声、光及延时控制电路图
如图6所示,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,当白天有光时,光敏电阻的阻值很小,RG两端的电压低,为低电平,则白天不管有声音无声音,灯都不会亮;反之,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,这时当外界传来声音时,则声音信号由驻极体话筒mic接收并转换成电信号,经C1耦合到二极管的基极进行电压放大,放大的信号送到与非门一脚,另外,R4、R7是二极管偏置电阻,C2是电源滤波电容。
这里由声音和光共同进入与非门,则由与非门的性质可知,只有在夜晚无光且有声音时,灯才会亮;而为了实现延时电路,就必须要有一个电容与电阻的回路,所以加了VT5,使电容放电时,不会使与非门的输出端直接加有电压,从而保护了与非门,另外当光和声音都满足时,要使二极管导通,则要对与非之后的信号再非一次,使二极管正向为高电压,且导通。
这时二极管C3开始充电,且为高电平,这时,这个信号在经过两个与非之后,进入单向可控硅的G极,而由于为高电平,所以可控硅导通,则灯泡与电源之间的回路导通,灯泡亮,而由延时t=R8*C3,改变R8或C3的值,可改变延时时间,满足不同目的。
D2和D3构成两级整形电路,将方波信号进行整形。
当C3充电到一定程度时,信号经与非门u2b、u1a后输出为高电平,使单向可控硅导通,电子开关闭合;由于C3充满电后只向R8放电,当放电到一定电平时,经与非门u2b、u1a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。
6光敏电阻和CD4011集成芯片的介绍
6.1光敏电阻
光敏电阻的工作原理如表1所示:
表1光敏电阻的工作原理
型号
最大电压
(VDC)
最大功耗(mw)
环境温度
光谱峰值(nm)
亮电阻
(K)
暗电阻
(M)
MJ20516
250
500
-30~+70
560
5
1
6.2芯片CD4011的原理介绍
CD4011是一种将四个基本二输入与非门电路集合在一起制成的集成电路。
逻辑表达式:
Y=AB
真值表Q=XY
真值表如下表2所示:
表2芯片CD4011真值表
X
Y
Q
动作
0
0
?
禁止
0
1
1
设定
1
0
0
重置
1
1
不变
无
CD4011引脚图如图7所示:
图7CD4011引脚图
CD4011内部结构框图如图8所示:
图8CD4011内部逻辑结构图
7元器件清单
元件清单如表3所示:
表3元件清单
序号
元件名称
型号规格
数量
价格
1
与非门集成电路
Cd4011
1块
3
2
单向可控硅
100-6
1个
1.5
3
三极管
9014
1个
0.2
4
整流二极管
1n4007
5个
0.1
5
驻极体话筒
1个
1
6
光敏电阻
1个
1
7
电阻
10k120k470k
各1个
0.06
8
电阻
47k
2个
0.04
9
电阻
1M2.2M5.1M
各1个
0.06
10
瓷片电容
104
1个
0.2
11
电解电容
10uF
2个
0.3
12
导线
3米
3
13
电路板
2片
10
14
电烙铁及焊锡
自备
总价格
20.46
8总结
在本次课程设计中,有设计电路过程、购买元件过程及焊接元件这三个过程。
在这三个过程中,都体现着它们不同的价值和意义。
首先,在设计电路过程中,我们查阅了非常多的资料,并结合我们现有的知识进行汇总,但在刚开始的几次设计和检查中,发现我们的设计很多都存在问题,要么声控无法起作用,要么只有声控和延时起作用,所以在当时我们有些气馁,但在多次的探究和修改之后,最终完成了上述的电路图,在最后成功之后,我们体会到了,只有不断地坚持、努力和探索,才能取得最后的成功。
其次,在购买元件过程中,让我们了解到了,虽然,只有一个功能,但实现它的路径却有很多种,这样,也就体现出了它不同的价格,所以,要想买到我们所需的原件,还得对功能和价格进行比较,才能在价格低廉的基础上买到我们所认为合适的元件,并且,虽然有时候一个元件可能在市场上没有,但是,我们可以用功能相似或相同的其他元件代替。
最后,是焊接过程,在这个过程中,我觉得最难的是引脚与一导线或多导线的焊接,因为,我们所购买的是单孔的电路板,并且,所用的导线太硬,所以,焊接起来难度较大。
所以,在焊接完成后,我们认识到,要处理一个多方面汇集的问题是,要多方面考虑,在理清它所有的关系之后,再进行处理,这样,才不会在处理的过程中漏掉什么或者多出什么。
总之,本次的课程设计让我们得到很多,收获很多。
9实物图片
图9焊接之后的电路板(正面)
图10焊接之后的电路板(背面)
图11封装之后的成品
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