声控照明灯课程设计论文.docx
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声控照明灯课程设计论文
摘要
公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关,由于各种原因往往出现许多电灯长时间明亮的现象,致使灯泡寿命缩短,浪费电能,为国家,单位,个人造成经济损失。
另外,由于频繁开关或其他人为因素,墙壁开关的损坏率极高,既增大了维修量,浪费资金,又容易造成事故隐患。
因此,设计研制一种电路新颖,安全节电,结构简单,安装方便的声控走廊灯显得相当有必要。
随着电子技术的发展,基于电子技术的LED声控灯早已问世,与传统的普通电灯相比,具有结构简便,实用可靠,控制灵敏,节约电能等优点,而且贴近我们的实际生活。
它不需要开关,当有人经过时会自动的亮,因此被广泛应用于走廊、楼道,卫生间等公共场所,给人们的生活、带来极大的方便。
声控灯已成为人们日常生活中必不可少的必需品。
该电路由电源电路、控制电路,驱动照明电路等部分组成,设计简单,元件普遍,电路焊接简易,对培养学生实践能力具有重大帮助,同时研究声控灯以及扩大其在生活中的应用,也有着非常现实的意义
关键词:
声控灯;自动控制;电子技术
3声控照明灯工作原理4
3.1放大电路概述4
3.2滤波电路概述4
3.3T触发器概述5
4电路设计与调试6
4.1驱动显示电路设计与调试6
4.2驱动显示电路参数计算6
4.3驱动显示电路元器件的选择6
4.4电路板实物图7
5实验结果分析8
5.1仿真图示8
5.2仿真结果分析8
6总结9
致谢10
参考文献11
1绪论
在人类社会进入21世纪之后随着社会对能源的需求不断加大,科学技术的飞速发展以及电子计算机大规模应用于各个领域,带动了生产力的大规模提高。
电子信息技术在生产各部门得到了广泛应用。
电子电路的设计也发生了巨大的变化,首先我们现在设计电路不仅仅只是为了应用而去设计电路,我们要在多方面考虑的情况下利用高科技原理尽量节约产品的成本,还要尽最大程度实现产品的“绿色化”
电子信息技术发展的主要目标是实现高度智能化,在减少能源使用量的同时又可以不需要人为干预使机器能独立处理各种工作。
智能化照明电路也是如此。
声音是我们最为熟知的,开关控制电路可将声音转化为电信号来控制照明灯工作,是照明线路节省电能的有效途径。
目前常用的照明灯控制电路的形式多样,但大都较为复杂。
通过对数字电子技术和模拟电子技术及电路基础的学习,运用所学知识并结合相关资料设计出更加简单的声控照明灯,实现声音对电灯的控制,控制电灯的亮与灭,达到自动控制的人性化设计。
以此替换掉传统普通电灯与开关,为人们的生活与工作提供方便,同时节约电能,减少开关的修复和延长电灯的使用寿命。
声控照明灯电路由电源电路、控制电路,驱动照明电路等部分组成。
由于输入的电信号很微弱,无法直接去触发触发器电路使其工作。
所以在设计中选用一个运算放大器LM386把微弱的信号放大。
信号放大后,再经过滤波电路实现一次整形处理,然后利用CD4013实现T触发器。
当CL由高电平变为低电平时,Q翻转一次。
Q的输出连接三极管电流放大电路,进而实现普亮发光二极管模拟灯的亮与灭。
本设计是利用触发元件、开关控制元件及MIC组成开关控制线路,控制照明用灯的开关,该控制线路只有7个零件,该实用新型具有结构简单、容易调试、成本低等特点,适用于任何可用声音控制熄、亮的环境,特别是公共场合,它可减少人工开关电灯的麻烦,也避免了忘记关灯而造成的用电浪费。
电路设计完成后运用Proteus软件绘制系统原理图,在使用该软件当中,学会创建设计文档管理库,加载元件库,绘制电路图,放置电源部件,修改元件参数,生成网络表文件,同时将设计的电路原理图生成PCB电路板图等。
在此基础之上将自己设计的电路进行仿真,并对其波形及数据进行分析。
2设计任务
2.1课程设计的目的及意义
2.1.1目的
1.理解声控照明灯的工作原理。
2.熟悉声控照明灯的构成及其特性。
3.掌握声控照明灯的设计方法。
4.学会用proteus工具软件设计,调试和分析电路。
5.了解外界因素,元件参数对声控照明灯工作特性的影响,以便提高电路工作性能。
2.1.2意义
通过所学知识结合生活实际解决生活中的问题。
声控灯是一种声控电子照明开关装置。
它提供一种操作简便,实用可靠,控制灵敏的装置。
此外,利用此装置可以达到省电的目的,响应国家节能的号召。
2.2课程设计任务与要求
1.电路设计
2.参数计算
3.电路仿真,调试
4.电路特性实验
5.完成设计论文
2.3实验器材
序号
名称
型号
数量
1
集成运放
LM386
1
2
二极管
LN4007
1
3
T触发器
4013
1
4
三极管
9013
1
5
电容
0.22μF
1
6
电容
10μF
2
7
电阻
10KΩ
2
8
电阻
510Ω
1
9
发光二极管
1
2.4课程设计技术指标
工作电压:
+6V
声音范围:
55-65分贝
3声控照明灯工作原理
3.1放大电路概述
由于压电陶瓷片所转换的电信号很微弱,无法直接去触发触发器电路使其工作。
所以在设计中选用了一个运算放大器LM386把微弱的信号放大。
LM324引脚图如图3.1所示;放大电路如图3.2所示。
图3.1LM386引脚图图3.2放大电路图
如图所示,设压电陶瓷片所转换的电信号20mv,经放大后的电压如果选用CMOS电路,则要求放大后的输出电压,这个放大后的输入电压也不要过高,以免过于灵敏。
这样有下式
根据LM386的特性,我们采用同相输入,取
用6V的干电池电源连接方式供电.
3.2滤波电路概述
信号放大后,再经过一次整形处理,我们采用图3.3的二极管1N4007和电容
构成的滤波电路,图中的10kΩ电阻是为滤波电路的电容
提供一个放电通路。
图3.3滤波电路
3.3T触发器概述
因为TTL电路的功耗大,且要求电源5V稳定,而采用CMOS电路3~18V的电源均可且省电,所以这里我们选用CD4013实现T触发器。
CD4013的引脚图如图3.4所示,真值表如图3.5所示。
根据设计要求,将击掌信号即为触发信号,利用CD4013中的一个D触发器实现T触发器的电路图如图3.6所示。
当CL由高电平变为低电平时,Q翻转一次。
图3.4CD403引脚图图3.6触发器电路图
图3.5真值表
4电路设计与调试
4.1驱动显示电路的设计与调试
选用三极管电流放大电路,采用普亮发光二极管模拟灯的显示,如图4.1所示。
图4.1驱动显示电路
4.2驱动显示电路参数计算
下面对基极电阻
和集电极电阻
的选取进行计算。
因为普亮的发光二极管流过电流要求为
=5~10mA,所以:
图4.1中的
。
三极管选用NPN型三极管9013,根据资料可知,其电流放大倍数β=60~120
取β=100
故而
较好,代入上式得
故取
即图4.中的
4.3驱动显示电路元器件的选择
表4.1驱动显示电路元器件
电阻
发光二极管
三极管
电源
10KΩ1个
510Ω1个
1个
90131个
+6V
4.4电路板实物图
5实验结果分析
5.1仿真图示
打开ProteusISIS,按照图5.1所示连接电路图。
将压电陶瓷片换成信号发生器,产生一串连续的脉冲,以实现输入信号。
在输入端和三极管的集电极端分别加一个电压探针
。
以研究它们电位的变化关系。
它们的电位关系在图表模式器中显示
5.2仿真结果及分析
输入端和三极管的集电极端的电压探针示数关系如图5.2
由图5.2可知,电路为下边沿触发,每来个脉冲(掌声),三极管的集电极的电压改变一次,即发光二极管暗亮的状态改变一次。
从而达到了电子电路的设计目的
6总结
在这几周的电路电子技术课程设计中,我做的课题是“声控照明灯”。
声控灯是一种声控电子照明装置,由音频放大器、选频电路、延时开启电路和可控硅电路组成。
它提供了一种操作简便、灵活、抗干扰能力强,控制灵敏的声控灯,它采用人嘴发出约1秒的控制信号“嘶”声,即可方便及时地打开和关闭声控照明装置,并有防误触发而具有的自动延时关闭功能,并设有手动开关,使其应用更加方便。
声控灯由话筒、音频放大器、选频电路、整流电路、驱动显示电路组成。
它可以用于楼梯、过道、库房的场合。
电路的拾音器只要检测到有声响,就会自动控制电灯明亮为行人照明,过一段时间后又自动熄灭,起到了节能的作用。
在实验时,电路板上的LED灯在通电后一直明亮,无法做到根据声音控制亮与灭。
经检验发现电容
与MIC的焊接出现错误,未能接地(未能与电源的负极相接)导致电路一直处于10μF电容充电状态,未能实现控制作用。
排除故障后,电路恢复正常工作。
本次的设计实践将我们学到的知识应用到了实践,深化了对数字电路和模拟电子的认识,使我们在设计实践中获得新知。
将理论知识与实践操作相结合,通过实践,并在老师和同学的指导下,学会分析实际电路、设计电路。
在此设计中利用到了放大,滤波,驱动等知识,,进一步巩固了所学的基础知识,加深了对模拟电子电路和数字电子电路以及电路基础的理解。
从课设开始到结束过程中,不断地温习学过的知识,并得到全新的理解与感悟,做到真正的融汇贯通,提高自己的实践和独立思考的能力。
通过小组合作共同完成产品设计,仿真调试,实际电路焊接。
达到学有所用,学而会用。
致谢
在此感谢我的组长和小组成员,在他们的带领下,齐心协力完成电路板焊接,并调试成功。
同时更要感谢指导老师的悉心教导,不辞辛苦地帮助我们解决各种问题。
使我们能够顺利且有质量的完成此次课程设计。
参考文献
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华南理工大学出版社,2010
[3]李响初,阙爱仁,李喜初.实用电子控制线路200例[M].北京:
中国电力出版社,2009
[4]周润景,张丽娜,刘印群.PROTEUS入门实用教程[M].北京:
机械工业出版社,2007
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[6]FairchildSemiconductorCorporation.CD4013BCDualD-TypeFlip-Flop[OL].[2010-12-25].
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