声光路灯控制器的设计模板.docx

目 录摘 要2Abstract 2第一章 绪论 41.1 前言 41.2 设计任务与要求 41.2.1设计任务41.2.2设计的具体要求4第二章 设计方案及方框图 52.1 设计思路及电路组成 52.2 总体方框图 5第三章 电路组成及工作原理53.1 设计的电路 53.2 电路的工作原理 63.3 整流电路 73.4 光控电路 73.5 声控电路 73.6 延时电路 83.7 其它电路 83.7.1负载电路 83.7.2数字电路 9第四章 电路性能及主要技术指标9第五章 电路的调试与故障分析95.1 电路的调试 95.2 电路的故障分析10第六章 结束语 11参 考 文 献12第一章 绪论1.1 前言在人类社会进入21世纪之后，随着社会对能源的需求不断的加大，科学技术的飞速发展以及电子计算机的大规模应用于各种领域，电子电路的设计已经发生了很大的变化。现代化的电子电路设计已经不同于过去，智能化电路的设计必须以人的需要为目标，以实际情况为参照，设计出人性化，智能化，适用化的应用电路。所以我们必须改变传统的电子电路设计理念，应以智能化、人性化、节能化为前提，综合利用各种高科技技术，配以计算机辅助设计，设计出集智能化、人性化、节能化为一体的电子电路才是我们所有搞电子人员所要追寻的最终目标。楼道控制灯过去一直是采用手动开关控制，对于二层的楼道，可采用双刀双掷开关实现双向控制，对于多层楼道，该方法一般不便使用。于是常常出现上下楼后不能关闭前一盏灯，而造成长明灯，浪费了电能。近年来，出现了手动的延时关闭的开关，解决了这一问题。但该开关仍需要手动开启，仍不方便。本人根据声电转化，晶体管放大微电流，触发可控硅，接通楼道灯这一原理研制了声控楼道开关。另外，还在电路中加入了光控电路，使楼道灯白天不会被接通。1.2 设计任务与要求1.2.1设计任务设计一个声光控路灯控制器，可以自动实现白天光线较暗和晚上遇到声响时，路灯自动点亮，从而实现人来灯亮，人走灯灭，既方便又实用。不仅节约了电能，而且能延长灯泡使用寿命。它广泛应用于楼梯，走廊，卫生间及生活小区等公共场所的照明控制。此控制器经济实用，即使一般的脚步声也能出灯泡发光照明好。1.2.2 设计的具体要求 作为一个智能化声控照明电路应具有以下功能：能在声音的控制下实现电路的导通与截止。声音的发出应是多方面的，如脚步声、物体打击声等。响应时间应越短越好。为此在选择电路元器件时应选择灵敏度较高的声音传感器组成声控照明电路控制电路的前端，同时我们还要为该传感器设置传感条件，如声音响度必须在10DB以上才能响应等。中间端采用触发器构成，利用触发器不触不发，一触即发的特点去推动照明电路工作。第二章 设计方案及方框图2.1 设计思路及电路组成整个电路由整流电路，声控电路，光控电路，延时电路及负载电路组成。光敏控电路对外界光亮程度进行检测，输出与光亮程度相对应的电压信号。从而实现白天灯泡不亮晚上遇到声响时，通过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，从而要实现自动控制，延时电路声音消失后延长一段光照时间。必要时可加一个手动开关，以增强电路的实用性。本设计主要介绍了声控电路、光控电路、延时电路的工作原理。2.2 总体方框图总体方框图如图1所示：图1 总体方框图第三章 电路组成及工作原理3.1 设计的电路图2 声光控制灯的工作原理图3.2 电路的工作原理图2所示是一个声光控制灯的实用电路。其中二极管VD1VD4组成桥式整流电路，R1、R2和C1、C2组成降压滤波电路，话筒MIC、电阻R3、电容C3、电阻R4、R6和三极管VT2组成声信号电路，电阻R5和光敏电阻RL组成光信号电路，与非门1和与非门2组成声信号和光信号与逻辑电路，VD7、R7、R8、C4组成延时电路，与非门3、与非门4和电阻R9组成触发电路，晶闸管VT1是控制灯的开关元件。220V交流电通过灯EL后，经VD1VD4桥式整流电路把交流电压变为脉动的直流电压，由R1和R2分压、C1滤波，获得10V左右的直流电压，作为控制电路的直流电源，这时通过白炽灯的电流小于2mA，所以白炽灯不会发光。电阻R5和光敏电阻RL串联分压，当光照射光敏电阻RL时，它呈低阻状态，与非门G1的2端为低电位，若无光照射时，光敏电阻RL呈高阻状态，与非门G1的2端为高电位。话筒MIC和电阻R3将外界的声音信号转变成电信号，在外界无声的情况下，三极管VT2处于放大状态，与非门G1的输入端电压为输入低电位，若外界有声音，三极管VT2将会出现反复截止的状态，与非门G1的1端反复出现高低电位的过程。若与非门G1的两个输入端有一个为低电位时，与非门G2便输出低电位，只有当与非门的两个输入端都为高电位时，与非门才输出高电位。当与非门G2输出高电位时，通过隔离二极管VD7和电阻R7给电容C4充电，当充电电压达到与非门G3的阈值电位时，与非门G4输出高电位，通过电阻R9触发VT1使其导通，主回路便有较大的电流通过白炽灯使其发光，VT1导通后，与非门G1的输入端很快变为低电位，与非门G2输出为低电位，但延时电路的电容C4通过R8放电，经过大约1分钟的时间，下降到与非门G3的阈值电位以下，使与非门G4输出低电位，当交流电过零点时，VT1自行关断。所以，白天白炽灯不亮，只有到了晚上MIC接收到声音时，才能产生触发信号，使双向晶闸管VT1导通，白炽灯发光，延时一段时间白炽灯自动地熄灭。此外，C1上的电压为集成电路IC:4011提供直流电压电路中集成电路IC的门G1和门G2接成“与”输入，用以鉴别输入动态。按逻辑功能只有当门G1两输入端都呈高电平时，门G2的输出端才为高电平，再经过门G3，门G4两极反相后，触发晶闸管VT1导通，接通灯路。白天因光敏电阻受光线照射，IC的1脚呈低电位，IC的输出端为低电平，VT1阻断，灯路关闭，这时，无论外界声音再高灯都不会亮；到夜晚， RL的电阻随环境光线减弱而增大，脚1变为高电平，当人走动的脚步声传到传声器MIC时，声波转换成电信号经三极管VT2放大，使2脚电位由低变高，门G2输出高电平，通过二极管VD7向C4迅速充电到阈值电压，门G4输出高电平，VT1导通，灯亮，人走声熄，门G2输出电平变低，由C4电压维持门G3输入高电平，门G4状态不变，灯不熄，这时由由VD7隔离C4经过R8放电，约一分钟后电压降到关门电压值时，门G3，门G4翻转，VT1截止，灯自动熄灭。3.3 整流电路将交变电流变换成单向脉动电流的过程叫做整流。实现这种功能的电路称为整流电路或称整流器。需要特别指出的是，二极管作为整流元件，要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。如选择不当，则或者不能安全工作，甚至烧了管子；或者大材小用，造成浪费。3.4 光控电路光控电路的主要原理是利用光敏元件随光照强度的变化而阻抗发生变化的特点，去控制电信号的强弱，再由传感器将变化的电信号传递给触发器，只要电信号强度达到一定程度将触发触发器使其导通工作。光控照明电路其主要功能是实现当外界光照强度降低到一定程度时，使照明电路导通工作。就其方案而言多种多样，为此我们在设计光控电路时，不但要尽量使电路结构简化，而且要使电路功能强，功能的实现要可靠稳定。本人设计的电路主要由R5和光敏电阻RL组成，白天因光敏电阻RL受光线照射，电阻变小，IC的1脚呈低电位，IC的输出端为低电平，VT1阻断，灯路关闭，这时，无论有多大声响，灯都不会亮。到夜晚，RL的电阻随环境光线的减弱而增大，与上述过程相反，VT1导通。若出现光控时间偏早或偏晚，调节R5阻值，使RL两端的电压在阈值附近变化（天黑亮灯前后）。3.5 声控电路声控电路的主要原理是利用了声学和电子学的原理即用声音传感器将声音信号转换成电信号从而推动触发器触发使电路导通工作。 要实现声音对开关的控制，就必须使声波传入话筒，再转化成音频电流。但这种电流很小，不能够驱动可控硅通导，因此必须对此电流加以放大声控开关对外界声音信号的敏感度由音频放大器的增益决定，而音频放大器的增益又取决于VT2的电流大小。 改变VT2的基极电流，即可改变音频放大器的增益，从而改变声控开关对声音信号的敏感度。调节R4或R6的大小，使得声控开关在一定的环境噪声下不动作，而在一定的 声音信号下动作，从而开启电灯。 图3 声控电路图 如图3所示，该电路主要由R3，MIC以及辅助的基本放大电路R4，R6，VT2组成。白天，因为光控电路阻断，所以，无论多大声，灯都不会亮；夜晚，光控电路导通，当人走动的脚步声传到话筒MIC时，声波转换为电信号， 经三极管VT2放大 ，使脚2的电位由低变高，门G2输出高电平，通过二极管VD7向C4迅速充电到阈值电压，门G4输出高电平，VT1导通，灯亮。若声控灵敏度偏低，可增大R3阻值，或换高放大倍数的三极管。 3.6 延时电路 延时电路的作用是使声控开关在声音消失后仍维持处于闭合状态一段时间，使楼道灯仍亮一段时间。电路主要由电容C4、电阻R8组成。当夜晚人走动时，灯路导通，门G2输出高电平，通过二极管VD7向C4迅速充电；人过声熄，门G2输出电平变低，由C4电压维持门G3输入的高电平，门G4输出状态不变，灯不熄。这时VD7隔离C4经R8缓慢放电，大约1分钟后，电压降到关门电压值时，门G3、门G4翻转，VT1截止，灯自动熄灭。已知时间常数=R8C4，所以要变动延时的长短，可改变R8的阻值或改变C4的容量。人走灯熄的延时照明控制作用，从而达到节约电能延长使用寿命的目的。3.7 其它电路3.7.1负载电路 负载电路上接上一定功率的灯泡EL。3.7.2数字电路 门G1、门G2、门G3、门G4是4个与非门。门G1、门G2组成声信号和光信号与逻辑电路，用于鉴别输入动态；门G3、门G4反向后，VT1导通，接通灯路。第四章 电路性能及主要技术指标该电路性能稳定，运行可靠，特别适应于控制环境噪声在20dB以下的楼道和走廊的路灯照明使用。其主要技术指标及元器件参数选择如下：额定电压：220V；额定电流：1A；负载功率：5-200W亮灯条件：光线强度10LX，触发电压020dB(可调); 亮灯持续时间：60S5S；静态功耗：0.3W; 动态功耗:0.9W(不包括VT1的功耗)； VT1选用双向晶闸管，BT169型；VT2选用9013型；整流二极管D1D4和二极管VD7选用IN40075；光敏电阻RL选用MG45型；话筒MIC选用小型驻极体话筒；熔丝应根据被控制路灯总功率而定，一般额定电流应小于或稍大于路灯总工作电流。第五章 电路的调试与故障分析51 电路的调试5.1.1 通电准备打开电源之前，先按照系统原理图检查制作好的电路的通断情况，并取下电路板上的集成块IC：4011，然后接通电源，用万用表检查电路中的 220V 点上的值，同时检查电路中的直流电源VCC是否有输出，且直流值是否正确，一切完好之后再关掉 220V 电源，插上集成块。 5.1.2 负载检查 断开延时电路与前端电路的输出连线，用信号源提供延时电路的输入，观察负载灯是否按功能亮熄，不行，用万用表和示波器按原理图检查各点的波形与电压值。5.1.3放大整形电路检查 给话筒MIC加上声音信号，用示波器捕获该信号的波形，检查话筒工作是否正常，正常之后，在用示波器检查三极管的集电极的输出波形是否达到设计要求，不行，则调整三极管的静态工作点，直到输出波形达到需求为止，可用仿真软件辅助调试。5.1.4系统连调 把延时处理电路和放大整形电路断开的连线接好，接通电源，给上声音信号，检查负载灯是否按要求亮熄，如有问题，检查连线的通断情况，直到正常为止。5.2 电路的故障分析5.2.1晚上声音小时声光控制灯不亮，当声音很大时灯才亮这是声信号输入电路灵敏度降低所致，其原因有话筒MIC灵敏度降低、电容C3容量减小、三极管VT2、电阻R4、R6等元件的参数改变造成的。检修时，可适当减小R3的阻值以提高MIC的灵敏度、增大R4和减小R6的阻值、降低三极管VT2的静态工作点、用一个等值电容与C3并联，观察效果是否改善等方法，提高声输入电路的灵敏度。5.2.2 白天有声音时声光控制灯便亮这是光信号输入电路的故障。检修时，检查光敏电阻RL是否接收光线不足，可采用清除光敏电阻处的灰尘，检查光敏电阻的位置是否正确，光敏电阻是否开路，适当增大R5的电阻，降低与非门G1的2端输入电平的办法以解决。5.2.3 晚上有声音也不亮其原因是声信号输入电路在有声音时不能输出高电平，光信号输入电路输出低电平，集成电路(IC)损坏等造成的。检修时，在有声时测量与非门G1的1端是否为高电平，在无光时测量与非门G1的2端是否为高电平，若不是高电平说明故障在相应的输入电路，若是高电平应检查集成电路(IC)的逻辑关系是否正确。5.2.4白天晚上声光控制灯长亮其原因一般是双向晶闸管VT1被击穿，检修时，断电后用万用表的电阻档测量VT1的两个阳极之间的电阻，若在1K以下，则说明双向晶闸管已经被击穿，应更换。5.2.5灯亮的延时时间不合适若灯亮的延时时间缩短了，有可能是电容C4漏电或者是容量减小所致，可用一只相同的电容尝试。若嫌延时时间不够，可适当增大电阻R8的阻值，或者增大电容C4的容量。反之，减小电阻R8或者电容C4的数值。第六章 结 束 语随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺，自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。在此要感谢我的指导老师孙振伟对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛