毕业设计说明完结版声光控灯 - 副本

1、学号学号 毕业设计说明书毕业设计说明书 设计题目设计题目 声光控灯设计声光控灯设计 系系 部部 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 专专 业业 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 班班 级级 XXXXXXXXXXXX 姓姓 名名 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 指导教师指导教师 XXXXXXXXXXXXXX 20142014 年年 1010 月月 3131 日日 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 摘摘 要要（黑体三号，居中）（黑体三号，居中） 控灯和声光控灯是居家照明的重要组成部分（如楼道、卫生间

2、、小巷等） ，它们 的出现使我们的生活方便许多，既可避免摸黑找开关造成的摔伤碰伤，又可杜绝楼道 灯有人开、没人关浪费能源的现象。 介绍了用三极管和与非门芯片实现光控灯和声控灯的原理，重点介绍了二者的实 现方法和具体细节，及制作过程中遇到的问题和相应的解决方案。 关键词：光控灯、声控灯、光敏电阻、麦克风、导通、截至、 Abstract Optically controlled lamp and acoustic control lamp play an important role in our daily life(like in corridor,toilet,alleyway and so

3、 on).They make our life more covenient.By use of them,we can not only protect ourselves from the hurt that maybe caused in looking for the switches of lights in the dark,but also eliminate the phenomenon that someone turn on the light but nobody turn off to avoid the waste of resources. It introduce

4、s the principle of how to use dynatrons and a nand gate chip to achieve the purpose that control the lights by light and sound,and specially stresses the ways and concrete details about how to use them to achieve the purpose and the solutions of the problems that will be met in the process of making

5、 it. Key words: Optically controlled, acoustic control, mircphone, light dependent resistor breakover, cutoff I 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 引言引言 随着现代科学技术的发展，越来越多的高科技节能产品出现在 我们生活的方方面面，声控灯、光控灯是居家照明的重要组成部分， 光控灯是由光控开关和 LED 灯组合而成。声控灯由麦克风，放大电 路和 LED 灯组成。在地球资源日渐衰竭的今日，环保、节能是当今 各产业发展的重心，尤其是需要消耗大量电力的照明产业，基

6、于此 目的的研发工作更是趋向环保、节能的特性上著眼。因此，开发新 型高效、节能、寿命长、环保的电路对居家照明节能具有十分重要 的意义。由此声控、光控 LED 灯的诸多优点在现在正逐渐取代传统 的照明设备，是照明产品的新兴光源，有绿色照明光源之称， 未来将光芒耀眼，发展潜力无限。声控、光控 LED 具有节能、体积 小、发热量低、寿命长、耗电量小、反应速度快、易控制等众多优 点，极大的满足了人们日常生活的需要，因此十分被灯饰业者看好。 光控灯，安装方便，使用寿命长。集光学、材料和电路技术为 一体组成的自动照明开关，白天或光线较强时，开关电路为自锁状 态，LED 灯不亮，当光线黑暗时或晚上来临时，开

7、关自动打开，LED 灯亮，从而实现了白天自动熄灭夜间自动打开的目的，节省了人为 的控制。 声光控集声控、光控、延时自动控制技术为一体,内置声音感应 元件,光效感应元件,白天光线较强时，受光控自锁，有声响也不通 电开灯；当傍晚环境光线变暗后，开关自动进入待机状态，遇有说 话声、脚步声等声响时，会立即通电,亮灯，延时半分钟后自动断电； 能延长灯泡寿命 6 倍以上，节电率达 90。 二者都为人们的日常生活提供诸多方便。 本文的主要内容包括： 通过模拟电子技术的学习，提出了一种基于晶体三极管工作状 态的系统设计方法，结合光敏电阻的随着外部环境的阻值改变的特 性，给出光控灯的设计方案，在此基础上结合数字

8、电子技术的优点， 引入拾音器将声控功能加如其中，同时实现声控和光控，以下给出 II 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 了二者详细的设计过程，包括软件设计、软件仿真，以及测试和实 验结果。 目目 录录 摘摘 要要 Abstract.I 引引 言言.II 1 声光控灯的原理声光控灯的原理 1.1 实际电路 .(1) 1.2 光控电路 .(2) 1.3 声控电路 .(3) 1.4 逻辑电平翻转及触发电路 .(3) 1.5 延时电路 .(4) 2 声控灯的实现声控灯的实现 .(5) 3 电路调试电路调试 .(6) 4 声控灯总结声控灯总结 .(7) 致致 谢谢 .(7) 参

9、考文献参考文献 .(8) 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 - 0 - 第 1 章 光控灯 实际生活中的声控灯是在光线很暗和有声音时候灯亮起来，延 时一段时间后自动熄灭，在光线充足或没有声音的时则不会亮起， 要达到这个效果，需要用到光控和声控两部分电路。 1 光控灯的原理光控灯的原理 电路原理图如图 1.2 所示，电路由光控部分，声控部分，放大 电路，CD4011 与非门，延时部分和晶闸管（可控硅）组成。白天或 夜晚光线较亮时光控部分将开关（晶闸管）自动关断，声控部分不 起作用。当光线较暗时，光控部分将开关自动打开，负载电路的通 断受控于声控部分，电路能否接通取决于

10、声音信号的强弱，当声强 达到一定强度（不小于 CD4011 的开门电压）电路自动接通，点亮 LED 灯，并开始延时，延时时间到，开关自动断开，等待下一次声音 信号触发。这样，该电路通过对环境声光信号的监测和处理，完成 电路开断的自动开关控制。 1.1 实际电路图 电路中三极管在声音信号的触发下起着放大开关作用，电路 也可以用运放或构成，运放的输出直接接到 555 芯片，由 555 芯 片构成单稳态电路延时，但是这样不容易将光控功能加到其中， 而且用到两个芯片，增加了成本。所以选择了一下电路 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 - 1 - 可以将本电路分为光控电路，声控

11、电路，逻辑电平翻转及触发电路 和延时电路几个基本电路： 1.2 光控电路 如图 2.2 所示，由 R4 和 R9 组成，其中 R9 为光敏电阻，电路 中晶闸管的通断，取决于控制信号的有无。光敏电阻 R9 的阻值随着 光照强度的变化而变化，当光照达到一定强度时，其电阻值变小到 与 R4 分压后使 IC(a)2 脚处于逻辑低电平， 2 脚所在的与非门被封死，这时不管有无 声音信号输入，IC(d)11 脚都是低电平，晶 闸管正向阻断。随着光照强度的减弱，R9 的阻值逐渐增大，2 脚的电平逐渐上升， 当 2 脚的电位上升到逻辑高电平后，即满 足了开门条件，此时的声控开始起作用， 3 脚是否翻转只取决于

12、 IC(a)1 脚电位（声 控电路输入端）是否达到了逻辑高电平。 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 - 2 - 1.3 声控电路 如图 2.3 所示，由麦克风 MK1，三极管 VT，电容 C1 及电阻 R1、R2、R3 等组成，其中 MK 为声检测元件，当环境声音很弱时，三 极管 VT 处于饱和状态，IC(a)1 脚为低电平 11 亦为低电平，晶闸管 阻断，当环境声音信号达到一定强度时， 通过 MK1 拾音输出经 C1 耦合到 VT 的基 极，使集电极即 IC(a)1 脚电位随声强而 高低变化，当 1 脚处于高电平时，由于 2 脚早已处于高电平而满足了与非门翻 转条

13、件，3 脚跳变为低电平。 麦克风的接收声音信号并将信号转 化为电流信号（交流信号） ，使三极管 VT 由饱和状态转为截止状态，电阻很大， 基本上为 VCC 电压值。所以在声音信号 来到时会有三极管 C 极电压的跳变现象， 如图 2.3（a） 。也正是由于这一现象使 得声控功能得以实现。 1.4 逻辑电平翻转及触发电路 如图 2.4 所示，由四二输入与非门 IC(CD4011)及 R7、R8 等组成。 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 - 3 - 图中看出白天或光线很亮时，与非门 IC(a)的 1 脚为低电平,3 脚输 出为高电平，经过 IC(b)、IC(c)、IC(

14、d)的电平翻转，IC(d)11 脚输 出为低电平,晶闸管不被触发,灯不亮；当环境光线较暗使 IC(a)的 2 脚为逻辑高电平时，为 IC(a)的翻转提供了必要条件，IC(a)翻转与 否受控于 IC(a)1 脚电平的高低（声控输入端） 。当有声音信号输入 使 IC(a)的 1 脚为高电平时，输出 3 脚跳变为低电平，4 脚跳变为高 电平并经 D1 向 C1 充电，C3 上的电压不断升高，当 C3 上的电压上升 到 IC 逻辑高电平时,10 脚变为低电平,11 脚输出高电平，经 R7 加到晶闸管控 制极，晶闸管被触发导通。 1.5 延时电路 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明

15、书书 - 4 - 如图 2.5 所示，由 R5、R6、C2、D1 等元件组成。结合声控电路 光控电路分析，当晶闸管 q 被触发导 通时 C1 上的电压降低，MK1 拾音器的 灵敏度降低，VT 重新饱和，3 脚为高 电平，4 脚变为低电平，由于 D1 的隔 离作用，C2 上的电压仍维持 8、9 脚 高电平，11 脚也为高电平，C2 上的 电压通过 R5、R6 放电，直至 C3 上的 电压降低至 IC 逻辑低电平时，11 脚 变为低电平，晶闸管 q 在正负极间的 电压过零时被正向阻断，C2 上的电压 重新升高，MK1 恢复拾音灵敏度，等 待下一次声控信号的输入，IC 8、9 脚电位从高电平降低为低

16、电平的 时间，即为开关接通的维持时间，由 C2 和 R5、R6 的数值确定。 2 声控灯的实现声控灯的实现 图 2.6 为声控灯的仿真图，其中用 5mv 的交流信号源作为声音 信号，将其与开关上 SW2 一同串接进声控电路，开关闭合表示有声 音信号；开关 SW1 同串接进光控。电路 SW1 关 表示灯光较亮，开 表示灯光较暗。SW2 关 表示有声音，开 表示无声音。 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 - 5 - 图 2.6 3 电路调试电路调试 在板子完成后，对其进行功能测试，步骤如下： 1.断开光敏电阻，电容 C1，与非门 IC（a）的 2 脚为高电平，1 脚为

17、低电平，3 脚输出为高电平，经 IC（b） 、IC（d）逻辑电平转换，IC 11 脚输出为低电平，晶闸管 q 不被触发，灯不亮。 2.断开三极管 VT 的集电极或发射极，同时断开光敏电阻，与非门 IC（a）1,2 脚为高电平，3 脚输出为低电平，经 IC（b） 、IC（d）逻 辑电平转换， IC 11 脚输出为高电平，晶闸管 q 被触发，灯亮。综上两步调试，图 2.4 工作正常。 3.断开光敏电阻，接通电源，这时灯不亮。击掌触发声控电路，灯 亮。经过一段时间延时，灯灭，说明图 2.3 和 2.5 工作正常。 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 - 6 - 4.最后检查

18、光控电路，电路全部复位，接通电源，灯不亮。用深色物 品将光敏电阻遮住，击掌触发声控电路，灯亮。至此电路调试完毕。 4 声控总结声控总结 声控的制作过程花的时间较长，刚开始研究原理图时参看了好 多资料，包括模电课本，数电课本，查阅了一些器件的用法，如晶 闸管，之后对原理图进行了仿真，仿真过程中对麦克风和光敏电阻 进行模拟，仿真成功后开始制作电路板，然后进行调试，在调试过 程中发现了好多问题:电路没有焊好，有好几处虚焊的地方，芯片没 有插好，晶闸管接反了，这些都导致电路没能完全工作，刚开始没 有成功。本次课设中 R 为 2M 固定电阻和 1M 的滑变，C 为 22uF 的极 性电容，延时时间理论上为 44 秒，而实际中为 35 秒左右，是因为 开门晶闸管有一定的开门电压，同时与非门也有低电平限制，两者 都限制了晶闸管的实际导通时间。 谢 辞 这次课设是我第一次完完全全自己做的，无论是原理图的研究， 板子的布线还是最后的调试，都很用心，我想为自己喝彩。这次课 设非常感谢我的指导老师 XXX，在我做板子最艰难的时候，X 老师给 了我及时的教导和亲切的鼓励，李老师的谆谆教诲让我可以毫无压 力的遨游在知识的海洋里，再次感谢 X 老师。 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 - 7 - 这次课设科协的同学也给我提供了很多方便，很感谢他们。 参考文献参考文献: 1