毕业设计（论文）-声光双控自动报警及照明灯的设计与制作.doc

声光双控自动报警及照明灯的设计与制作 2012届学生毕业设计 毕 业 设 计题目 声光双控自动报警及照明电路的设计与制作姓 名 汤鲁丹 学 号 0903130105 院（系） 电子电气工程学院 班 级 p09电子信息 指导教师 冯泽虎 职 称 讲师 二O一二年 月 日 摘要 本文设计并制作了声光双控自动报警及照明电路。通过对现有的各种方案分析，采用红外对管、驻极体传感器以及为主要器件，通过555多谐振荡器原理设计并制作。本系统有声控制电路、光控制电路、与门控制电路和红外报警电路，具有报警照明的功能，利用红外线的良好的隐蔽性，使报警器在白天和黑夜都能使用，同时声光双控使照明灯有节能的作用。关键词 : 红外对管 驻极体传感器 光敏晶体管 报警 照明Abstract This paper designed and produced a double control automatic alarm and lighting circuit. Through the various existing program analysis, using infrared tube, electret transducer as well as the main device, through the 555multivibrator principle design and production. This system has the sound control circuit, a light control circuit, and control circuit and infrared alarm circuit, with alarm and lighting functions, the use of infrared good concealment, the alarm during the day and night can be used, at the same time acousto-optic double controlling the lighting energy saving effect.一级标题 黑体三号 1.1 二级标题 黑体四号三级标题 黑体小四正文 宋体 小四号 行间距 固定值 20保留页眉页脚（注意修改）Keywords: Infrared tube electret sensor photosensitive transistor alarm and lighting声光双控自动报警及照明灯的设计与制作 2012届学生毕业设计目录 第一章 概述21.1发展与意义21.2简单介绍报警器的功能与电路设计2第二章 设计方案32.1电路的组成框图32.2各模块设计的作用及要求32.2.1光控制电路与红外报警电路的作用32.2.2声控制电路的作用3第三章 设计原理43.1电路各模块设计43.1.1 555芯片介绍43.1.2多谐振荡器的原理43.2电路的工作原理5附图一 原理图11附图二 PCB图12附图三 实物图13附图四 元器件清单14第四章 制作与调试64.1 PCB板的制作64.2调试64.2.1调试的步骤64.2.2 调试中遇到的问题64.2.3调试结果6第五章 总结与观望8参考文献9致 谢10第一章 绪论1.1发展与意义 近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展，人民的生活水平有了很大的提高。各种高档的电子产品和贵重的物品为许多家庭所拥有，然而一些不法分子也越来月多，人们的防盗意识也逐渐增强，防盗的电子产品也相继而出，例如温控、声控、光控等报警器等比比皆是。如今防盗报警器安防产品进入中国家庭的速度大大提高，近几年正以每年30%的速度增长，并且发展潜力巨大，众多的企业已看准了个人用户及家庭用户家用防盗报警器这一市场，可以预计防盗报警器产品即将走入千家万户的生活（欧美等发达国家防盗报警器家庭普及率已达70%以上）。然而还是经常出现被偷盗的现象,究其最主要原因还是因为防盗报警器的功能和实用性等问题，而这一现象已是普遍家庭住房的心声。现在很多小区都安装了报警系统，因而大大提高了小区的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。报警器虽不是新兴产品，但目前它的功能已日趋完备，相信在不远的将来，报警器会在我们的日常生活中起到巨大的作用。随着社会经济的不断发展,人们越来越注重环境的保护以及能源的节约。声光双控自动报警及照明电路技术符合当代社会发展的主题。本文主要简单地分析了声光自动控制系统,以及分析和简答探讨了其设计方案和设计原理,节约是我们每个公民的义务，节约也是一种美德，因此节能是我们现在所提倡的，像一些路灯基本上都是定时点亮的，这样有时候天还没有暗下来就已经亮了，不仅不能发挥作用，而且还浪费资源。近年来，国家采取财政补贴的方式、招标方式，大力推广高效节能的照明产品，这一方面是顺应全球节能减排趋势的照明应用，一方面也是在金融危机后刺激和拉动内需的一项战略决策。在这样的政策支持下，有效的拉动与推进了绿色照明光源的发展，对整个节能光源产业都起到了积极的推动作用。1.2简单介绍报警器的功能与电路设计 光控制电路主要采用555时基集成电路，当通电后，在夜间，光敏晶体管没有受到光线照射而呈高电阻值，555时基集成块的2、6脚处于低电平，此时的555时基集成电路的3脚输出高电平，此时电路为高电平，照明灯亮，电路处于工作状态，红外报警电路就自动断开不工作。在白天或周围环境有光线时，光敏晶体管受到光线照射，呈低电阻值，光控制电路的555时基集成块的2、6脚是高电平，555时基集成电路的3脚输出低电平，此时的电路就处于低电平，电路不工作，而此时的红外报警电路就处于高电平工作状态。即光控制电路与红外报警电路是属于或关系。声控制电路是将击掌声、脚步声或说话等声音通过驻极体传感器将声信号转换成电信号，再经过两级放大由检波二极管变成直流电压，使继电器得电吸合，此时输出高电平，当没有声音时，电路处于低电平状态。只要声光电路有一个电路处于低电平，整个电路就是低电平，灯不亮，只有全是高电平的时，才是高电平照明灯亮。即白天或有光线的照射时，光控制电路为低电平，此时即使有声音也是低电平。红外报警电路的555时基电路只要有物体挡住红外对管的发送与接收就处于高电平工作状态，就能通过扬声器进行报警。在夜里并且没有其他光线时，只要有声音就变为为高电平，就可以作为照明灯了。这样通过红外报警及声光双控照明就能使报警器在白天与黑夜都处于工作状态，起到及时报警防盗作用。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，适合广大电子爱好者自制。随着电子技术的发展，尤其是数字技术的发展，用数字电路技术实现灯的自动发亮、节能节电、延长灯的寿命变得越来越重要，而且贴近我们的实际生活。声光控电路已成为人们日常生活中必不可少的必需品，它不需要开关，当有人经过时会自动的亮；广泛应用于走廊、楼道招待所等公共场所，给人们的生活、带来极大的方便。因此，得到了广泛的应用。声光控电路是声音和光控制电路工作的电子开关。它将声音（如击掌声）和光转化为电信号，经放大、整形，输出一个开关信号去控制各种电器的工作，在自动控制工业电器和家用电器方面有着广泛的用途。由于，本电路广泛应用于人们的日常生活中，所以，有很大的重用作用。该电路在设计时应用了仿真软件，来进行仿真然后才确定下来的，虽然用的仅仅是EWB软件，但是在论文中也是比较有特色。能够使人们在不知不觉中感受方便。第二章 设计方案2.1电路的组成框图本设计是声光双控自动报警及照明电路的设计与制作，主要由生控制电路、光控制电路、与控制电路和红外报警电路四部分组成。如下图3-1所示为电路的组成框图。红外报警电路输出与控制电路光控制电路声控制电路 图2-1 电路的组成框图2.2各模块设计的作用及要求2.2.1光控制电路与红外报警电路的作用在光控制电路与红外报警电路中，555时基电路U2、U3接成多谐振荡器，U2的3脚输出高电平，VD4导通，通过继电器K1的控制，可以控制EL的工作状态。U3接入VD7、VD8的目的是为了使输出的低频方波有一个合适的占空比。U3输出的低频方波经3脚通过R15直接将信号传递给扬声器。当工作电压为15V时，扬声器的阻抗为4，通电后，将物体挡住红外对管时，三极管的基极对地短接而截止，从而扬声器就连续不断地发出报警声音。2.2.2声控制电路的作用在声控制电路中，是由继电器K2控制，当有击掌声、脚步声或说话声时，驻极体传感器将声音信号传入经过VT3，VT4的两级放大，再经过检波二极管VD1、VD2整流变成直流，使电路导通，成为高电平。与门电路连接声控与光控电路。第三章 设计原理3.1电路各模块设计 ic选用cmos数字集成电路cd4011，其里面含有四个独立的与非门电路。内部结构见图3，vss是电源的负极，vdd是电源的正极。可控硅t选用1 a400v的进口单向可控硅1 00-6型，如负载电流大可选用3a、6a、10a等规格的单向可控硅，单向可控硅的外形如图4所示，它的测量方法是：用r1档，将红表笔接可控硅的负极，黑表笔接正极(如印制板图所示)，这时表针无读数，然后用黑表笔触一下控制极k，这时表针有读数，黑表笔马上离开控制极k这时表针仍有读数(注意触控制极时正负表笔是始终连接说明该可控硅是完好的。驻极体选用的是一般收录机用的小话筒，它的测量方法是：用r100档将红表笔接外壳的s、黑表笔接d，这时用口对着驻极体吹气，若表针有摆动说明该驻极体完好，摆动越大灵敏度越高；光敏电阻选用的是625a型，有光照射时电阻为20k以下，无光时电阻值大于100mq，说明该元件是完好的。二极管采用普通的整流二极管1n40011n4007。总之，元件的选择可灵活掌握，参数可在一定范围内选用。其它元件按图1所示的标注即可。3.1.1 555芯片介绍 光控电路和报警电路都是通过555芯片工作产生振荡并输出信号，555芯片引脚图 3-1介绍和表3-2芯片引脚功能介绍。图3-1 555芯片引脚图表3-2 芯片引脚介绍引脚编号符号功能说明1GND地线2TR触发3OUT输出4RES复位5CV控制电压6TH阀值7DIS放电8VCC电源3.1.2多谐振荡器的原理由555芯片3引脚输出的波形图如图3-3多谐振荡器的工作波形所示，产生的信号为2/3VCC，电源电压为15V。图3-3 多谐振荡器的工作波形图输出信号的时间参数是：T=tw1+tw2Tw1=0.7(R17+R18)C5Tw2=0.7R18C5其中，tw1为Vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的时间，tw2为电容C放电所需的时间。555电路要求R17与R18均应不小于1K，但两者之和应不大于3.3M外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此，这种形式的多谐振荡器应用很广。在报警电路中多谐振荡电路是有一块555芯片以及2个二极管及组成，两个电阻起分压作用，电容C7起到通交流阻直流的作用。通过方向器CD4069如图3-4所示，使当红外接受二极管接收不到信号时，555时基集成块3脚输出高电平，从扬声器发出声音而报警。图3-4 芯片CD4069内部结构图 本设计还采用单向可控硅MCR100-6作为控制开关，其导通条件：一是可控硅阳极与阴极间必须加正向电压，二是控制极也要加正向电压。以上两个条件必须同时具备，可控硅才会处于导通状态。另外，可控硅一旦导通后，即使降低控制极电压或去掉控制极电压，可控硅仍然导通。起到开关的开通作用，从而控制灯泡点亮；可控硅关断条件：降低或去掉加在可控硅阳极至阴极之间的正向电压，使阳极电流小于最小维持电流以下。可控硅的导通与断开控制灯泡的亮灭。 延时控制电路的工作原理：在白天时，与非门U1A的输入端1脚为低电平，则3脚被锁定为高电平，与2脚的输入高低电平无关，所以电路封锁了声音通道，使声音信号不能通过，即灯泡亮灭不受声音控制。这时，门U1A的3脚输出的高电平经过门U1B、U1C、U1D三次反相后成低电平，晶闸管D7无触发信号不导通，灯不亮。当在夜晚同时有声音信号时，与非门U1A的输入端1脚和2脚都为高电平，则其输出为低电平，再经与非门U1B反相输出高电平，通过隔离二极管D1给电容C3充电，当C3充电电压达到与非门U1C的阈值电平时，使与非门U1D输出高电平，通过R5触发可控硅D7使其导通，主回路便有较大的电流通过白炽灯使其发光。当声音消失后，与非门U1A的输入端的2脚变为低电平，则其输出端为高电平，从而使与非门U1B输出为低电平，因D1的阻断作用，电容C2只能通过R5缓慢放电，经过大约20S下降到与非门U1C的阈值电压以下，使与非门U1D输出低电平，当交流电过零点时，可控硅自动关断，白炽灯熄灭。延时时间理论值为：t=2RC=210uF1M62.8S3.2电路的工作原理声光双控自动报警及照明电路原理图如图附图1所示。该电路主要由生控制电路、光控制电路、与控制电路和红外报警电路四部分组成。光控制电路主要采用555时基集成电路。通电后，在白天或周围环境有光线时，光敏晶体管VTL受光线照射，呈低电阻值，555时基集成块的2、6脚为高电平（大于或等于2/3VCC），此时555时基集成电路的3脚输出低电平，VT2截止，因而A点呈低电平，VD4导通，P点也为低电平，VT6截止，EL不亮。在夜间，光敏晶体管没有受到光线照射而呈高电阻值，U2的2、6脚为低电平（大于或等于1/3VCC），这时U2的3脚输出高电平，VT2导通，因而A点呈高电平。晶体管VT6导通，继电器K1得电吸合，其常开触点K1-1和K1-2闭合，照明灯EL点亮。这时，光敏晶体管VTL受到照明灯EL光线的照射，使U2的3脚输出低电平，但开关K1-2闭合后，VT2由R1维持其导通，即K1-2起自锁作用，保证VT2导通后不受其他光线的影响，使A点总是呈高电平。当有击掌声、脚步声或说话声是，驻极体传感器BM将声信号转换成电信号，此信号经VT3、VT4两级放大。被放大的信号经VD1、VD2整流，变成直流电压，使VT5导通。VT5一旦导通，继电器K2得电吸合，并常开触点K2-1闭合起自保作用，保证VT5在声音过后由R10维持其导通。VT5导通，B点输出高电平。当没有声音时，VT5截止，因而B点呈低电平。与门控制电路由VD4和VD5组成2输入与门电路。P=AB，A或B中只要有一个是低电平，P点即为低电平；只有当A及B都是高电平时，P点才呈高电平。如上所述，白天或是有光线照射时，A点呈低电平，这时即使有声音（即B点为高电平），此时若有声音（即B点为高电平），P点才呈高电平使VT5导通，继电器K1得电吸合，常开触点K1-1闭合，照明灯EL点亮。其逻辑关系如表2-6与门逻辑真值表所示。表2-6 与门逻辑真值ABP000010100111红外报警电路U3输出的低频方波经3脚通过R15直接将信号传递给扬声器。当工作电压为15V时，扬声器的阻抗为4，555时基集成块3脚产生高电平，从而扬声器就连续不断地发出报警声音。 声光控延时开关的电路原理图见图1所示。电路中的主要元器件是使用了数字集成电路cd4011，其内部含有4个独立的与非门vd 1vd4，使电路结构简单，工作可靠性高。 顾名思义，声光控延时开关就是用声音来控制开关的“开启，若干分钟后延时开关“自动关闭。因此，整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的开动作。明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元，由此可画出图2所示的方框图。 结合图2来分析图1。声音信号(脚步声、掌声等)由驻极体话筒bm接收并转换成电信号，经c1耦合到vt的基极进行电压放大，放大的信号送到与非门(vd1)的2脚，r4、r7是vt偏置电阻，c2是电源滤波电容。 为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，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，夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，rg两端的电压高，即为高电平间t=2r8c3，改变r8或c3的值，可改变延时时间，满足不同目的。vd3和vd4构成两级整形电路，将方波信号进行整形。当c3充电到一定电平时，信号经与非门vd3、vd4后输出为高电平，使单向可控硅导通，电子开关闭合；c3充满电后只向r8放电，当放电到一定电平时，经与非门vd3、vd4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。 二极管vd1vd4将交流220v进行桥式整流，变成脉动直流电，又经r1降压，c2滤波后即为电路的直流电源，为bm、vt、ic等供电。附图一 原理图附图二 PCB图附图三 实物图附图四 元器件清单序号名称型号单位数量备注1碳膜电阻RT0.252005个1R82碳膜电阻RT0.255105个3R3，R12，R213碳膜电阻RT0.255605个2R16,R194碳膜电阻RT0.251K5个3R2,R5,R75碳膜电阻RT0.252.2K5个1R156碳膜电阻RT0.253.3K5个1R97碳膜电阻RT0.253.9K5个1R138碳膜电阻RT0.256.8K5个1R209碳膜电阻RT0.2510K5个1R1410碳膜电阻RT0.2520K5个1R1111碳膜电阻RT0.2547K5个1R1712碳膜电阻RT0.2556K5个1R1813碳膜电阻RT0.25200K5个1R1014碳膜电阻RT0.25220K5个2R1，R615微调电位器WS220.5100K个1RP16微调电位器WS220.5180K个1R417瓷片电容CC63V0.01个1C618电解电容CD1125V2.2个1C519电解电容CD1125V10个1C720电解电容CD1125V50个1C321电解电容CD1125V100个1C422电解电容CD1125V220个3C1,C2,C823整流二极管1N4001个6VD3824发光二极管红个1EL25检波二极管2AP9个2VD1,VD226红外接受二极管个1VD1027红外发射二极管个1VD928三极管9013个5VT2VT629光敏晶体管3DU5C个1VTL30正压三端稳压器LM7815个1U131继电器HK19F-DC12V个2K1,K232集成块555块2U2,U333集成块CD4069块1U434驻极体传感器CM-18个1BM135喇叭个1U536集成块插件DIP-14个137导线根2第四章 制作与调试4.1 PCB板的制作先按照电路图将元器件安装在面包板上进行调试，安装前先检查元器件是否完好。安装时要特别注意驻极体话筒的极性，三极管和可控硅的管脚分布。在面包板上调试成功后方可在印制电路板上焊接。印制电路板实际尺寸约为50mm45 mm，。按照印制电路板所示原件位置进行安装焊接。焊接驻极体话筒及电容时，应该不带电焊接。负载灯泡采用外接方式，不安装在印制电路板上。注意在装接电路，改变电路连接或插、拔电路时，均应切断电源，严禁带电操作。1.设计出原理图，先用Protel 99画原理图。2. 设置原件分装库，将原理图导入，然后设置线宽为40mil和焊盘的大小为80mil，适当地排列元件，然后布线，尽量不出现跳线，画出PCB图。3.将PCB图在该界面下预览后打印，先在普通纸上打印，然后根据元器件的管脚看是否需要修改元器件封装。然后打印在油纸上。4.将图用热转印机印到电路板。5.将电路板腐蚀。将印有电路图的电路板放到配好的溶液中，大概过30分钟待铜腐蚀完毕，取出电路板。 6.用打孔机打好孔，制作好电路板。7.对照所画的原理图和PCB图将元器件焊接到电路板上，用五色环的方法读出电阻，然后用数字万用表验证，并焊到正确位置。8.检查焊接好的电路，用万用表测试各个点是否导通，避免出现线路板各焊接点漏焊、搭焊或短路的现象。同时再检查各个元器件特别是集成芯片有无接错现象，认真查找问题，检查小点，以便于接通电源后的调试操作。4.2调试在面包板上调试时，仔细对照原理图，先检查是否有漏接和短路现象，检查时可用数字万用表的蜂鸣档，两表笔分别接触两个点，若发出蜂鸣声，则此两点相连，若没有蜂鸣声，则此两点断开，等检查无误后，接上负载白炽灯以及220V交流市电进行检测。在印制电路板上调试时，用以上方法检查整个电路板是否有虚焊、漏焊和短路现象，以免上电后烧坏器件，检查无误后，接上负载白炽灯以及220V交流市电进行通电检测。调试时用万用表直流电压档测试集成电路U1的14脚应有10V左右的直流电压。在有光无声音时测量三极管Q1的集电极C应为低电平，集成电路U1的1脚和2脚都为低电平，3脚输出高电平，4脚为低电平，则二极管D1把电流隔离，可控硅应不导通，灯泡不亮。在有光有声音时，集成电路U1的1脚为低电平，2脚为高电平，3脚输出高电平，同上，白炽灯应不亮。用不透明的盖子盖住光敏电阻RG。在有声音时，集成电路U1的1脚和2脚都为高电平，3脚输出低电平，11脚为高电平，可控硅应导通，白炽灯应能点亮并延时20S左右后自动熄灭。达到以上要求，说明电路已调试成功。注意：由于电路外接220V的强电，所以通电调试时一定要注意安全。4.2.1调试的步骤首先用万用表测试芯片管脚是否有电源，接地是否正确。然后再检查555芯片3引脚输出波形，在实物调试的过程中先接通地线和电源线，遮挡红外对管，观察扬声器是否发出声音发出声音则正常；在室内（相当于无光线照射），对着驻极体传感器发出声音，看照明灯是否会亮，亮则正常；再用手电筒照射光敏晶体管（相当于有光线照射），再对着驻极体传感器发出声音，看照明灯是否会亮，不亮则正常。4.2.2 调试中遇到的问题刚开始由于继电器的封装是自己做的，没有注意引脚的排列，以至于最后导入原件后继电器的引脚连线错误，使继电器不能工作。用万用表根据原理图检查电路，找出错误并修改过来，但是只有光控制电路的参数都正确了，其他的电路还是没有正常工作。经过电压的测试，发现VT4坏了，于是将元器件换了以后，再次调试。因为与门控制电路是结合声控制电路和光控制电路的，在它们一起工作时，还是没有遵循与门的逻辑关系，最后发现是R4的参数值不正确，后来将其换成微调电阻，最后终于成功了。在红外报警电路中，由于反向器使用了74LS04，它的工作最大电压是5V，而本设计的电源电压为15V，顾该芯片无法正常工作，最后用CD4069来替换了。在设计红外报警电路时，喇叭是经过VT7的，后来发现三极管在此不起任何作用，于是将其去掉。4.2.3调试结果接通15V的电源后，用纸板挡住红外对管，喇叭就能发出“嘟嘟嘟”的声音；用手电筒照射光敏晶体管，对着驻极体传感器发出声音，照明灯不亮；遮挡住光敏晶体管，对着驻极体传感器发出声音，照明灯亮，调试成功。准备好全套元件后，用万用表粗略地(因出厂前已测量过)测量一下各元件的质量，做到心中有 焊接时注意先焊接无极性的阻容元件，电