毕业设计（论文）-客厅迎客音乐电路设计.doc

四川信息职业技术学院 毕业设计说明书 设计题目: 客厅迎客音乐电路设计 专 业: 应用电子技术 班 级: 应电 07-2 班 学 号: 0710205126 姓 名: 指导教师: 二 00 九年 月 日 四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书 学 生 姓 名 审 批 意 见 备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 I 页 目 录 摘 要.1 第 1 章 绪 论.2 1.1 客厅迎客音乐电路的概述.2 1.2 设计目的及意义.2 1.3 设计内容及解决主要问题.2 第 2 章 系统方案.3 2.1 电源电路方案.3 2.2 人体感知电路方案.3 2.3 音乐控制电路方案.4 2.4 音乐电路方案.5 第 3 章 单元电路的设计.6 3.1 电源电路的设计.6 3.2 人体感知电路的设计.6 3.3 音乐触发控制电路的设计.7 3.4 音乐电路的设计.7 3.5 客厅迎客音乐电路的工作过程.8 第 4 章 元器件的安装及调试.9 4.1 元器件的安装.9 4.2 客厅迎客音乐电路的调试.9 结 论.11 致 谢.12 参 考 文 献.13 附 录 1 整机电路图.14 附 录 2 元器件明细表.15 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 1 页 摘摘 要要 设计了一种客厅迎客音乐电路，它耗能少、效率高。主要是采用 TCRT5000 芯 片组成的感应电路和 TSO88BD 音乐集成电路组成。本客厅迎客音乐电路的设计目 的是方便了人们的日常生活，给人们的生活增添情趣。在本设计中介绍了客厅迎客 音乐电路的组成、性能，适用范围及工作原理，给出各电路原理图及元件参数选择， 效果十分明显，同时也使人们的生活更有情趣，使用资金少，效果良好。它由市电 供电，市电经整流、滤波、稳压后得到 9V 的电压为后级电路供电。当有人经过， 红外反射式传感器感应到人体，因此发出红光，再使信号输入到音乐片，经三级管 放大，发出欢迎音乐。 关键词 红外反射式传感器；音乐片；感应 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 2 页 第 1 章 绪论 1.1 客厅迎客音乐电路的概述 该客厅迎客音乐电路由电源电路、人体接近感知电路、音乐控制电路和电源电 路四部分电路组成。电路核心元件 TCRT5000 为新型红外线反射开关，它实质上是 一种“一体化”开关，其内部包含了红外发射、红外接收，能够以非接触形式检测出 前方一定范围内的人体或物体，并转换成高电平信号输出。接通电源，220V 交流市 电经变压器 T 降压、VD1VD4 全波整流和 IC1 稳压后，输出稳定的+5V 直流电压 ，使 IC2 通电向外发射出频率约为 40kHz 的调制红外线。当有人进人其有效检测区 域内时，红外线被反射回来一部分，经与发光管同向并排安装的光敏三极管接收并 转换成同频率的电信号后，由 IC3 内部电路进行一系列放大、解调、整形、比较处 理，最后输出高电平信号。该信号直接触发语音集成电路 IC3 工作，使其输出内储 的语音声电信号，从而达到设计目的。 1.2 设计目的及意义 1学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、 设计步骤，培养综合设计与调试能力； 2学会客厅迎客音乐电路的设计方法和性能指标测试方法； 3培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。 1.3 设计内容及解决主要问题 本次设计的客厅迎客音乐电路主要研究的内容有：电源电路、人体接近感知电 路、音乐控制电路和音乐电路等各电路的原理及元器件的作用。 对于客厅迎客音乐电路中主要构成部分的人体接近感知电路和音乐控制电路来 说，它们是否正常工作直接影响着整个电路是否正常工作。本次设计解决的问题是 如何将 TCRT5000 感应到的人体信号送到音乐控制电路，如何利用继电器 HRS1H- DC5V 实现对音乐电路的控制，从而使整个电路正常工作。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 3 页 第 2 章 系统方案 2.1 电源电路方案 1电源方案一： 图 2-1 电源方案一框图 该方案的设计方框图如上所示，将 220V/50Hz 变成整流滤波所需大小的交流电， 然后再将交流电变成单项脉动直流电，再减小单项脉动直流电的脉动成分，最后得 到平滑滤波的直流电的纹波成分，使输出为+5V 平稳的直流电。但由于交流电网输 入电压的波动和电路负载的变化使直流电压不稳定，因此在本直流电源中增加稳压 电路以确保设备的正常工作。 2电源方案二： 图 2-2 电源方案二框图 该方案的设计方框图如上所示，该设计与方案一的设计只有第二步不同，其余 步骤都相同。方案一中整流部分选用的是桥式全波整流，而该方案则选用半波整流。 综上所述，两种方案比较，全波整流的输出是交流输入电压的 0.9 倍，效率高， 直流电压平稳，能充分利用变压器的功率。半波整流虽然所需原器件较少，电路简 单，但输出是交流输入的 0.45 倍，效率低，使变压器的功率不能充分利用，故电源 半 波 整 流 变 压 器 滤 波 分立稳压 Uo 220V +5V 桥式全波整流 变 压 器 滤 波 集成稳压 Uo 220V +5V 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 4 页 部分的设计采用方案一。 2.2 人体感知电路方案 人体感知电路可选用红外热释电传感器 和红外反射式传感器。 1红外热释电传感器 红外热释电传感器 的动作方式是被动式，本身不发射任何信号，故不产生有 害电磁干扰，人体辐射的红外线中心波长为910um，而探测元件的波长灵敏度 在 0.220um 范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗 口，这个滤光片可通过光的波长范围为710um，正好适合于人体红外辐射的探 测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测 人体辐射的红外线传感器 。 2红外反射式传感器（TCRT5000） 红外反射式传感器 的价格便宜，误报极少。同 时具有红外热释电传感器 的优点。 比较两者，在该设计中选用红外反射式传感器。 人体接近感知电路的组成框图如图 2-3 所示 图 2-3 人体接近感知电路的组成框图 2.3 音乐控制电路方案 音乐控制电路可用固态继电器和电磁继电器来实现。 1固态继电器 固态继电器是一种没有机械运动，不含运动零件的继电器。是一种全部由固态 电子元件组成的无触点开关元件，他利用电子元器件的点，磁和光特性来完成输入 与输出的可靠隔离，利用大功率三极管，功率场效应管，单项可控硅和双向可控硅 等器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。 由于固态继电器导通后的管压降大，可控硅或双向可控硅的正向降压可达 12V。由于管压降大，导通后的功耗和发热量也大，因此大功率固态继电器的体积 远远大于同容量的电磁继电器，成本也较高。 2电磁继电器 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 5 页 电磁继电器是利用电流的磁效应实现开关作用的一种设备，最常用的结构是用 两块有弹性的金属(铁，钴，镍等铁磁体)片贴在一起，在周边布有铜线圈，线圈通 过前面的金属片与电源连接起来，则由于线圈通电有磁性，将迫使金属片分开，则 线圈电流断开，失去磁性，则金属片由于弹性恢复接触，线圈再通电，如此周而复 始，即可完成开关作用也能克服固态继电器的缺点。 根据本设计的要求应选用型号为 HRS1H-DC5V 的电磁继电器。 2.4 音乐音乐电路方案 1HY-1 音乐集成电路 HY-1 音乐集成电路内存一首乐曲，当触发端受脉冲触发后立即输出音乐信号， 乐曲程序结束时工作自行停止。当触发端与触发电平相连时，电路反复呜奏，直到 脱离触发电平且正常演奏的乐曲程序结束后才自行停止。电路内设有前置放大器和 功放，使用灵活，可直接驱动扬声器，也可以从前置放大器引出端驱动电蜂鸣器。 2TSO88BD 音乐集成电路 它是简单的 CMOS 电路。采用黑膏软封装就是把硅芯片用环氧树脂直接封 装在印刷电路板上，应用非常广泛。而且它价格便宜，制作简单，非常适合用于本 设计中。如图 2-3 是音乐电路的组成框图 图 2-4 音乐电路的组成框图 综上所述本设计的方案是采用桥式整流，电容滤波，型号为 7805 的三端稳压 块稳压 ，型号为 TCRT5000 的红外反射式传感器作为人体感知电路，型号为 TSO88BD 的集成芯片作为音乐驱动电路。因此客厅迎客音乐电路组成框图如 2-4 所 示 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 6 页 图 2-5 客厅迎客音乐电路组成框图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 7 页 第 3 章 单元电路的设计 3.1 电源电路的设计 电源电路是由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等组成。如图 3-1 所示： 220V 的交流电经变压器变压、D1D4 整流、C1、C2 滤波、IC1 稳压最终获得的 +5V 电压供给后级电路。 图 3-1 电源电路的原理图 220V 的交流电经 9V 的变压器变压后输出 9V 电压到桥式整流电路中，由于本 设计采用的是桥式整流，因此根据公式 U0=0.9Ui得到经桥式整流电路后的电压为 8.1V。桥式整流电路的输出电压含有较大的脉动成分，因此必须加滤波电路，经过 滤波电路的电压由公式 U0=1.2Ui计算得输出为 10.8V。经过整流滤波后的电压由三 端稳压块 7805 的第一脚输入，第三脚输出+5V 的电压，然后再输入到后级电路中。 3.2 人体感知电路的设计 在该设计中，人体感知电路由集成块TCRT5000 实现，TCRT5000 由一个红外反 射管和一个红外接收管组成，淡兰色为发射管，黑色为 接收管，发射管经过特殊处理，比FS-359F 抗干扰能 力强。如图 3-2 为TCRT5000 的实物图 TCRT5000 的感应距离在 12MM 左右，如果加上 适当的放大，感应距离将有所上升，不过，感应距离 并不是和放大系数成比例增加。 图 3-2 TCRT5000 的实物图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 8 页 如图 3-3 为人体接近感知电路的电路原理图 图 3-3 人体接近感知电路原理图 由三端稳压输出的+5V 电压输入到人体接近感知电路，TCRT5000 感应到的人 体信号经 VT1 放大后输入到继电器的线圈中。 3.3 音乐触发控制电路的设计 音乐控制电路是由继电器 HRS1H-DC5V 实现的，如图 3-4 为音乐控制电路的电 路原理图 图 3-4 音乐控制电路原理图 当有人经过时，人体接近感知电路 TCRT5000 感应到信号送入继电器 HRS1H- DC5V 中，由于该继电器是电磁继电器，因此线圈 K 吸附常开开关，使其闭合。继 电器的常开是接入音乐片的触发点的，因此音乐片处于工作状态 3.4 音乐电路的设计 音乐驱动电路的设计采用了集成芯片 TSO88BD，下面简单介绍一下集成芯片 TSO88BD 的制作材料及其结构原理。 TSO88BD 音乐集成电路是简单的 CMOS 电路。它采用黑膏软封装。就是把硅 芯片用环氧树脂直接封装在印刷电路板上。 TSO88BD 的原理图如 3-5 所示 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 9 页 图 3-5 音乐集成电路的原理图 TSO88BD 的管脚介绍： 脚：电源正极； 脚：触发脉冲输入，系正脉冲触发，此电路用按钮开关手动控制把正脉冲送 到 2 脚； 脚：信号输出； 脚：放大信号输出（内部有集电极负载） ； 脚：电源负极； 音乐电路的工作过程如下： 在该设计中音乐电路有电压为+3V 的干电池供电。+3V 的电压从 TSO88BD 的 脚输入。由 TCRT5000 感应到的人体信号从 TSO88BD 的脚输入。TSO88BD 的 脚输出信号到后级电路。 3.5 客厅迎客音乐电路的工作过程 客厅迎客音乐电路的整机原理图（见附录） 。它的工作过程是：由 220V 的交流 电经 D1D4 整流、C1，C2 的滤波、IC1 稳压获得+5V 的稳定直流电压供给后级电 路。当有人经过遮住光线时，红外外反射传感器感受到信号后发光，并将信号传到 后级的音乐控制电路，音乐控制电路接收到信号后常开开关闭合，因此音乐电路处 于工作状态，而发出音乐。由于音乐电路的接收信号较弱所以后级必须加三极管来 放大信号，然后再输入到扬声器中，最后发出欢迎的音乐。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 10 页 第 4 章 元器件的安装及调试 4.1 元器件的安装 这里我采用万用印制电路板对电路进行安装制作，根据元器件的安装原则对其 进行安装，元器件的安装要从上到下、从左到右、先特殊再一般、先矮后高、不耐 高温地方元件在安装时一定要快，以防温度过高对其造成损坏、耐热的元件，最后 装集成电路同时二极管、电解电容的极性一定不能接反，元器件装焊的顺序依次为： 电阻器、电容器、二极管、三极管、集成电路、大功率管，其他元器件为小后大。 安装元器件的过程中最主要的就是焊接工艺，在安装过程中应尤为注意，具体的安 装和焊接构成如下： 1用万用表先检测电路板是否有短路等故障，确认其无误后在进行安装。 2根据元器件清单理清器件的数量，用万用表对元件的质量先进行未安装前的 检测，对不符合规定要求的器件及时进行更换。 3由孔距及布线工艺确定元件的安装方式，电阻器一般采用卧式安装，涤沦电 容器、电解电容器采用立式安装，并都要求紧贴电路板。 4插装 TCRT5000、TSO88BD 芯片时务必小心，引脚全部插进后再焊接。同 时还要注意电源变压器初、次级与开关及电路板的接线，不得有误。 5各焊点加热时间及用锡量要适当，防止虚焊、假焊及短路，焊后剪去多余引 脚，并检查所有焊点，确认无误后方可通电测试 6 在安装完元器件后要对其引脚进 行处理，一般将其剪到露出焊锡 0.5cm 左右对焊点的基本要求是： （1）焊点呀有足够的机械强度； （2）焊接可靠,具有良好的导电性； （3）焊点表面要光滑、清洁。 4.2 客厅迎客音乐电路的调试 调试包括调整和测试两部分。调整主要是对电路参数的调整，如对电阻、电容 和电感等以及机械部分进行调整，使电路达到预定的功能和性能要求。测试主要是 对电路的各项技术指标和功能测量和实验，并同设计的性能指标进行比较，以确定 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 11 页 电路是否合格。它是电路调整的依据，又是检验结论的判断依据。实际上，电子产 品的调整和测试是同时进行的，要经过反复地调整和测试，产品的性能才能达到预 期的目标。 1调试的步骤： （1）先分调，即按逻辑划分的功能模块分别进行调试。 （2）后总调，即将各功能模块连接起来进行整机调试。 整个调试工作包括测量和调整。通过测量，可以掌握大量的数据、波形，并将 它们和理论值进行比较，从中发现电路在设计和安装上的问题，提出调整和改进的 措施。调试的顺序一般按信号的流程逐级进行，可以从输入端到输出端调试，也可 以从输出端到输入端倒推。 2测试时应注意的问题 （1）对各功能模块要分清其完成的逻辑功能，即输入什么，要输出什么样的信 号。尤其是对于控制电路，各输入、输出信号的时序一定要搞清楚。 （2）应在电路的实际工作状态下（如要接上适当的负载，输入额定的高、低电 平等）进行调试。 （3）养成边调试、边记录、边分析的好习惯。 3调试的具体过程 在本次设计的电路调试时，是先确定所有的元器件安装完毕，再把万用表打到 蜂鸣器档位，检查电路是否有短路和断路的情况。再用万用表测集成芯片 TCRT5000、TSO88BD 的各个引脚是否存在短路情况。经过认真仔细检查后方可通 电测试，用万用表直流电压档测量正、负电源应是5V 左右，用手遮住 TCRT5000 后，应有较强的感应信号，说明电路正常。如没有较强的感应信号，说明人体感知 电路电路没有工作，需进一步检查 TCRT5000 及周边元器件安装焊接是否正常。在 有条件的情况下可以使用示波器对电路中前置电压放大、前置电流放大和功率放大 及输出级的波形进行观察，以判断电路的好坏。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 12 页 结 论 通过此次毕业设计的完成，我从中受益匪浅，从最开始的茫然不知，到有所了 解，再到后来的获益良多，完成的过程中虽然充满了各种挑战，但通过自己的努力 一步步解决这些问题，所带来的那种深深的喜悦和满足都使那些挫折也变的不再那 么难以跨越。 本次设计的课题是客厅迎客音乐电路，即通过红外发射传感器来探测到人体信号。 当有人经过时，遮挡住红外发射传感器，因此红外发射传感器将感应到的信号传到 音乐控制电路，音乐控制电路再推动音乐电路工作，从而发出音乐声。此次的设计 也基本实现了设计的目标。 在搞设计的过程中会碰到很多我们不太熟悉的元件和不太了解的电路，也就是 通过对这些实际问题的解决来提高我们分析问题和处理问题的能力，同时也在无形 中使我们养成了认真和善于思考的良好习惯。这也是我们做毕业设计的目的之所在， 把所学的专业知识运用到实际的电路中来，并在此基础上发现一些实际的问题并解 决它，由此不仅提高了我们的动手能里，也使我们所学的专业知识在实际中升华。 通过本次的毕业设计也使我对传感器技术以及音乐电路有了一部分的了解，设计并 不是一个照搬照抄的过程，从找资料，到对资料的熟悉以及汇总，再通过对体系结 构的确定，以及对内容的编写，图形的绘制，参数的计算和修改，使我从中学到不 少东西，也了解到自己在知识的储备中还存在哪些盲点。总之此次毕业设计的完成 对我无论是知识的拓展还是思考问题的全面性都有很大的提高。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 13 页 致 谢 首先要感谢的是各位评委老师，感谢你们在这百忙之中抽出时间来给我这个答 辩的机会，请允许我先在这里说声“谢谢” 。 经过一段时间的设计与制作，在老师的大力支持和细心指导下，本次毕业设计 终于完成了，虽然这个项目还不是很完善。在此我要对带我毕业设计的指导老师王 志强老师真诚的说声谢谢，感谢您能在设计期间给予我的细心的指导，让我从不懂 到懂，而且在设计时给我提供了很多的资料和器材，最重要的是在你百忙之中每次 都不怕麻烦的抽时间给我耐心的讲解，在这段时间里我学会了不少的东西，这些都 源于老师你的精心教诲，在此我要说声：“王老师，谢谢您，您辛苦了” 。 除此之外我还要感谢平时给我讲解的其他老师，是你们给予了我必要的指导和 支持，同时我还要谢谢我的同学们，是你们平时给我指出很多错误，使我在认识错 误的过程中获取了大量的知识，在此对你们说声感谢！ 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。在整个项目开发过程中我懂得了许多东西， 也培养了我独立工作的能力，而且大大提高了动手的能力，