楼道声控灯课程设计.doc

数字电子技术基础课程设计论文数字电子技术基础课程设计论文 楼道声光控制照明灯设计 学生姓名 学生姓名 钟钟 心心 指导教师 指导教师 王王 军军 专专 业 业 测控技术与仪器测控技术与仪器 班班 级 级 测测 控控 10421042 学学 号 号 2323 设计时间 设计时间 20122012 年年 6 6 月月 1111 日日 至至 20122012 年年 7 7 月月 1 1 日日 实验地点实验地点 新实验楼新实验楼 410410 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论 1 一 楼道声控灯一 楼道声控灯 1 二 音频放大器二 音频放大器 2 第二章第二章 系统方案认证系统方案认证 3 一 楼道声控灯一 楼道声控灯 3 二 音频放大器二 音频放大器 4 第三章第三章 原理图设计及仿真原理图设计及仿真 6 一 楼道声控灯一 楼道声控灯 6 二 音频放大器二 音频放大器 10 第第四四章章 硬硬件件电电路路的的安安装装调调试试 12 4 4 1 1 电路的调试电路的调试 12 第五章第五章 总结与展望总结与展望 14 第六章第六章 附页附页 15 参考文献参考文献 15 附图附图 16 吉林工程技术师范学院课程设计论文 1 1 第一章第一章 绪论绪论 一 楼道声控灯一 楼道声控灯 光控电路有着广泛的应用 比如城市中的路灯或楼道照明等 一般都是由人工操作的 如果采用光控电路 根据光线的强弱来自 动开启和关闭照明灯 做到无人自动控制 可以减轻工人的劳动强 度 有效的节约能源 但光控电路有其缺陷 就是夜晚无光线的时 候 照明灯将一直工作着 这样会造成资源的浪费 也会缩短照明 灯的寿命 吉林工程技术师范学院课程设计论文 2 2 这时若在光控电路的基础上添加一个声控电路 使得照明电 路在无光线的时候 只受声音的控制 当有脚步声或其它较强声响 的时候 照明电路自动工作 当声音消失的时候 照明灯自动熄灭 这 就需要在光控电路和声控电路联合工作的条件下添加一个延时电 路 使照明灯点亮后 延时一定时间后自动熄灭 声控灯的制作目的是通过声控灯的制作 提高学习电路知 识的兴趣 掌握元器件的测试方法 掌握自己制作印制电路板的 方法 锻炼实际动手操作能力 目前许多声控开关的平均使用寿命不长 主要是因为电路作频 繁的开关 启动电流非常大 导致功率元件可控硅由于过载而损 坏 本文中采用开关电压过零保护技术 可消除白炽灯开启瞬间 的大电流冲击 有效地防止可控硅元件启动时的电流过载 大大 地延长了开关的使用寿命 并且可以起到保护灯泡的作用 本次课程设计的任务是楼道声控灯 根据模拟电子和数字电 子所学的知识自主设计 在老师的指导下以小组为单位组装实物 并调试 如今 人们对声控技术越来越熟悉 用声音代替肢体动 作给人们带来了很多的好处和便利 因此 越来越多的声控设备 广泛地应用到人们的生活当中 二 音频放大器二 音频放大器 各种便携式的电子设备称为了电子设备的一种重要的发展趋 势 从作为通信工具的手机 到作为娱乐设备的 mp3 播放器 已 经成为差不多人人具备的便携式电子设备 陆续将要普及的还有 便携式电视机 便携式 dvd 等扽 所有这些便携式的电子设备的 一个共同点 就是都有音频输出 也就是都需要有一个音频放大 器 另一个特点就是它们都是电池供电的 都希望能够有较长的 使用寿命 就是在这种需求的背景下 d 类放大器别开发出来 它的最大特点就是能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率 吉林工程技术师范学院课程设计论文 3 3 高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要 在大功 率的电子设备中也需要 因为 功率越大 效率也就越重要 而 随着人们的居住条件的改善 高保真音响设备和更高档的家庭影 院也逐渐开始兴起 在这些设备中 往往需要几十瓦甚至几百瓦 的音频功率 这时 低失真 高效率的音频放大器就成为其中的 关键部件 音频放大器的目的是在产生声音的输出元件上重建输入的音 频信号 信号音量和功率级都要理想 如实 有效且失真低 音频范围为约 20hz 20khz 因此放大器在此范围内必须有良好 的频率响应 根据应用的不同 功率大小差异很大 从耳机的毫 瓦级到 tv 或 pc 音频的数瓦 再到 迷你 家庭立体声和汽车音 响的几十瓦 直到功率更大的家用和商用音响系统的数百瓦以上 大到能满足整个电影院或礼堂的声音要求 第二章第二章 系统方案认证系统方案认证 一 楼道声控灯一 楼道声控灯 电路由声控电路 光控电路及放大电路 单稳态延时电路组 成 下面对其功能进行逐一分析并确定电路结构 光控电路是根据光线的强弱来优先决定电灯的亮灭 声音信 号由驻极体话筒 bm 接收 经过反比放大 放大的信号送到 ne555 定时器的 2 6 脚 该电路可以对声控延时电路进行控制 吉林工程技术师范学院课程设计论文 4 4 在白天光线较强时 该电路在光控电路的作用下 处于关闭状态 对任何声音信号都不响应 在晚上光线较弱时 光控电路将该电 路的功能打开 使得该电路能根据外界声音信号做出相应的响应 ne555 定时器的输出去控制 74hc123 声控延时电路 该电路主 要在光线较弱时起作用 这主要是通过光控电路的输出来控制的 准确说我们说的的声控灯应该全名为 声光控灯 因为和光 线也有关系 白天 你放鞭炮它都不会亮 光控电子开关 它的 开 和 关 是靠可控硅的导通和阻 断来实现的 而可控硅的导通和阻断又是受自然光的亮度 或人 为亮度 的大小所控制的 该装置适合作为街道 宿舍走廊或其 它公共场所照明灯 起到日熄夜亮的控制作用 以节约用电 2 2 1 1 设计的目的和任务设计的目的和任务 1 巩固加深对模拟电子技术和数字电子技术基础知识的理 解 提高综合利用所学知识的能力 培养学生独立分析问题 解 决问题的能力 2 通过查找资料 选方案 设计电路 仿真和调试 写报 告等环节的训练 熟悉设计过程 步骤 为今后从事电子线路的 设计 研制电子产品打下基础 3 设计模拟和数字混合电路 实现特定功能 学习这一技 能 积累这一方面的经验 2 2 2 2 设计要求设计要求 1 设计办公大楼 写字楼或居民住宅楼内应用的声控灯 2 在白天 c 亮度较高的时候 即楼道内光线充足时此开关关闭 灯熄灭 3 夜晚楼道内光线很暗时 若楼道内充分安静 此灯不启动 4 若在光线很暗的楼道内 有人发出声响 此灯会自动开启发 亮 吉林工程技术师范学院课程设计论文 5 5 二 音频放大器二 音频放大器 2 32 3 方案设计方案设计 确定各级的增益分配 放大倍数 vs db 数 0db 一般将信号电平 0db 即 0 775v 作为衡量放大器灵敏度的参考标准 5mv 的 db 数为 db44 775 0 005 0 lg 20 因为采用的集成芯片 lm386 其输出功率为 20w 则负载上 的电压 为 vrpu lol 136 12 又话筒输入为 5mv 则整个电路的增益为 20lg 13 0 005 68db 考虑到音调级必要的衰减 增益为 2db 左右 所以取 整个电路的增益为 70db 则各级的增益如下 功放级 26db 厂家给定的 音调控制级 2db 前置放大级 44db 前置放大 级 功率放大 级 自制稳压电源 负载 图 2 1 系统构成框图 吉林工程技术师范学院课程设计论文 6 6 第三章第三章 原理图原理图设计及仿真设计及仿真 一 楼道声控灯一 楼道声控灯 3 3 1 1 电路原理图电路原理图 见附页 图 6 1 3 3 2 2 元器件清单元器件清单 ne555 一个 74hc123 一块 lm358 一个 驻极体话筒一个 电阻 330 1 1k 2 4 7k 5 10k 1 150k 1 电容 5v 47uf 一个 5v 10uf 两个 光敏电阻 发光二极管 led 一个 吉林工程技术师范学院课程设计论文 7 7 3 3 3 3 元器件简介元器件简介 3 3 1 ne555 内部结构原理 图 3 1 ne555 内部结构原理图 555 定时器由 3 个阻值为 5k 的电阻组成的分压器 两个 电压比较器 c1 和 c2 基本 rs 触发器 放电三极管 td 和缓冲反 相器 g4 组成 虚线边沿标注的数字为管脚号 其中 1 脚为接 地端 2 脚为低电平触发端 由此输入低电平触发脉冲 6 脚为 高电平触发端 由此输入高电平触发脉冲 4 脚为复位端 输入 负脉冲 或使其电压低于 0 7v 可使 555 定时器直接复位 5 脚 为电压控制端 在此端外加电压可以改变比较器的参考电压 不 用时 经 0 01uf 的电容接地 以防止引入干扰 7 脚为放电端 555 定时器输出低电平时 放电晶体管 td 导通 外接电容元件 通过 td 放电 3 脚为输出端 输出高电压约低于电源电压 1v 3v 输出电流可达 200ma 因此可直接驱动继电器 发光二极管 指示灯等 8 脚为电源端 可在 5v 18v 范围内使用 555 定时器工作时过程分析如下 5 脚经 0 01uf 电容接地 比较器 c1 和 c2 的比较电压为 ur1 2 3vcc ur2 1 3vcc 当 vi1 2 3vcc vi2 1 3vcc 时 比较器 c1 输出低电平 吉林工程技术师范学院课程设计论文 8 8 比较器 c2 输出高电平 基本 rs 触发器置 0 g3 输出高电平 放 电三极管 td 导通 定时器输出低电平 当 vi1 2 3vcc vi2 1 3vcc 时 比较器 c1 输出高电平 比较器 c2 输出高电平 基本 rs 触发器保持原状态不变 555 定 时器输出状态保持不来 当 vi1 2 3vcc vi2 1 3vcc 时 比较器 c1 输出低电平 比较器 c2 输出低电平 基本 rs 触发器两端都被置 1 g3 输出低 电平 放电三极管 td 截止 定时器输出高电平 当 vi1 2 3vcc vi2 1 3vcc 时 比较器 c1 输出高电平 比较器 c2 输出低电平 基本 rs 触发器置 1 g3 输出低电平 放 电三极管 td 截止 定时器输出高电平 ne555 引脚图 图 3 2 ne555 引脚图 3 3 2 74hc123 引脚图及功能 图 3 3 sm74hc123 引脚图 吉林工程技术师范学院课程设计论文 9 9 74hc123 是单稳态触发器 其 rxcx 7 15 和 cx 端 6 14 接定时的电阻和电容 即决定触发后 q 端产生的单脉冲 宽度 rbar 3 11 是低电平复零 不作复零时为高电平 abar 1 9 是下降沿触发输入端 通过 abar 用负脉冲触发 不用时 保持高电平 b 2 10 是上升沿触发输入端 通过 b 用正脉冲 触发 不用时置低 q 5 13 与 qbar 4 12 分别输出正负 定时单脉冲 器件中单稳触发器作用是不管触发信号持续多长时间 只固 定维持外围阻容给定的一段时间就恢复触发前状态 外围电阻电 容决定单稳时间 因为触发是由边缘触发 上升或下降沿 可再 触发单稳不同之处是前次触发后的单稳没有恢复触发前状态而又 有触发信号时 可再触发单稳将在触发边缘开始继续维持阻容给 定的单稳时间 而单稳是不理会在翻转后的触发信号的 此芯片 也可做多谐振荡器用 3 3 3 光敏电阻结构图及原理 图 3 4 光敏结构图 光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随 入射光的强弱而改变的电阻器 入射光强 电阻减小 入射光弱 电阻增大 光敏电阻器一般用于光的测量 光的控制和光电转换 将光的变化转换为电的变化 常用的光敏电阻器硫化镉光敏 电阻器 它是由半导体材料制成的 光敏电阻器的阻值随入射光 吉林工程技术师范学院课程设计论文 10 10 线 可见光 的强弱变化而变化 在黑暗条件下 它的阻值 暗 阻 可达 1 10m 欧 在强光条件 100lx 下 它阻值 亮阻 仅 有几百至数千欧姆 光敏电阻器对光的敏感性 即光谱特性 与 人眼对可见光 0 4 0 76 m 的响应很接近 只要人眼可感受 的光 都会引起它的阻值变化 设计光控电路时 都用白炽灯 泡 小电珠 光线或自然光线作控制光源 使设计大为简化 3 3 4 运放 lm358 图 3 6 运放 lm358 结构图 lm358 内部包括有两个独立的 高增益 内部频率补偿的 双运算放大器 适合于电源电压范围很宽的单电源使用 也适 用于双电源工作模式 在推荐的工作条件下 电源电流与电源 电压无关 它的使用范围包括传感放大器 直流增益模块和其 他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合 二 音频放大器二 音频放大器 3 3 4 4 电电路路原原理理图图 见附录图 6 2 3 3 5 5 元元器器件件清清单单 实验电路板 1 块 电阻 8 个 电容 5 个 扬声器 1 个 麦克 1 个 滑动变阻器 1 个 吉林工程技术师范学院课程设计论文 11 11 三极管 2 个 电位器 2 个 3 3 6 6 元元器器件件简简介介 3 5 1 三极管性能的简易测量 1 用万用表电阻档测iceo和 基极开路 万用表黑表笔接 npn 管的集电极 c 红表笔接发 射极 e pnp 管相反 此时 c e 间电阻值大则表明iceo小 电阻 值小则表明iceo大 用手指代替基极电阻rb 用上法测 c e 间电阻 若阻值比 基极开路时小得多则表明 值大 2 用万用表 hfe 档测 有的万用表有 hfe 档 按表上规定的极型插入三极管即可测 得电流放大系数 若 很小或为零 表明三极管己损坏 可 用电阻档分别测两个 pn 结 确认是否有击穿或断路 3 5 2 前置放大极 采用共射极放大电路构成前置年放大极 三极管最基本的作 用是放大作用 它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号 当 然这种转换仍然遵循能量守恒 它只是把电源的能量转换成信号 的能量罢了 三极管有一个重要参数就是电流放大系数 b 当三 极管的基极上加一个微小的电流时 在集电极上可以得到一个是 注入电流 b 倍的电流 即集电极电流 集电极电流随基极电流 的变化而变化 并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很 大的变化 这就是三极管的放大作用 吉林工程技术师范学院课程设计论文 12 12 第第四四章章 硬硬件件电电路路的的安安装装调调试试 4 4 1 1 电路的调试电路的调试 在进行硬件安装的过程中 我们遇到了很多的问题 第一次 使用电路板 对它内部的连接并不熟悉 从而出现了很多的错误 首先是安装元件 把他们的位置摆放好 两两之间的关系在 电路板上有一个好的体现 使人一目了然 而且要达到美观和线 路连接简易 尽量用到最少的线 是它看起来不乱 然后要做的就是分析电路图 在电路板上配线 用到的工具 有各种钳子 镊子等 焊接 一般常用焊锡做焊料 它具有较好 的流动性和附着性 在一定温度 湿度及振动冲击下有足够的机 械强度 而且具有耐腐蚀性 使用方便等优点 焊剂 作用是除去油污 防止焊件受热氧化 增强焊锡的流 动性 常用的电烙铁有外热式 内热式和速热式三种 一般功率不 能过大 若选用的功率过大 不易掌握火候 很容易使元件过热 而损坏 吉林工程技术师范学院课程设计论文 13 13 先测量 作好记录 清洁 挂锡焊接 最后在检查测量 焊接方法 1 右手持电烙铁 左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线 焊接前 电烙铁要充分预热 烙铁头刃面上要吃锡 及带上一定 量焊锡 2 将烙铁头刃面紧贴在焊点处 电烙铁与水平面大约成 60 度角 以便于熔化的锡从烙铁头上流到焊点上 烙铁头在焊点处 停留的时间控制在 2 3 秒钟 3 抬开烙铁头 左手仍持元件不动 待焊点处的锡冷却凝 固后 才可松开左手 4 用镊子转动引线 确认不松动 然后可用偏口钳剪去多 余的引线 待线路连接好了之后 进行调试 正确的现象是接通电源灯 亮一会熄灭 将光敏电阻遮住 拍一下手 灯亮 过几秒之后灯 灭 但在我们的设计过程中出现了错误 首先是线路有短路 没 有测量好电路板的内部连接 接地线没有接到一起 吉林工程技术师范学院课程设计论文 14 14 第五章第五章 总结与展望总结与展望 在这周的电子技术课程设计中 我做的课题是 声光控制 开关 这是一种声音和光照双控照明灯 它可以用于楼梯 过 道 库房的场合 白天光照好 不管过路者发出多大声音 都 不会是灯泡发亮 夜晚光暗 电路的拾音器只要检测到有碎发 声响 就会自动亮为行人照明 过一段时间后又自动熄灭 起 到了节能的作用 本次的声光控制开关的设计