自锁式声光控制照明电路设计论文.doc

自锁式声光控制照明电路设计 引言（一）声光控制电路的设计意义现在住宅楼道或过道中大都有照明灯，但灯往往在夜晚处于常开状态甚至在白天也是开着的，这样就造成了资源浪费，违背了我国建设节约型社会的原则，因此本文设计了一种自锁式声光控制照明电路，即白天或光线较强时，开关电路为自锁状态，灯不亮，当光线黑暗时或晚上来临时，开关进入预备工作状态，此时，当来人有脚步声、说话声、拍手声等声源时，开关自动打开，灯亮，延时一段时间后自动熄灭，从而实现了“人来灯亮，人去灯熄”，杜绝了长明灯，免去了在黑暗中寻找开关的麻烦，尤其是上下楼道带来不便。（二）声光控制照明电路的了解 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，变为电子开关的开关动作。本电路的方框图如图1所示白天或光线较强时，开关电路为自锁状态，灯不亮，当光线黑暗时或晚上来临时，开关进入预备工作状态，当来人有脚步声、说话声、拍手声等声源时，开关自动打开，灯亮，延时一段时间后自动熄灭。声光控延时开关的电路原理图见 图2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个的与非门D1D4，电路结构简单，可靠性高。下面从电路的各个部分详细分析本电路的工作原理。二声光控制照明电路工作原理分析（一） 开关电路为了使声光控开关在白天断开，即由光敏电阻R7等元件组成光控电路，R6和R7组成串联分压电路，夜晚无环境光时，光敏电阻的阻值很大，R7两端的电压高，则与非门D1的1脚为高电平“1”，通过与非门1则为低电平“0”。再通过二极管VD5输入到控制门D4的12脚，也为低电平“0”。使声光控电路工作具备了光控条件。白天较强的环境使R7的阻值很小。R7两端的电压几乎为0，即为低电平“0”。则与非门D1的1脚为低电平”0”，使声光控电路不具备光控条件，电子开关处于断开状态。（二） 声音处理电路 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D3进行电压放大，与非门D3此时是一个放大电路，放大的信号送到R3的一端，R3、R4构成分压电路，并接到控制门D4的12脚，作为声控信号。当有声音信号时，IC的10脚为高电平“1”，则R3、R4的中间分压为低电平“0”，即控制门D4的12脚为低电平。（三） 延时工作电路当夜晚，同时又有外界声音信号时，控制门(与非门)D4的输入端，有一端为低电平“0”，输出为高电平“1”。使单向可控硅导通，电子开关闭合；同时给C3充电，C3和R5构成延时电路，延时时间T= 2R5C3，改变R5或C3的值，可改变延时时间，满足不同的延时要求，C3充满电后只向R5放电，当放电到一定电平时，与非门D2的输入端4、5脚为低电平，输出为高电平，与非门的13脚为高电平“1”，同时没有声音信号时与非门的12脚也为高电平“1”，与非门D4的两个输入端为高电平，则它的输出为低电平“0”，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。（四） 220V电源处理二极管VD1VD4将交流220V进行桥式整流。变成脉动直流电，又经R9降压，C4滤波后即为电路的直流电为BM、IC等供电 。三、主要元件分析（一）可控硅可控硅T选用1A400V的进口单向可控硅1006型，如负载电流大可选用3A、6A、10A等规格的单向可控硅。单向可控硅是一种可控整流电子元件，正向导通受控制极电流控制。阳极A电位高于阴极K电位，控制极G有足够的正向电压和电流时，从关断到导通。 阳极A电位高于阴极K电位和阳极A电流大于维持电流时，维持导通。阳极A电位低于阴极G电位和阳极电流小于维持电流时，从导通到关断。 （二）四2输入与非门CMOS芯片 IC 选用CMOS数字集成电路CD4011，CD4011有四个独立的与非门电路，内部见图3，Vss是电源的负极。VDD是电源的正极。逻辑表达式：Y = A*B。CD4011功能及真值表：真值表： XYQ动作00?禁止011设定101重置11不变无图4 CD4011逻辑功能表和引脚图(1)当X=0、Y=0时，将使两个NAND门之输出均为1，违反触发器之功用，故禁止使用。如真值表第一行。 (2)当X=0、Y=1时，由于X=1导致NAND-A的输出为”1”，使得NAND-B的输入为”1”，因此NAND-B的输出为”0”，如真值表第二行。 (3)当X=1、Y=0时，由于Y=0导致NAND-B的输出为”1”，使得NAND-1的两个输入均为“1”，因此NAND-A的输出为”0”，如真值表第三行。 (4)当X=1、Y=1时，因为一个“1“不影响NAND门的输出，所以两个NAND门的输出均不改变状态，如真值表第四行。（三）驻极体话筒BM话筒又称传声器，一种电声器材，属传声器，是声电转换的换能器，通过声波作用到电声元件上产生电压，再转为电能电荷的公式是QCV，反之VQ/C也是成立的。驻极体总的电荷量是不变，当极板在声波压力下后退时，电容量减小，电容两极间的电压就会成反比的升高，反之电容量增加时电容两极间的电压就会成反比的降低。最后再通过阻抗非常高的场效应将电容两端的电压取出来，同时进行放大，我们就可以得到和声音对应的电压了。由于场效应管时有源器件，需要一定的偏置和电流才可以工作在放大状态，因此，驻极体话筒都要加一个直流偏置才能工作。 四、电子元件规格和电路的检测调试 （一） 元件规格序列名称规格型号位号数量1集成块TC4011IC1块2话筒54+_2DBBM1个3二极管1N4148D51个4二极管1N4004D1D65只5电解电容10uf/16vC3,C42只6瓷片电容103C1,C22只7电阻82KR3,R4,R93只8电阻56KR81只9电阻120KR41只10电阻1MR21只11电阻15KR11只12单向可控硅1006（1A/400V）SCR1只13光敏电阻3K5MR71只（二）调 试将设计好的电路利用protel99se、Multsim等仿真，并对其初步调试。实际调试；将焊好的电路板对照电路图认真核对一遍，不要有错焊、漏焊、短路等现象发生。通电后，人体不允许接触电路板的任一部分，防止触电，注意安全。如用万用表检测时。将万需表两表笔接触电路板相应处即可。本电路调试时请先将光敏电阻的光挡住。将AB分别接在电灯的开关位上，用手轻拍驻极体。这时灯应亮，若用光照射光敏电阻，再用手重拍驻极体，这时灯不亮。说明光敏电阻完好，这时表示制作成功。若不成功请仔细检查有无虚假错焊和拖锡短路现象。五原理图和印制板图的设计( 一 ) 原理图的设计和网络表的生成原理图的设计是基于Protel99se软件之上的，此软件的主要功能模块包括电原理路图设计，印制板电路的设计，可编程逻辑器件设计，电路的模拟仿真等。其主要有两部分组成；原理图设计系统和印制板设计系统（PCB）。运行Protel99se应用程序，进入Protel99se系统，执行FileNew命令建立新的文件，打开Schematic Document可以进行重命名，重命名为声光控制电路，后缀名为.Sch。 图6 电路原理图1、放置元件，并对所放元件属性进行编辑，利用原理图设计工具绘制原理图，并且生成对应的网络表。2、网络表生成选择Design Create Netlist ,盘定义到与它相通的网络上。将一些原理图和PCB封装库中引脚名称不一致的器件引脚名称改成和PCB封装库中的一致，特别是二、三极管等。 （二）PCB的制作和设计 1、设置PCB设计环境和绘制印刷电路 （1）进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境。 （2）规划电路版，主要是确定电路版的边框，包括电路版的尺寸大小等等。 2、打开所有要用到的PCB 库文件后，调入网络表文件和修改零件封装 这一步是非常重要的一个环节，网络表是PCB自动布线的灵魂，也是原理图设计与印象电路版设计的接口，只有将网络表装入后，才能进行电路版的布线。 3、布置零件封装的位置，也称零件布局 Protel99可以进行自动布局,也可以进行手动布局。如进行自动布局，运行Tools下面的Auto Place,布线的关键是布局。Protel99在布局方面新增加了一些技巧。新的交互式布局选项包含自动选择和自动对齐。注意：零件布局，应当从机械结构散热、电磁干扰、将来布线的方便性等方面综合考虑。 4、根据情况再作适当调整然后将全部器件锁定 假如板上空间允许则可在板上放上一些类似于实验板的布线区。 5、布线规则设置 布线规则是设置布线的各个规范（象使用层面、各组线宽、过孔间距、布线的拓朴结构等部分规则，可通过Design-Rules 的Menu 处从其它板导出后，再导入这块板）这个步骤不必每次都要设置，选Design-Rules 一般需要重新设置以下几点： （1）、安全间距(Routing标签的Clearance Constraint) 它规定了板上不同网络的走线焊盘过孔等之间必须保持的距离。 （2）、走线层面和方向（Routing标签的Routing Layers） 此处可设置使用的走线层和每层的主要走线方向 （3）、走线线宽（Routing标签的Width Constraint） 6、自动布线和手工调整 （1）、点击菜单命令Auto Route/Setup 对自动布线功能进行设置 （2）、点击菜单命令Auto Route/All 开始自动布线 假如不能完全布通则可手工继续完成或UNDO 一次（千万不要用撤消全部布线功能，它会删除所有的预布线和自由焊盘、过孔）后调整一下布局或布线规则，再重新布线。 图7 PCB图 图8 3D 效果图 7、对所有过孔和焊盘补泪滴 补泪滴可增加它们的牢度，但会使板上的线变得较难看。顺序按下键盘的S 和A 键（全选），再选择Tools-Teardrops。六、结束语通过对自锁式声光控制照明电路的设计，我理解到为何要建设节约型社会，为何要发展立足于节约。一个民族，国家乃至世界要想长期发展就必须要节约，只有节约才能给社会带来新的力量，才能给后一代留下发展的机遇。节约不是指放着资源不充分利用，而是在充分利用的前提下做到节约。节约是社会发展的长期过程，也是历史发展的必然。在我写这篇论文前，世界召开了一个与人类存亡的会议哥本哈根联合国气候变化大会，有专家说这