课程设计模版.doc

电子信息与通信工程专业训练课程设计报告声光控制灯学生姓名： 王 文 文 指导教师： 席 桂 清 所在学院：信息技术学院 专 业： 07通信工程 中国大庆2010 年 7 月信息技术学院课 程 设 计 任 务 书 信息技术 院 通信工程 专业 07 级，学号 20074074207 姓名 王文文 一、课程设计课题：声光控制灯二、课程设计工作日自 2010 年 6 月 21 日至 2010 年 7 月 9 日三、课程设计进行地点： 信息馆321 四、程设计任务要求： (详细内容见课程设计文档)1.课题来源:教师拟定2.目的意义:3.基本要求:1. 设计楼内的声光控灯；2. 在白天照度较高时，即楼道内光线充足时本开关不启动，灯熄灭；3. 夜晚楼道内光线较差时，若楼道内充分安静（五人行动时），灯泡不启动；4. 若在光线较差的楼道内有人发出声响，就会使用该装置使灯泡点亮，并持续一段时间后自动熄灭。课程设计评审表指导教师评语：成绩： 签字： 日期： - 11 -目录 1 摘要.12 设计任务要求.23单元电路设计.3 4元件选择（要求计算元件参数）.44.1器件的选择及检测方法.44.2元器件清单.6 5整体电路（标出原元件型号和参数、画出必要波形图）.76 总结与体会97 致谢.108 参考文献.11 一、 摘 要随着科学技术的发展，公共场所照明控制手段也将逐步更新，除现在已有的声光控开关外，还有微波感应开关和热释远红外感应开关。目前，微波感应开关的抗干扰性能尚不理想，红外感应开关在性能上较为理想，但安装复杂，比较娇气，价格也偏高，比较适合在一些管理完善的场所如宾馆、大饭店楼道及家庭走廊应用，在普通住宅楼、办公楼道等场所的照明控制考虑到价格、管理及安装方便等因素，根据我国国情，可以预计在相当一段时期内，声光控路灯将是首选的主流产品。本次课题是声光控路灯控制系统设计，此控路灯系统的设计采用模块化结构，主要由以下三个模块组成，即声音检测放大模块、光照度检测放大模块和控制驱动模块。在设计此控制系统时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、容易、条理清晰。同时调试起来也更容易。此电路是通过对外界信号的选择而使灯泡亮的功能。该声光控路灯初步评测使用还比较方便，应用也相对比较广泛。该系统在白天或者是亮度比较大的情况下不会亮，在光照度比较小的条件下遇到声响就会亮，并且持续一段时间然后自动熄灭。该电路可应用于商品房、公司等走道上，能满足这些特定场合的需要，具有广泛的应用价值。通过本次实验，加强了我对模拟电子技术的理解以及对模拟电路的应用经过初步分析、准备和老师指导，本次课题设计除在美观方面处理得不够得当之外,本次电路设计基本完成了全部的设计要求。二、 设计任务要求1. 设计楼内的声光控灯；2. 在白天照度较高时，即楼道内光线充足时本开关不启动，灯熄灭；3. 夜晚楼道内光线较差时，若楼道内充分安静（五人行动时），灯泡不启动；4. 若在光线较差的楼道内有人发出声响，就会使用该装置使灯泡点亮，并持续一段时间后自动熄灭。5. 设计硬件电路，用protel画图；6. 按单元电路详细说明硬件线路设计思路，元件参数，选取依据。附详细的原件清单；7. 要求电源电路等附属电路也要自行设计；8. 总结设计过程和设计体会。三、 单元电路设计1. 光控电路白天，光敏电阻器RL呈现低电阻，与非门D2的4脚为低电平，则输出高电平，VD1截止，所以电路封锁了声音通道，使声音脉冲不能通过，此时总控制门D3不通，晶闸管SCR截止，所以电灯EL不能点亮。夜间RL呈现高电阻，使与非门D2的4输入端为逻辑高电平“1”，这就为声音通道的考通创造了条件。2. 声控电路 当在夜晚时，光控电路已为声音通道开通创造了条件。如果此时楼梯有人走动或者有人谈话，话筒BM拾取了声音信号经与非门D1放大输出，经C2耦合加到R3的两端，即与非门D2的5号输入端。当音频信号的正半周期峰值电平超过与非门的输入阈值电平时，与非门D2因两个输入端均为逻辑”0”,则输出端为逻辑“1”，此高电平经过R7加至晶闸管SCR的门极，使SCR触发开通，接通由整流桥组成的电源电路，此时电灯EL即可点亮。3. 延时电路当夜晚同时又有外界声音信号时，控制门 ( 与非门 )D2的两个输入端均为高电平，输出为低电平，VD1导通，在VD1导通的瞬间，C3被迅速充电，在声音信号过后，VD1虽然恢复了截止，但由于C3储存电荷需要通过高值电阻慢慢放电，从而使与非门D3的输入端仍然保持低电平“0”，所以电灯EL不会马上熄灭。随后则C3的放电，与非门D3的输入端得电平不断升高，当升至与非门阈值电压时，与非门D3发生翻转，输出端就变成低电平“0”，晶闸管SCR当交流电过零时即关断，电灯EL才熄灭。 电路的延迟时间主要有R5,C3等放电时间常数决定。T=2R5C3， 增减R5或C3的数值可以调整电路的延迟时间。本设计的延时时间约为5分钟，即灯亮后若不再有声音5分钟后灯自动熄灭。二极管 VD2-VD5 将交流 220V 进行桥式整流变成脉动直流电。又经 R6 降压， C4 滤波后即为电路的直流电源，为 BM 、 IC 等供电。控制部分电路就是通过控制可控硅的导通与截止进而连接和切断供电电路，而达到目的。四、 元件选择第一节 器件的选择及检测方法（一）可控硅的原理：可控硅是可控硅整流元件的简称,是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率半导体器件,一般由两晶闸管反向连接而成.它的功用不仅是整流，还可以用作无触点开关以快速接通或切断电路，实现将直流电变成交流电的逆变，将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电等等。可控硅和其它半导体器件一样，其有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等优点。它的出现，使半导体技术从弱电领域进入了强电领域，成为工业、农业、交通运输、军事科研以至商业、民用电器等方面争相采用的元件。晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。（二）CD4011：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六示，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。在测试时先把指针表满偏同时将指针表打到1K档，其次：用表笔对电容进行放电，在用表进行测试，用红笔接负极，黑笔接正极；最后：看指针的偏转，且还要指针还原，如能还原就表明电容正常，不能回到原位则表明电容漏电。测试漏电电容方法：用万用表的电阻挡（R*100和R*1K），将表笔接触电容器两引线。刚接触时，由于电容充电电流大，表头指针偏转角度大，随着充电电流减小，指针逐渐向R=无穷方向返回，最后稳定处即漏电电阻值。一般电容器的漏电电阻为几百至几千兆欧，漏电电阻相对小的电容质量不好。测量时，若表头指针指到或接近欧姆零点，表示电容器内部短路。若指针不动，始终指在R=无穷处，则意味着电容器内部短路或已失效。对于电容量在0.1F以下的小电容，由于漏电电阻接近无穷，难以分辨，故不能此法侧漏电阻或判定好坏。 （三）电解电容器的极性检测： 电解电容的正负极性不允许接错，当极性接反时，可能因电解液的反向极化，引起电解电容器的爆裂。当极性标记无法辨认时，可根据正向连接时漏电电阻大、反向连接时漏电电阻相对小的特点判断极性。交换表笔前后两次测量漏电电阻，阻值大的一次，黑表笔接触的是正极，因为黑表笔与万用表内电池正极相接（采用数字万用表时，红表笔接电池正极）。但用这种办法有时并不能明显地区分正、负向电阻，所以使用电解电容时，要注意保护极性标记。(四) 二极管测试：二极管主要分为三种：整流二极管、稳压二极管、发光二极管；此外，还有开关二极管。先打磨引脚，再用指针表测试，因二极管具有单相导电性，所以，在测试时，红笔接负极，黑笔接正极，若是导通，且红笔接正极，黑笔接负极，为截止，则表明二极管是正常的，若不是则表明二极管是坏的。注：发光二极管用10K，其它用1K档；发光二极管的光线是非常微弱的，因此，在观察是要仔细。半导体二极管的极性判别一般情况下，二极管有色点的一端为正极，如2AP1-2AP7，2AP11-2AP17等。如果是透明玻璃壳二极管，可直接看出极性，即内部连触丝的一头是正极，连半导体片的一头是负极。塑封二极管有圆环标志的是负极，如1N4000系别。（五）光敏电阻：1、光敏电阻的分类：根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。2、光敏电阻的检测：先用手拿住两只引脚，使其对着光，然后，用数字表测出值；再用握住使其背光，测出其值。第二节 元器件清单 序号名称型号规格位号数量1集成块CD4011IC1块2话筒54+2DBBM1个3二极管1N4148VS1只4二极管1N4007D1-D55只5电解电容10u,100uC3,C42只6瓷片电容0.01,0.1uC1,C22只7电阻100KR61只8电阻5.1MR51只9电阻1MR41只10电阻270KR31只11电阻2.7MR21只12电阻10KR11只13单向可控硅100-6SCR1只14光敏电阻器3K-5MRL1只 五、 整体电路 图一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 D1 D4 ，电路结构简单。可靠性高。本设计中只用到了集成块中的三个与非门。 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。明确了电路的信号流向后，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。声光控制节能灯主要由三部分组成，分别为声控电路，光控电路，延时电路，上面我已经分块对电路的原理加以详细的阐述。整流电路采用桥式整流电路，二极管稳压电路加上滤波电容。可控硅开关起开关作用，非常重要，由这个开关去控制整流电路的工作与否，从而控制灯的亮和熄。稳压电路需8.2V稳定电压，并要求不高所以我们采用它话筒放大为实现声控功能，要设制话筒放大电路，主要是由话筒拾音电路（就是把声音信号变为电信号电路，由于声音微小，所以加放大电路）和放大电路组成。光敏控制电路实现光控的功能，可以有光敏电阻来实现。音频放大电路因话筒输出的音频信号小，不能满足检波的需要，设制二极管音频放大电路，倍数几千上万倍。检波电路音频信号是交流信号，不用交流信号控制可控硅，需转换为直流信号，才能控制可控硅，因是小信号，要反映信号的蜂值电路线变化。延迟电路在灯点亮时需要有延迟，检波输出直流电压通过延迟电路是电压消失，保持一段时间，所保持时间的长短由延迟电路的参数决定，实际上延迟电路由RC电路组成，时间常数=RC，这是可控制电压。控制电路是控制可控硅栅极的开关电路，它的输入由延时端的延时电路送来的电压控制，输出控制可控硅的导通情况。声源产生的声音信号，经声电转换器后转换成微弱的电信号，该信号经放大后送处理器处理，处理器将幅度、频率不尽相同的一群声波信号转换成一次状态改变的控制信号，该信号经延时处理电路达到设计要求时间与设计要求功能，经执行机构直接控制负载动作。六、 总结与体会本次课设是完成一个简易声控灯电路设计，首先通过查找书籍资料，首先进行电路原理图的设计、绘制以及PCB版图制作，然后对电路中的各个部分进行调整修改，按照设计的电路原理图完成实物的连接，连接后在实验室不断地调试、修改，最后得到设计要求的输出波形。此次晶体管课程设计对我们的总体电路的设计的要求更严格，需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案，然后逐步细化进行各模块的设计；其次，在电路仿真的过程中总会出现一些问题，需要我们细心解决，所以这周下来，我对电路故障的排查能力有了很大的提高；再次，通过此次课程设计，我对设计所用到的软件Multisim10和Protel 99SE有了更加深刻地了解，这对我们以后的工作和学习的帮助都很有用处。当然，经过了课程设计，我也发现了自己的很多不足。但是通过自己的动手动脑，既增加了知识，又给了我专业知识以及专业技能上的提升，我也会更加努力，认真学习，争取在以后的课程中做得更好！本次的声光控路灯的设计实践将平时学到的知识应用到了实践，深化了对模拟电子设计的认识，在设计的实践中获得新知。学习了的理论知识和实践操作，不仅仅得到的是课本上的东西，更重要的是通过自己