声光控制路灯的设计与制作

精品文档北 海 职 业 学 院毕业设计 (论文)2020学年度电子信息工程系(部)电子信息工程技术专业题 目： 声光控制路灯设计 学生姓名： 学生班级： 指导教师： 起止日期： 20 年 月 日北海职业学院毕业设计 (论文)任务书 系(部) 专业班级 姓名学号 题目：声光控制路灯的设计主要内容：1. 门电路介绍；2. 电源设计、声控部分、光控部分介绍；3. 声光控路灯的整体设计；4. 参数计算。基本要求：（由指导教师填写）主要参考书：起止日期：指导教师 职务(称) 20 年 月 日北海职业学院学生毕业设计（论文）成绩鉴定表姓 名性 别出生年月系(部)专 业班 级设计（论文）题目声光控制路灯的设计指导教师对毕业设计（论文）的评语：成绩： 指导教师签字： 年 月 日答辩小组对优秀毕业设计（论文）的评语：成绩： 答辩小组组长签字： 年 月 日综合评定成绩（等级）： 系（部）领导签字（盖章）： 年 月 日摘要常言道“眼睛是心灵的窗户”。我认为灯则是指引心灵的方向标。在生活中，我们无时不在地使用着灯，诸如台灯、路灯、日光灯、探照灯、彩灯等等，但不管是什么样式的灯；它们的作用都是一致的-照明。在街道、公路等公共场所，为了节约路灯所损耗的电能，我选择声光控制的路灯照明电路的设计，它是一种新颖、安全节电、结构简单、安装方便、使用寿命长的声光双控路灯电路。这样一种设计既不浪费国家电力又很方便使用的照明灯系统是很有实用价值意义的。该设计主要介绍的是关于声光控的电路设计。声光控是通过光敏电阻来实现的，当光敏电阻在背光的时候等就会慢慢的熄灭，即这时也是有人走过了的时候。在有的电路中这种原理也可以通过声音的振动来实现，当人走过是只需用手轻拍一下灯就会自动的亮，人离开后又熄灭。这样就给路人提供了相应的方便，同时，也达到了节电和节能的目的；延长灯的寿命。在实际生活中节电节能，能够实现更多的自动化。【关键词】：自动控制；声控电路；光控电路；延迟电路。目录摘要-4一、绪论-6 1.1 课题背景6 1.2 课题主要工作6二、总体设计及其原理-7 2.1 设计要求7 2.2 总体设计7三、电路设计与分析-9 3.1 电源设计9 3.1.1 电源结构设计9 3.1.2 结构原理9 3.2 声控部分电路设计10 3.2.1 驻极体话筒10 3.2.2 声控部分电路工作原理及电路图10 3.3 光控部分电路的设计11 3.3.1光敏三极管11 3.3.2 光控原理11 3.4 延时处理部分电路的设计12 3.4.1 555定时器12 3.4.2延时电路控制原理13 3.5 参数计算14结论-15致谢-16参考文献-17一、绪论1.1 课题背景随着千年钟声的敲响,历史的车轮被推进了一个新的世纪21世纪。站在新世纪的门槛上，我们感受到的是高速发展的现代科技。也因如此，照明灯的需求也在不断地发展，人类有意识地采用各种方法改进它。照明，不仅改变了人们“日出而作，日落而息”的生活方式，也充斥丰富了我们的精神世界。是的，也许你不禁要问：“为什么一个小小的照明灯有如此神奇的功效”。我想这要归功它的结构及发明原理啊！这当中到底包含了多少值得我们去探索，发现的奥秘呢？带着这个问题，我们共同选择了这个课题，一起从课题研究中找到答案1.2 课题主要工作本电路为一声光自动控制白炽灯开关。当夜晚或者白天光线比较亮的时候，光控的部分会将开关自动关闭，则声控的部分将不起作用。当光线比较暗的时候，光控的部分会将开关自动开启，负载电路的通断部分则受控于声控的部分。看电路是否接通，取决于接收到的声音信号的强度大小。当接收到的声强达到一定程度的时候，路灯电路将自动连接，则白炽灯点亮。这样，通过对环境声光信号的检测与处理，完成对白炽灯的控制。论文共有4章，其具体安排如下：一、绪论主要介绍本课题的研究背景及意义、研究目标及研究内容。二、总体电路设计及其原理说明部分主要介绍了本课题的设计要求以及总体电路的设计。三、单元电路设计与分析介绍各个单元电路的结构以及功能。二、总体设计及其原理2.1 设计要求本文设计的整个电路是由声控电路、光控电路、放大电路、延时电路和电源电路等部分一起组成的。（1）当晚上或者白天光线比较亮的时候，整个电路将会由光控的部分控制，声控的部分将不起作用。光控电路将输出与光亮程度相对应的电压信号来完成对外界光亮程度进行的检测，从而实现了灯泡在白天是不亮的。即便是此刻有声音被接收到，灯泡也不会亮的。（2）当遇上光线比较暗的时候，声控的部分则开始控制负载电路的通断。声控电路主要将声音信号转变为电流信号，且电路是否处于接通状态1，取决于接收到的声音信号的强度大小。当声强过小，电路不会自动接通，灯泡自然也不会亮。而当声强达到一定程度的时候，电路则自动接通，灯泡自然也就会亮了。 （3）然后在白炽灯被点亮后，延时电路控制延时36秒，当延时时间到，再等待下一次声音信号触发。（4）此外，电路带强切功能，在特殊情况下强制切断。 总体方案如下图图2-1所示。2.2 总体设计2.2.1 原理框图声源执行机构延时处理放大电源声电转换光源2.2.2 电路设计原理图电路主要由555集成电路和声、光控专用集成电路组成。（1）白天或夜晚光线较亮时，Q4接收到光信号，输出低电平，使得555的3脚输出低电平，SCR截止，光控部分将开关自动关断，声控部分不起作用4。（2）当光线较暗时，光控部分将开关自动打开，Q4的b极处于高电平状态，高电平再次放大使得Q5的c极为低电平555的4脚接收到高电平，同时声音信号从MIC输入，经三极管放大输入到555的2脚，触发555的3脚输出高电平触发SCR导通，使电源部分导通，灯亮。负载电路的通断同时受控于声控部分和光控部分。电路是否接通，取决于光照的强度以及声音信号强度。当光照和声强达到一定程度时，电路自动接通，点亮白炽灯，并开始延时，延时时间到，开关自动关断，等待下一次信号。三、电路设计与分析3.1 电源设计3.1.1 电源结构设计电源电路的种类繁多，如端稳压器稳压；LC、RC滤波；桥式整流全波整流；变压器降压等。具体采用什么电路合适，则根据主体电路及执行机构不同和有效益、价廉、可靠等要求进行选用。 根据本文廉价、实用、安全的特点，其电源的设计结构如下图3-1所示： 降压稳压滤波整流图3-1 电源电路的设计结构图3.1.2 结构原理电源电路原理图如下：3.2 声控部分电路设计3.2.1 驻极体话筒驻极体话筒一般由结型场效应与驻极体管组合而成。驻极体是由进行特殊处理的高分子材料组成，这些高分子材料表面具有永久电荷（Q）。驻极体结构有空隙、背极、振膜三部分，这样在背极与振膜间形成一个具有定量电荷的电容结构。当说话时，会引起背极与振膜间的距离(D)变化，据C=S/D可知，将使电容(C)变化，据U=Q/C可知，极板间电压会变化，从而引起结型场效应管的G、S间电压变化，在D、 S间产生放大的电信号。其结构图如下：3.2.2 声控部分电路工作原理及电路图白天，因为光控电路阻断，所以，无论多大声，灯都不会亮。到夜晚，光控电路导通，当人走动的脚步声传到传声器MIC时，声波转换为电信号，经三极管Q3放大，使灯亮。若声控灵敏度偏低，可增大R10阻值，或换高放大倍数的三极管。本系统放大整形电路设计结构如图3-4所示。 图 3-4 声控电路原理图3.3 光控部分电路的设计3.3.1 光敏三极管光敏三极管和普通三极管的结构相类似。不同之处是光敏三极管必须有一个对光敏感的PN结作为感光面，一般用集电结作为受光结，因此，光敏三极管实质上是一种相当于在基极和集电极之间接有光敏二极管的普通三极管。光敏三极管与普通半导体三极管一样，是采用半导体制作工艺制成的具有NPN或PNP结构的半导体管。它在结构上与半导体三极管相似，它的引出电极通常只有两个，也有三个的。为适应光电转换的要求，它的基区面积做得较大，发射区面积做得较小，入射光主要被基区吸收。和光敏二极管一样，管子的芯片被装在带有玻璃透镜金属管壳内，当光照射时，光线通过透镜集中照射在芯片上。3.3.2 光控原理所谓光控就是利用光敏三极管对不同光照呈现的阻抗不同，对时基电路555的四脚进行高低电平的控制，或处于等待触发状态，或处于强制复位状态。夜晚光暗，此时Q4呈高阻而截止，Q5无偏置电流，呈截止状态。555的4脚呈高位，使555触发器处于单稳态触发状态，此时如果有声响，经拾音，放大，倍压整流后，正极性信号使Q1饱和倒通，下跳变信号加之555的二脚使555翻转置位11。3脚由原来的低电平变为高电平（约+8.5V），经R7限流后触发双向可控硅SCR1并倒通，电灯点亮。白天光照Q4呈低阻，Q2正偏置而饱和倒通。其集电极电位，即555的4脚被钳制在0.3V左右，从而是555处于强制复位状态，此时不管2脚有多大的触发电平，555均不会翻转置位。可控硅不会触发倒通，电灯无电不亮。电路原理图如图3-7所示： 图 3-7 光控电路原理图3.4 延时处理部分电路的设计3.4.1 555定时器特点：555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图如右图所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3功能：555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为低电平。3.4.2 延时电路控制原理（1）单稳态延时电路有如下特点： 单稳态延时电路只有一个稳定状态，一个暂稳态。 在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一个暂稳态。 由于电路中RC延时环节的作用，该暂稳态维持一段时间又回到原来的稳态，暂稳态维持的时间取决于RC的参数值。 （2）双稳态电路的特点是： 它有两个稳定状态，在没有外来触发信号的作用下。电路始终处于原来的稳定状态。由于它具有两个稳定状态，故称为双稳态电路。 在外加输入触发信号作用下，双稳态电路从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态。通过比较，单稳态延时电路比起双稳态延时电路要简单、实用，更符合本次设计的要求，所以应选择单稳态延时电路作为延时电路。NE555和R8、C7等组成单稳态延时电路。电灯点亮的时间即单稳态延时电路触发后高电平持续的时间（稳态时间），他取决于单稳态电路的时间常数，其大小为， Td=1.1（R8）（C7）图示3-9所示电路的单稳态时间为36s，即电灯点亮后36秒后熄灭。降压电容选用耐压400V以上的金属化纸介电容器。 图 3-9 延时电路图3.5 参数计算在进行电路设计时，应根据电路的性能指标要求决定电路元器件的参数。例如根据电压放大倍数的大小，可决定反馈电阻的取值14；根据延时时间要求，利用公式，可计算出决定时间大小的电阻和电容之值等等。但一般满足电路性能指标要求的理论参数值不是惟一的，设计者应根据元器件性能、价格、体积、通用性和货源等方面灵活选择。计算电路参数时应注意以下几点：（1）对于电阻、电容参数的取值，应选计算值附近的标称值；非电解电容器一般在100pF0.47F选择；电解电容一般在1F2000F范围内选用。（2）计算元器件工作电流、电压和功率等参数时，应考虑工作条件最不利的情况，并留有适当的余量。（3）对于元器件的极限参数必须留有足够的裕量，一般取1.52倍的额定值。（4）在保证电路达到功能指标要求的前提下，尽量减少元器件的品种、价格、体积等。（5）设计已确定的参数指标为： 额定电压：220V ；额定电流：1A ； 光线强度 10LX ，触发电压 0 20dB( 可调 )； 亮灯持续时间： 36S5S ； 静态功耗： 0.3W;；动态功耗 :0.9W( 不包括 Q3 的功耗 ) 。结论本课题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，过几分钟后又自动熄灭，节能省电。再结合我们国内外路灯照明电路的现状，本设计正是解决这种浪费现象，且节能方便的有效方案之一。完成这次课程设计我觉得收获很多，不但进一步掌握了模拟电路的知识，还提高了自己的设计能力及动手能力。更多的是让我看清了自己，明白了凡事需要耐心，实践是检验真理的唯一标准。理论知识的不足在这次实习中表现的很明显。这将有助于我今后的学习，端正自己的学习态度，从而更加努力的学习。只有这样我才能真正的去掌握它，而不是只懂得一点皮毛。同时我认为这是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我成功的一项非常重要的保证。而这次设计也正好锻炼我这一点，这也是非常宝