声光控制楼道开关设计

榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 1 页 共 29 页榆林职业技术学院神木校区2012 级毕业设计（论文）题目 声光控制楼道开关设计年 级:学 号: 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 2 页 共 29 页姓 名:专 业:指导教师:目录摘 要 .4第 1 章 绪论 .51.1 声光控灯的历史与现状 .51.2 声光控制灯的设计方案 .61.3 声光控制开关的主要原理 .61.3.1 声光控制开关电路功能 .62.1 电源电路设计 .72.2 延时处理电路设计 .82.2.1 定时器 .82.2.2 定时器构成的单稳态电路 .92.3 声控电路设计 .102.4 继电器控制电路设计 .10 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 3 页 共 29 页2.5 光控制电路设计 .11第 3 章 整机电路 .13第 4 章 电路方针 .15第 5 章 实物设计的调试 .165.1 常用电子元器件的安装 .165.1.1 IC 插座的安装 .165.1.2 晶体管的安装 .165.1.3 电阻的安装 .165.1.4 电容的安装 .165.2 焊接 .175.2.1 焊接准备 .175.2.2 焊接过称 .175.3 调试 .185.3.1 动态调试 .185.3.2 动态调试 .18总 结 .19致 谢 .20参考文献 .21 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 4 页 共 29 页榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）任务书姓名 王阳 专业 机电一体化 班级 13 级机电毕业设计（论文）题目 声光控制楼道开关设计毕业设计（论文）工作起止时间 地点毕业设计（论文）的内容： 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 5 页 共 29 页毕业设计（论文）的要求：指导教师签名： 摘 要声光控制楼道开关，能自动控制白天开关，夜晚亮灯，人走灯灭。这里介绍声光控制自动延时开关，综合了声光和延时，工作稳定，节电并延长灯泡寿命。 整个电路由声控电路，延时电路，光控电路，电源电路组成。220V 供交流电压供电，光控电路对外界光亮程度进行检测，输出与亮度程度相对的电压信号。从而实现白天灯不亮，晚上遇到声响时，通过声控电路使灯泡自动点亮，声控电路主要将声音信号转变为电信号，从而实现自动控制，延时电路当声音失后延长一段光照时间。在白天或光线较强的场合，即使有较大振动声响也能控制灯泡不亮；晚上或光线较暗时遇到声响，振动后自动点亮，并延长一段时间。声光控制楼道灯开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂，办公楼，教学楼等公共场所，它具有灵敏，低耗，使用寿命长，节能，体积小，外形美观，制作容易，工作可靠等优点。 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 6 页 共 29 页关键词 声控；延时；光控；光照强度；节能第 1 章 绪论1.1 声光控灯的历史与现状科技的进步使电灯的样式，种类以及对灯的控制方式千变万化，随着社会的发展，资源的大量开采，能源在不断的减少，所以我们要建立起节约能源的意识，电能的节约首当其冲，而电灯的使用最为普遍，所以设计一种自动控制灯开关的电路是非常必要的，可行的，声光控制灯开关就是其中的一种。1.2 声光控制灯的设计方案设计声光控制开关，最起码要考虑三方面的问题，其一是灯泡的开关控制,这是由 220V 市电供电。其二是光控制，使其在有光时，即使有声音也不能亮。其三就是 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 7 页 共 29 页声音控制，在晚上或光线不足时，只要有人经过，发出声音，灯泡就会点亮并延时。电路由定时电路，声光控电路，电源电路组成。白天光线较强时，光控部分将开关自动断开，声控部分不工作。夜晚光线较暗时，光控部分将开关自动接通，负载电路的通断受控于声控部分，电路是否接通，取决于声音信号强度。当声音信号强度达到一定程度时，电路自动接通，点亮电灯泡，灯泡开始延时，延时时间到开关自动断开，以此循环动作。1.3 声光控制开关的主要原理声光控制楼道开关主要利用光学，声学和电子学的原理，即用光敏电阻和声音传感器将光亮程度和信号转换成电信号，从而推动 NE555 的 Q 端输出高电平继电器吸合使电路正常。1.3.1 声光控制开关电路功能1.白天不亮；2.晚上有响声时灯亮，延时几十秒（设成 30s）后熄灭；3.灯泡任意功率。 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 8 页 共 29 页第 2 章 单元电路设计2.1 电源电路设计电源电路由变压，整流，滤波，稳压四部分组成，电源电路框图如图 2-1所示。降压过称是将 220V 单相交流电压直接输入有一定匝数比的 变压器，得到降 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 9 页 共 29 页压后的电压。然后将变压器副边的交流电压通过单相桥式整流电路，得到脉动系数较大的直流电压。为了减小电压的脉动，将经过整流桥整流后的直流电压通入由滤波电容构成的滤波电路。稳压电路有电阻个稳压二极管构成，利用二极管的稳压特性，使得到不受电网电压波动和负载电阻变化影响的稳定性较高的直流电压。2.2 延时处理电路设计2.2.1 定时器定时器的内部电路封装和引脚图组成如图 2-3 所示。定时器的内部主要包括两个运放构成的集成电路电压比较器，一个 R-S 触发器， 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 10 页 共 29 页一个晶体管和几个电阻。下面介绍定时器各引脚的连接及功能：1 脚为接地端，也是芯片的公共端；8 脚为电源端 Vcc；3 脚为电路的输出端；7 脚为放电端，相当于一个开关；4 脚为电路的复位端，其接地时，输出为低电平，且保持不变，一般将 4 脚接地在电源的正极上，电路能正常工作；只要在此输入低电平，输出端立即被置为低电平，不受其他输入状态影响。正常工作时接高电平可直接接到电源上。5 脚为比较电压控制端，如果 Vcc 端没有外加电压时两个比较器的参考电压，由电源电压经过三个等值电阻分压提供，则在这种情况下，该端可通过电容（0.01uf）接地，防干扰信号窜入。如果该端接入外电压 Vco 时，因此 Vco 可改变参考电压值 Vr。2，6 脚为两个电压比较器的输入端，一个为反相输入端，一个为同相输入端，他们输入的信号可以是数字信号也可以是模拟信号，分别与比较器所设置的参考电压进行比较便于控制输出状态。同时它们和 7 脚在电路中的接法决定了工作状态.R 为置 0 输入端，当 R=0 时，定时器的输出 OUT 为 0；当 R=1 时，定时器具有以下功能:1. 当高触发端 TH2/3 Vcc，且低触发端 TR1/3 Vcc 时，比较器 C1 输出为低电平；C1 输出的低电平将 RS 触发器置为 0 状态，即 Q=0,使得定时器的输出 OUT 为 0，同时放电管 VT 导通。2. 当地触发端 TR1/3 Vcc 时，定时期的输出 OUT 和放电管 VT 的状态保存不变。根据分析，可以得出定时器的功能表，如表 2-1 所示。2.2.2 定时器构成的单稳态电路将抵触发端 TR 作为触发信号 u1 的输入端，再将高触发端 TH 和放电管输出端 D接在一起，并与定时元件 R，C 连接，则可以构成一个单稳态触发器。具体电路及工作波形。当触发脉冲 u1 下降沿到来时，由于 TR1/3 Vcc，而 TH=Uc=0，从定时器的功能表不难看出，输出端 OUT 为高电平，电路 进入暂稳态，此时放电管 VT 截止。由于 VT 截止，Vcc 则通过 R 对 C 充电，当=Uc2/3 Vcc 时，输出端 OUT 跳变为低电平，电路自动返回稳态，此时放电管 VT 导通，电路返回稳态后， C 通过导通的放电管 VT 放电，使电路迅速恢复到初始状态。可以算出，输出脉冲的宽度 Tw=1.1RC。所谓光控制就是利用光敏三极管对不同光照呈现的阻抗不同，从而对 NE 定时器的进行高低电平控制，使定时器等待触发状态或处于强制复位状态。 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 12 页 共 29 页白天，亮度较强时，当有足够的光通量照射在光敏电阻上时，其电阻值突然降得很低，既光敏电阻两边的电压就变小，Q6 基极电流大于集电极电流，从而工作于饱和导通状态，集电极与发射极短路，定时器呈低电平，使定时器强制复位状态，Q 端不输出高电平，继电器不吸合电灯不亮。夜晚，亮度较暗时，在黑暗状态下光敏电阻 RV1 呈高阻态，阻值100K，电路通过光敏电阻 RV1 形成低电平，不能使 Q6 饱和导通，Q6 工作于截止状态，集电极与发射极断路，定时器呈高电平，定时器触发处于单稳态触发状态。电灯点亮的时间即单稳态电路触发后高电平持续的时间，它取决于单稳态电路的时间常数，其大小为：Tw 1.1 470k 47uf 30s经计算，电路的的单稳态时间为 30s，即电灯点亮后 30s 熄灭。2.3 声控电路设计驻极体话筒属于电容式话筒的一种，它是在电容器金属极板之间加上一层驻极体薄膜，作为电介质。当薄膜受声波作用而振动时，就引起电容量的变化，并在机板间产生电荷。如果施以直流电源电压，即可输出音频信号，实现声一电转换。本电路的信号放大部分主要采用由多级三极管组成的谐振放大电路，其电路原理图 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 13 页 共 29 页拾音器采用电压蜂鸣器 HTD35-14，当有音响作用到压点陶瓷片上时，声震导致的绕曲变形就会产生相应的点效应。当话筒感应到声音时，就马上把声音信号转换成电信号，电信号直接经过 C1 耦合，再由 Q1，Q2 构成的直藕式音频放大器进行放大。电信号此时从 Q2 的集电极出来经过二极管 D1 导通流向 Q3 基极。此时，Q3 工作于饱和导通状态，集电极输出低电平去触发单稳态电路。2.4 继电器控制电路设计继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统和被控制系统，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节，安全保护，转换电路等作用。电磁继电器的工作原理和特性：电磁式继电器一般由铁芯，线圈，衔铁，触电簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 14 页 共 29 页磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点吸合。这样吸合，释放，从而达到了在电路中的导通，切断的目的。对于继电器的“常开，常闭”触电，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于状态的静触点，称为“常开触电”;处于接通状态的静触点称为“常闭触电”。Q 端输出高电平，继电器吸合，L2 发光；Q 端出低电平，继电器断开，L2不发光。继电器控制电路如图 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 15 页 共 29 页2.5 光控制电路设计在光线较暗时，光敏电阻呈高阻态；在光线较亮时，光敏电阻呈低阻态；光敏电阻通常都工作于直流或低频状态下。光控电路由光敏电阻器 RV1，电阻 R8，R9 和 Q6 组成。如图 2-9 所示。 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 16 页 共 29 页在黑暗状态下光敏电阻 RV1 呈高阻态，电路通过光敏电阻 RV1 形成低电平，不能使Q6 饱和导通。当时时有声音信号时，经过声音信号转换为电信号后放大使后级电路工作。在白天，有足够的光照射在光敏电阻上时，其电阻值突然降得很低，既光敏电阻两边的电压就很低，Q6 基极电流大于集电极电流，从而工作于饱和导通状态，集电极与发射极 短路，4 脚呈低电平，使处于强制复位状态，Q 端不输出高电平，继电器不吸合电灯不亮。 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 17 页 共 29 页第 3 章 整机电路通过对电源电路，延时电路，声音信号处理电路，继电器控制电路以及控制电路的设计与分析。整机电路原理图如图 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 18 页 共 29 页D3,D4,D5,D6 四个二极管构成桥式整流电路，它利用二极管的单向导电特性将220V 的交流电转换成脉动的直流电；C8，C9 为电容滤波，它将整流后的脉动成分滤掉，使之变成比较平滑的直流电：U2，C3，C4 组成的三端固定式稳压器，稳压后输出稳定的+5V 直流电压，当话筒感应到声音时，就马上把声音信号转换成电信号，电信号直接经过 C1 耦合，再由 Q1，Q2 构成的直藕式音频 放大器放大。电信号此时从 Q2 的集电极出来经过二极管 D1 导通流向 Q3 基极。此时，Q3 工作于饱和导通状态，集电极输出低电平去触发单稳态电路。白天，亮度较强时，当有足够的光通量照射在光敏电阻上时，其电阻值突然降得很低，既光敏电阻两边的电压就变小，Q6 基极电流大于集电极电流，从工作于饱和导通状态，集电极与发射级短路，NE555 的 4 脚呈低电平，使 5555 处 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 19 页 共 29 页于强制复位状态，Q 端不输出高电平，继电器不吸合电灯不亮。夜晚，亮度较暗时，在黑暗状态下光敏电阻 RV1 呈高阻态，阻值100K，电路通过光敏电阻 RV1 形成低电平，不能使 Q6 工作于截止状态，集电极与发射极断路，NE555 的 4 脚呈高电平， NE555 触发器处于单稳态触发状态。此时当话筒感应到声音时，就马上把声音信号转换成电信号，电信号直接经过 C1 耦合，再由 Q1,Q2 构成的直藕式音频放大器进行放大。电信号此时从 Q2 的集电极出来经过二极管 D1，Q2 构成的直藕式音频放大器进行放大。电信号此时从Q2 的集电极出来经过二极管 D1 导通流向 Q3 基极。 Q3 工作于饱和导通状态，以触发定时器的 2 脚。2 脚接受到触发信号而使定时器翻转置位， 3 脚输出高电平，继电器线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，街铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动街铁的动触点与静触点吸合。灯泡 L2 发光。图片电路的单稳态延时时间为 30s，即电灯点亮 30s 就熄灭，等待下一次信号的触发。 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 20 页 共 29 页第 4 章 电路方针一个应用系统，要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理软件的支持，本设计方针软件对硬件部分进行仿真。首先绘制仿真图。 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 21 页 共 29 页经过仿真测试，本设计成功实现了任务需求。仿真的目的是测试 灯开关在不同光照强度及有无声音状态下的工作情况，测试结果如表 4-1表 4-1 仿真测试结果光照强度 有无生源 灯的工作状态强（白天） 有 灯不亮强（白天） 无 灯不亮弱（夜晚） 有 灯亮（待声源消失后灯持续亮 30s）弱（夜晚） 无 灯不亮（但有声源时灯亮，声源消失后持续亮30s） 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 22 页 共 29 页第 5 章 实物设计的调试5.1 常用电子元器件的安装电路板上元器件的安装次序应该以前道工序为原则，一般是先装低矮的小功率卧式元器件，然后装立式元器件和大功率卧式元器件，再装可变元器件，易损元器件，最后装袋散热器的元器件和特殊元器件。5.1.1 IC 插座的安装尽管插座本身在电气上并无极性可言，但错误的安装方向将对以后 IC 的插入形成误导。另外特别要注意每个引脚的焊接质量，因为 IC 插座的引脚的可焊性差，容易出现虚焊，焊接时可以适当采用活性较强的焊剂，焊后应加强清洗。5.1.2 晶体管的安装各种晶体管在安装时要注意分辨它们的型号，出脚次序和正负极性；要注意防止在安装焊接的过程中对它们造成损伤。小功率的三极管，场效应管和继电器，封装外形有时完全相同，有些微型封装的器件，表面只能印一，两个标注字，容易混淆，应该尽量与它们的原包装一道拿取，一时用不完的要及时地放回原包装中去。有时即使是同一种型号的器件，由于生产厂家不同，其出脚的次序也有变化，一定要认准其排列不要相互插错。二极管的引出脚也有阴阳级之分，不能插反。5.1.3 电阻的安装安装电阻时要注意区分同意电路中阻值相同而功率不同，类型不同的电阻，不要相互插错。小功率电阻大多采用卧式安装，并且要紧贴底板安装，以减少引线 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 23 页 共 29 页形成的分布电感。5.1.4 电容的安装瓷片电容安装时要注意其耐压级别和温度系数。铝质电解电容的正极所接电位一定要高于负极所接，否则将会增大损耗，尤其是铝质电解电容，极性接反工作时将会急剧发热，引起鼓泡，爆炸。5.2 焊接焊接，是用加热的方式使两件金属物体结合起来。如果在焊接的过程中需要溶入第三种物质，则称之为“钎焊”，所加熔上去的第三种物质称为“焊料”。按焊料熔点的高低又将钎焊分为“硬钎焊”，通常以 450 度为界，低于 450 度的称为“软钎焊”。电子产品安装工艺中 的所谓“焊接”就是软钎焊的一种，主要用锡，铅等低熔点合金做焊料。当一个合格的焊接过程完成后，在这两个界面上都必定会形成良好的扩散层。要形成扩散层，必须满足以下几个条件：1. 两金属表面能充分接触，中间没有杂质隔离。2. 温度足够高。3. 时间足够长。5.2.1 焊接准备焊接开始前必须清理工作台面，准备好焊接，焊剂和镊子等必备的工具。更重要的是要准备好电烙铁。准备好电烙铁不仅是要选好一只功率合适的电烙铁，而且是说要调整好电烙铁的工作温度。不可让温度过高，否则烙铁头就会被烧死。烙铁头一旦烧死就必须锉掉表面重新上锡，这对于长寿烙铁头来说就是致命的损伤了。必须注意调节电烙铁的工作温度，使其大约维持在 300 度左右。 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 24 页 共 29 页5.2.2 焊接过称1.元器件引出脚的上锡即将元器件引出脚及焊片，焊盘等被焊物分别地预先用烙铁搪上一层焊锡。这样可以基本保证不出现虚焊。在焊接操作中，一定要养成将元器件预先上锡的进行表面的清洁处理，手工焊接时一般采用刮削的办法处理。刮削时必须注意做到全面，均匀。尤其是处理那些小直径线头时，不能在刮削的起始留下伤痕。较粗的引脚可以在粗糙的工作台板的边缘上边转边刮，细线头则应该夹在刀片和手指之间进行。焊接的操作手法手工焊接有两种基本手法：一种是用实芯焊锡条时的手法，一种是 使用松香焊锡丝做焊料时的手法。操作要领是：始终带着焊剂液膜操作，让焊锡在凝固以前总是处于晶莹发亮的状态。因为焊锡液滴变哑色就说明表面一层已经氧化，已经不是金属，在焊接温度下不会溶解，隔着这层固体杂质，金属间的浸润，扩散将无法进行。两种焊接手法的基本要求是一致的，就是要在尽量短的时间里得到一个有着完美合金层的真焊点。实际操作时在第二种手法中往往掺和着第一种手法。焊接的质量检修检修焊接质量有多种方法，比较先进的方法是用仪器进行。而在通常条件下，则采用观察外观和用烙铁重焊的方法来检验。（1）外观观察检验法一个焊点的焊接质量最主要的是要看它是否为虚焊，其次才是外观。一个良好的焊接点其表面应该光洁，明亮，不得有拉尖，起皱，鼓气泡，夹渣，出现麻点等现象; 其焊料到被焊金属的过渡处应呈现圆滑流畅的浸润状凹曲面。带松香重焊检验法带松香重焊是最可靠的检验方法，同时多用此法还可以积累经验，提高用观察法检查焊点的准确性。 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 25 页 共 29 页5.3 调试由于元器件特性参数的分散性，装配工艺的影响以及其他如元器件缺陷和干扰等各种因素的影响，使用安装完毕的电子电路不能够达到设计要求的性能指标，需要通过调整和试验来发现，纠正，弥补，使其达到预期的功能和技术指标，这就是电子电路的调试。5.3.1 动态调试所谓静态调试即在电路末加输入信号的直流工作状态下测试扣调整其静态工作点和静态技术性能指标。5.3.2 动态调试所谓动态调试即对电子电路输入适当信号的工作状态下测试和调整其动态指标。动态调试是在静态调的基础上进行的。调试的关键是善于对实测的数据，波形和现象进行分析和判断，发现电路中存在的问题和异常现象，并采取有效措施进行处理，使电路技术性能满足预定要求。这需要具备一定的理论知识和调试经验。调试的方法是在电路的输入端适当频率和幅值的信号，并循着信号的流向琢级检测各有关点的波形，参数和性能指标。发现故障现象，应采取不同的方法缩小故障范围，最后设法排除故障。因为电子电路的各项指标互相影响，实际情况错综复杂，出现的问题多种多样，处理的方法也是灵活多变的。总 结我设计的题目是声光控制楼道开关，设计初不知如何下手，经过广泛查阅资料和马老师的精心指导，我掌握了各部分电路的功能，独立完成了一个简单声光控制楼道开关的设计，虽然设计的简单，但简洁清晰易懂，其中声控电路，光控电路，延时电路是本设计的核心部分。在设计基本完成后，我体会到 在实践中学习的重要性，对于将来我走上工作岗位具有十分重要意义。由于前期工作不彻底，对所设计的需求分析的要求认识不够清楚，体会到在设计中每一步的重要性，如果上一个步骤不能很好的完成，在后续的设计将会付出百 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 26 页 共 29 页陪的代价。在整个设计阶段我感受最为深刻的是掌握学习的方式和解决问题的方法。首先是了解问题的方式，其次就是解决问题的方法，在设计过程中，我深刻体会到了这一点的重要性，在今后的学习和研究中我也会继续将这种方法延续下去。通过这次毕业设计不仅让我巩固和加深了以前所学的知识，加深了对模拟数字电路的理解，对元器件的使用，同时也让我发现了自身的不足。学习不能只学表面的，很多知识需要我们深入理解的。学习也不只是一时的，知识的日新月异需要我们长期的坚持和日积月累。技术只是一方面，更多的我是学会了利用资源。“时间作为一种最宝贵的资源”，让我在设计中体会观察。由于在这设计过程中有很多事情要做，所以时间显得特别紧张。但我制定了论文写作计划。当然，我要付出比别人更多的时间和精力，因为我专业课学的不是很精。本次设计虽然在磕磕绊绊中完成了，但学习过程中暴露出我的不足，同时，我也看到了方向，大学生活的结束并不代表对知识追求的结束，相反这仅仅是学习的开始。差距激励人进步，我想在今后的生活学习中我会更好的充实自己的，向着自己希望的方向努力飞翔。 榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）第 27 页 共 29 页致 谢时光过得真快，转眼间即将毕业，即将离开这读了