声光双控开关.doc

摘要社会的快速发展，一种新颖、安全、节电、结构简单、安装方便的升空走廊灯节能自动开关随之产生。本设计是由电源电路、声控电路、光控电路和延时控制电路组成。声光双控是通过光敏电阻来实现的，当光敏电阻在背光的的时候灯就会慢慢的熄灭，即这时也是人走过的时候。当人走过时只需用手轻拍一下灯就会自动点亮，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： 光敏电阻；声控电路；延迟控制电路 目录摘要.I1 系统方案设计与论证.11.1 系统工作原理.11.2 系统方案设计.21.3 系统方案论证.22 系统硬件设计.32.1 总体电路图与布线图.32.2 单元电路设计与计算说明32.3 元器件选择和电路参数计算说明.63 设计电路仿真调试93.1 仿真电路图.93.2 仿真结果.10参考文献.12附录131 系统方案设计与论证1.1 系统方案设计由设计的主要内容与要求可以看出该电路可以有以下几个方案：（1）利用门电路来完成声光控制的调节，电路图如下：图1.1 利用门电路设计的电路图图1.2 工作原理图（2）采用LM324运算放大器制作而成的声光控制楼梯走道延迟照明开关，采用二线接法，可以直接取代普通照明开关，而不必更改室内原有布线。其中接成四只电压比较器的运放A1-A4可采用一块单电源四运放集成电路LM324，其它元件无特殊要求。1.2 系统方案论证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，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稳压电压，要求不高，所以我们采用话筒放大。为实现声控功能，要设置话筒放大电路，主要是有话筒拾音电路和放大电路组成。光敏控制电路为实现光控的功能，可以有光敏电阻来实现。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时电压消失，保持一段时间，所保持时间的长度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T=RC，这是可控电压，控制电路时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。论证方案：采用方案一。结构简单，易于实现。声源产生的声音信号，MIC将声音信号接收后经VI1放大，再经整流电路装变电压信号。当有光照照在光敏电阻RGM上时，其电阻数值变小，对直流控制电压衰减很大，导致VT2、VT3和R7、VD3组成的电子开关截止。而C4中无电荷，使单向可控硅MCR处于截止状态，灯泡不亮。1.3 系统工作原理它主要由这几部分组成：整流、稳压二极管；话筒；光敏电阻，可控硅开关等。能够通过调节电阻和电容的大小来改变灯亮的时间长短，如果时间过长就应该减小电阻或电容的值，反之则增大。光敏电阻和话筒的高度也会使灯的时间收到影响，声光控制灯开关，在白天或光线较亮时，开关呈关闭状态，灯不亮；夜间或光线较暗时，开关呈预备工作状态，当有人经过该开关附近时，脚步声、说话声、拍手声等都能开启电灯开关。灯亮后经过60s延时，开关自动断开，灯灭。该开关适用于楼道、走廊、洗漱间、厕所等公共场合，能节电并延长灯泡适用寿命，给人们的生活带来了很多的方便，收到了广泛的应用。本电路是采用声控延时电路，其电路原理如下所示。220V的灯充电直接整流。在输入端串接25W灯泡，输出端接可控硅供电电路稳压电路，稳压电路时给话筒放大，音频放大等提供8.2V直流电，话筒放大，可以把声音信号装换为电信号并放大，然后经音频放大器使信号达到足够大；检波音频信号的正周期，即把音频信号装换为直流信号。经过延时电路以后送到控制电路，由控制电路去控制可控硅，若可控硅断开，则整流电路负载断开，若导通，则整流电路负载导通。光敏控制电路把光照变成电信号，从而去控制音频信号往后边输出情况，可见，本电路灯泡要受可控硅的控制，可控硅受话筒取得的音频信号和光敏电阻的控制，从而可以控制声控和光控；灯亮的时间由延时电路的时间长短决定。2 系统硬件设计2.1 总体电路图与布线图 电路图与工作原理图2.1 系统电路图 图2.2 工作原理图工作原理：该声控照明灯开关电路由话筒、声音放大、倍压整流、光敏电路、电子开关、延时电路、交流开关七大部分电路组成。当此电路周围有声音时，MIC将声音信号接收后经VT1放大，再经整流电路转变成电压信号。当有光照照在光敏电阻RGM上时，其电阻数值变小，对直流控制电压衰减很大，导致VT2、VT3和R7、VD3组成的电子开关截止。而C4中无电荷，使单向可控硅MCR处于截止状态，灯泡不亮。2.2 单元电路设计与计算说明（1）声音放大电路当MIC获取到声音信号后，其会转换成电信号，考虑到后面步骤，此信号需用控制电子开关，所以必须加放大器放大该信号。为了获取较高的灵敏度，VT1的值选用大于100。话筒MIC选用灵敏度高的。R3不宜过小，否则电路容易产生间歇振荡。其电路如下所示：图2.3 声音放大电路获取到声音信号后，其会转换成电信号，由声信号转换成的电信号控制电子开关，所以必须加三极管放大器放大该信号。为了获得较高的灵敏度，Q1的。声信号选用灵敏度高的。R3不宜过小，否则电路容易产生间歇振荡。三极管 VT1的参数：三极管的放大倍数Au=-Rc/(Rb+Rbe)；r=164；Rbe=Rbb+(1+r)*Ut/Ice，Ut=26mv；直流放大倍数100；Vcbo=45；Ic(max)=0.3经测得三极管的静态工作点：Ubeq=2.6v、Uceq=3.91v、Ibq=1.35mA、Icq=330mA、=244.4(符合要求)（2）整流电路C2、VD1和VD2、C3构成倍压整流电路。把声音信号变成直流控制电压。此部分电路如下图所示： 图2.4 整流电路（3）光敏电路光敏电路核心元件为光敏电阻，其通过对光线变化程度自动改变阻值从而改变电压信号的大小，白天有光照光敏电阻阻值小，夜晚阻值大。 图2.5 光敏电路（4）电子开关当电压信号达到一定值时，电子开关打开。当电压信号小于此值时，电子开关关闭。其起到的主要作用是控制延时电路中的电容充放电。 图2.6 电子开关（5）延时电路与交流开关由于需要的灯泡持续时间并不是很长，大概几十秒左右，所以用一个电容控制开关的状态即可。当夜晚无光时，电子开关打开时，C4连通，即开始充电。当电子开关关闭后，C4开始放电。C5为抗干扰电容，用于消除灯泡发光抖动现象。R8、C5和单向可控硅MCR、VD5-VD8组成延时与交流开关。C4通过R8把直流触发电压加到MCR控制端，MCR导通，灯泡点亮。可控硅作为开关元件的优点是属于无触点开关元件使用寿命长。灯泡发光的时间是由C4、R8的参数决定。图2.7 延时电路晶闸管参数如下:VDRM=VRRM=2600V 是最高电压不能超过2600VIT=500A 最大电流不能超过500AIGT=220mA 触发后最小维持电流小于220mA VGT=2.2V,控制触发电压小于2.2V （6）电源电路220V交流电通过灯丝，经过VD5-VD8整流后，和R9、R10、VD4降压。C6为滤波电容，VW为稳压值12-15的稳压二极管，保证C6上的电压不超过15V直流电压。此部分电路作用提供稳定的工作电压。电路图如下：图2.8 电源电路2.3 元器件选择和电路参数计算说明 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5，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。总之，元件的选择可灵活掌握，参数可在一定范围内选用。 图2.9 单向可控硅 图2.10 CD4011设PNP管和NPN管集电极电流相应为Ic1和Ic2；发射极电流相应为Ia和Ik；电流放大系数相应为A1=Ic1/Ia和A2=Ic2/Ik，设流过J2结的反相漏电电流为Ic0，单管放大电路参数的设置：经测试，得知r=164,实测9013的导通电压为Uon=Ube=0.4V，给定电源电压Vcc=+6V。在静态工作的时候，要使三极管发处于放大状态，则Vce一般取大于2V小于Vcc的2/3。又由于Vce是根据公式 Vce=Vcc-Vr4-Vr5,Vr4+Vr5=(Rc+Re)*Ice而得, 而Ice=(Vr3-0.4)/Re,Vr3=Rb2/(Rb2+Rb1)*Vcc先假定Rb2=6.8K，则有：Rb1=75K，Rc=24K，Re=2K。此时，Ice=(Vr3-0.4)/Re=0.1mA,Vce=Vcc-(Rc+Re)*Ice=3.43VVbe=0.4+Ice*Re=0.50V这些参数满足使三极管工作在放大状态。Au的计算：Au=Uo/Ui=-(r*Rc)/Rbe其中r=164, Rbe=Rbb+(1+r)*Ut/Ice,Ut=26mV经计算得出：Rbe=43.1k,Au=95.47 。图中C6的作用是对电源进行滤波，通常取得较大，这里取C6=100UF。R1=10K是为了给麦克风起保护作用。晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：Ia=Ic1+Ic2+Ic0或Ia=Ia+Ik+Ic0若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为Ik=Ia+Ig从而可得出晶闸管阳极电流为：I=(Ic0+Iga2)/（1-（A1+A2） （11） 硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数A1和A2随其发射极电流的改变而急剧变化。式（11）中，在晶闸管导通后，1-（A1+A2）0,即使此时门极电流Ig=0,晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia而继续导通。晶闸管在导通后，门极已失去作用。在晶闸管导通后，如果不断的减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流Ia减小到维持电流IH以下时，由于A1和A2迅速下降，当1-（A1+A2）0时，晶闸管恢复阻断状态。3 设计电路仿真调试3.1 仿真电路图 图3.1 proteus仿真电路图根据电路图结构及proteus画图方法，可以设计出proteus仿真电路图，如上所示。3.2 仿真结果 输出波形仿真如下：（1） 白天时，回路没有接通，路灯不亮，部分仿真电路为：图3.2 白天时proteus仿真结果（2）当夜晚时候，有外界声源，回路接通，路灯点亮，部分仿真电路为： 图3.3 夜晚有声源时proteus仿真结果4 设计总结 本人通过这次课程设计深切体会到了掌握专业技能的重要性，作为一名应用电气专业的本科生，如果不能运州所学理论知识和专业技能通过实践培养自我的动于操作能力，那么当就业的时候就会到处碰壁，让你感觉无所适从，这时候你才会发觉其实在校同培养自己的实操动手能力和学好专业理论知识和技能的重要性。 这次课程设计让我深深认识了自己，切实地说，以我现在的水平真的很难完成这次课程设计的硬件制作。该设计硬件制作需要到各方面的电子技术知识，囊括了模拟和电子技术基础、电子线路辅助设计、电子性能检测、高频电子线路、电子产品制造技术、数字通迅技术、电子设计与制作、智能电子产品设计等，本设计不仅需要对专业知识有深刻的认识和理解，同时还要求设计者具备严密的逻辑思维判断能力，这些都是需要我们好好学习和总结经验教训的。 最后，再次感谢课程设计期间李老师对我的悉心教导和帮助；对所有帮助、关心我的同学朋友们致以深切的谢意，感谢你们一路来的支持和鼓励。参考文献1康华光.电子技术基础数字部分（第五版）M北京:高等教育出版社，20062华成英，童诗白.模拟电子技术基础(第四版)M北京:电子工业出版社，20043黄志玮.电路计算机仿真设计与分析M北京:电子工业出版社,20074彭介华.电子技术课程设计指导M北京:高等教育出版社，2005附录元件清单及参数表序 号型号或参数 作 用序 号型号或参数 作 用VT19014（NPN）信号放大R110K分压限流VT29314（NPN）开关R22M基极