声控灯论文楼道控制照明灯设计.doc

-楼道控制照明灯设计院系： 专业：通信工程班级： 姓名： 学号： 指导教师： 年 月 日星期四目录第一章 绪论3第二章 方案论证42.1 设计的目的和任务42.2 设计要求5第三章电路图原理63.1 电路原理图63.3声光控电路73.3.1 光控电路原理73.4.1 声控电路原理7第四章 元器件简介94.1 元器件清单94.2元器件简介94.2.1 NE555内部结构原理与电路符号94.2.2 74LS122 内部结构与原理104.2.3 光敏电阻结构124.2.4 运放LM358工作原理13第五章 电路的调试与焊接145.1电路的调试145.2焊接时注意的事项15第六章 心得体会17第七章 附页18参考文献：18致谢：19附录：20第一章 绪论 公共场所和居民住区的公共楼道普遍使用机械手动开关，由于各种原因往往出现许多灯泡点亮长明显的现象，故使灯泡寿命短，浪费电量，为国家、单位、个人造成经济损失。另外，由于频繁开关或其他人为因素，墙壁开关的损失率很高，既增大了维修量、浪费了资金，又容易造成事故隐患。因此，设计研制一种电路新颖，安全节电、结构简单、使公共场所和居民居住区的公共楼道自动开关显得相当造成经济损失。另外，由于频繁开关或其他人为因素，墙壁开关的损失率很高，既增大了维修量、浪费了资金，又容易造成事故隐患。因此，设计研制一种电路新颖，安全节电、结构简单、使公共场所和居民居住区的公共楼道自动开关显得相当有必要。使公共场所和居民居住区的公共楼道灯在白天时不亮，晚上闻声自亮，待人走后，几十秒后自动关闭，既方便又省电。以往的声控开关大多都是应用模拟电子技术进行设计，分立元件多，不可靠，如今单片机技术已经相当成熟，运用单片机可以设计出智能型的声控开关，电路设计好后，运用软件编程来实现其功能，灵活方便，修改简单。 目前许多声控开关的平均使用寿命不长，主要是因为电路作频繁的开关，启动电流非常大，导致功率元件可控硅由于过载而损坏。本文中采用开关电压过零保护技术，可消除白炽灯开启瞬间的大电流冲击，有效地防止可控硅元件启动时电流过载，大大地延长了开关使用寿命，并且可以起到保护灯泡的作用。本次课程设计的任务是楼道声控灯，根据模拟电子和数字电子所学的知识自主设计，在老师的指导下以小组为单位组装实物并调试。如今，人们对声控技术越来越熟悉。用声音代替肢体动作给人们带来了很多好处和便利。因此，越来越多的声控设备广泛地应用到人们的生活当中。第二章 方案论证 声控灯包括负载RL、可控硅SCR、话筒MIC及声控电路，灯负载RL与可控硅SCR串接后与电源相连，话筒将声音信号转换成电信号，声控电路通过声音信号控制可控硅SCR的导通状态，其特征在于，所述声控电路包括电源部分，谐振放大部分及触发器，电源部分通过电容降压、整流及稳压提供声控电路所需的直流电压，谐振放大部分包括多极三极管放大，话筒接在第一级放大三极管的基极上并由电容耦合，一个由电感和电容构成的震荡电路接在末级放大三极管的基极上，放大后的信号影响触发器的翻转，并最终控制可控硅的控制极的单位。准确说我们的声控灯应该全名为-声光控灯。因为和光线也有关系。白天你放鞭炮它都不会亮。 光控电子开关，它的“开”和“关”是靠可控硅的导通和阻断来实现的，而可控硅的导通和阻断又是受自然光的亮度（或人为亮度）的大小所控制的。该装置适合作为街道、宿舍走廊或其它公共场所照明灯，起到日熄夜亮的控制作用，以节约用电。 220V交流电通过灯泡H及整流全桥后，变成直流脉动电压，作为正向偏压，加在可控硅VS及R支路上。白天，亮度大于一定程度时，光敏二极管D呈现底阻状态1K，使三极管V截止，其发射极无电流输出，单向可控硅VS因无触发电流而阻断。此时流过灯泡H的电流2.2mA，灯泡H不能发光。电阻R1和稳压二极管DW使三极管V偏压不超过6.8V，对三极管起保护作用。夜晚，亮度小于一定程度时，光敏二极管D呈高祖状态100K，使三极管V正向导通，发射极约有0.8V电压，使可控硅VS触发导通，灯泡H发光。RP是清晨或傍晚实现开关转换的亮度选择元件。2.1 设计的目的和任务1. 巩固加深对模拟电子技术和数字电子技术基础的知识理解，提高综合利用所学知识的能力，培养学生独立分析问题，解决问题的能力。2. 通过查找资料、选方案、设计电路、仿真和调试、写报告等环节的训练，熟悉设计过程、步骤。为今后从事电子线路的设计，研制电子产品打下基础。3. 设计模拟和数字混合电路，实现特定功能，学习这一技能，积累一方面的经验。2.2 设计要求1. 设计居民住宅楼的楼道声控灯。2. 在白天亮度较高的时候，既楼道内光线充足时此开关关闭，灯熄灭。3. 夜晚楼道内管线很暗时，若楼道内充分安静，此时灯不启动。4. 若在光线很暗的楼道内，有人发出声响，此灯会自动开启发亮。5. 画出电路图 （1）用protel绘制电路原理图 （2）布局合理、排列均匀，图面清晰，便于看图，有利于对图的理解和阅读。 （3）图形符号要标准，图中应加适当的标注。第三章电路图原理3.1 电路原理图 图3-1（电路原理图）3.2 VCC值的确定 可由R3，R1的分压作用将家用电压经整流后所得电压V0=220*1.414=311V,输入电压的表达式为VCC=R1*V0/(R1+R3) 算得VCC=5V3.3声光控电路 图3-23.3.1 光控电路原理 光控电路中的光敏电阻随外界光线的增强而阻值逐渐减小，当它阻值变小时，其两端电压变小，输入低电平，从而控制电路在光线强时整个电路不工作。3.4 声控电路 图3-4（声控电路）3.4.1 声控电路原理 声控灯接收声音信号用的是小话筒（也叫麦克风），而不是什么“声敏电阻”。声音信号经放大后，经整流，再去触发可控硅，实现电灯的开启。经过约一分钟的延时后，再去掉触发信号，可控硅就自动关断了，灯也就熄灭了。 所谓可控硅是一种npnp的四层器件，平时他是关断的，当在控制端给一个触发脉冲时，他就导通了，导通后，即使撤掉触发脉冲，他仍然导通，不会关断，只有给它施加反向电压或切断电流，他才能关断。上边说的声控灯，就是去掉触发脉冲后，利用交流电的过零瞬间，或脉动直流的过零瞬间，电流的中断，使可控硅自动关断的。3.4.2 声光控制照明电路总的原路图 总的电路的设计是将声控放大电路、光控电路、555构成的施密特触发器和74122构成的单稳态触发器组合起来，这样即可以实现声控、光控、波形整形和延时的功能。第四章 元器件简介4.1 元器件清单NE555一个74LS122一块LM358一个驻极话筒一个电阻：330，2个；1K，4个；7K，5个；10K，2个；150K，2个电位器 单圈蓝色方形一个22K电容：16V 47uF一个；16V 10uF两个；光敏电阻；发光二极管LED一个；4.2元器件简介4.2.1 NE555内部结构原理与电路符号图4-1(NE555内部结构原理与电路符号) 555定时器由3个阻值为5K的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G4组成。虚线边沿标注的数字为管脚号。其中，1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平脉冲；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入脉冲（或使其电压低于0.7V）可是555定时器直接复位；5脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出电压为约低于电源电压1V-3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；8脚为电源端，可在5V-18V范围内使用。555定时器工作时过程分析如下： 5脚经0.01uF电容接地，比较器C2和C2的比较电压为：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。 VI12/3VCC,VI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。VI11/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低高平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不变。 当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。当VI12/3VCC,VI21/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。NE555引脚图 图4-2（NE555引脚图）4.2.2 74LS122 内部结构与原理的输出脉冲宽度tWQ可由三种方法控制。一是通过选择外定时元件CEXT和RT值来确定脉冲宽度，由于 122 有内定时电阻Rint，故必要时可只 接Cext。二是通过正触发输入端（B）或负触发输入端（A）的重触发延 长tWQ，三是通过清除端（CLR）的清除使tWQ缩小。 图4-3（74LS122引脚）引出端符号：CEXT外接电容端Q正脉冲输出端/Q负脉冲输出端/CLR直接清除端（低电平有效）RextCext外接电阻/电容端Rint 内电阻端 A1、A2 负触发输入端 B1、B2正触发输入端功能表： 图 4-4（74LS122功能表） 说明：1.外接电容接在 Cext（正）和 Rext/Cext（正）之间。2.如用内定时电阻，需将 Rint 接 Vcc3.为了改善脉冲宽度的精度和重复性，可在 Rext/Cext 和Vcc 之间接外接电阻，并且 Rint 开路。4.为了得到可变脉冲宽度，可在 Rint(或 Rext/Cext)和 Vcc之间接接变电阻。 H高电平 L低电平 X任意低到高电平跳变高到低电平跳变 一个高电平脉冲一个低4.2.3 光敏电阻结构 图5（光敏电阻）简介光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达110M欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.40.76）m的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。结构通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子空穴对，参与导电，使电路中电流增强。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极常采用梳状图案，它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。一般光敏电阻器结构如右图所示。 光敏电阻器通常由光敏层、玻璃基片（或树脂防潮膜）和电极等组成。光敏电阻器在电路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示4.2.4 运放LM358工作原理 LM358里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。 要使LM358的声控放大电路的放大倍数为3050，即,可选用=4.7K、=150，此时算得。，要使LM358的2脚和5脚的电压为，必须选用两对阻值一样的电阻，这里在5引脚选用4.7K，在2引脚选用1K。要使延时时间为5s，即使=5s，选用150的电阻和47uF的电容，即在11脚和13脚间接入47uF的电容，在13脚和间接入150电阻。第五章 电路的调试与焊接5.1电路的调试当一个电路板焊接都完成后，在检查该电路板是否可以正常工作时，通常不要直接给电路板供电，而是要按下面的步骤进行检查，确保每一步都没有问题后在上电也不迟，以免造成不必要的危险。(1)、连线是否正确 如今，大家都是使用电路绘制软件进行电路板的设计，但是还是建议大家先画原理图在生成网络表来生成PCB的连接，有很多的初学者学习PCB电路板的软件是都是直接话PCB(我初学时就是这样的)，在单片机的入门和设计各个小实验电路板时都是直接在元件库中拉出元件封装来话PCB，通常会导致很多管脚的错连。如果你是使用很规范的电路设计步骤来设计的电路板，那么你的原理图是你检查的关键，这里需要检查的地方主要在芯片的电源和网络节点的是否标注正确，同时也要注意网络节点是否有重叠的现象，这是检查的重点。另一个检查的重点是元件的封装。现在很多的芯片的封装的不同，其引脚的顺序也是不同的，以前记得一个研究生在调试NEC的处理器是就有类似的事情发生，我记得他选用的是NEC的UPG78F9222的8位Flash处理器，但是其在设计电路时原理图中的是DIPPCB的封装对应的引脚，但是在PCB中是贴片的元件，管叫完全的不对应，导致上电是老是烧芯片，但是这样就会给调试者误导以为是自己的电源有问题(2)、电源接口是否有短路现象 这里就体现出调试之前不上电的原因，有的电源接口短路，这样会造成你的电源烧坏。有时会有电源爆炸的事故发生。使用万用表测量一下电源的输入阻抗。这是必须的步骤。再设计是电源部分可以使用一个0欧姆的电阻来作为调试方法，上电前先不焊接电阻，检查电源的电压正常后在将电阻焊接在PCB上给后面的单元供电。以免造成上电由于电源的电压不正常而烧毁后面单元的芯片，但是贴片的就更麻烦！电路设计中增加保护电路，比如使用自恢复保险丝等元件。(3)、元器件安装情况 主要是检查有极性的元器件，如发光二极管，电解电容，整流二极管等。以及三极管的管脚是否对应，对于三极，同一功能的不同厂家其管教的排序也是不同的。所以最好使用万用表测试一下！5.2焊接时注意的事项 手工焊接是传统的焊接方法，虽然批量电子产品生产已较少采用手工焊接了，但 对电子产品的维修、调试中不可避免地还会用到手工焊接。焊接质量的好坏也直 接影响到维修效果。手工焊接是一项实践性很强的技能,在了解一般方法后,要多 练;多实践,才能有较好的焊接质量。 手工焊接握电烙铁的方法,有正握、反握及握笔式三种。焊接元器件及维修电路 板时以握笔式较为方便。 手工焊接一般分四步骤进行。准备焊接:清洁被焊元件处的积尘及油污,再将被 焊元器件周围的元器件左右掰一掰,让电烙铁头可以触到被焊元器件的焊锡处,以 免烙铁头伸向焊接处时烫坏其他元器件。焊接新的元器件时,应对元器件的引线 镀锡。加热焊接:将沾有少许焊锡和松香的电烙铁头接触被焊元器件约几秒钟。 若是要拆下印刷板上的元器件,则待烙铁头加热后,用手或银子轻轻拉动元器件, 看是否可以取下。清理焊接面:若所焊部位焊锡过多,可将烙铁头上的焊锡甩掉 (注意不要烫伤皮肤,也不要甩到印刷电路板上!),用光烙锡头沾些焊锡出来。若 焊点焊锡过少、 不圆滑时,可以用电烙铁头蘸些焊锡对焊点进行补焊。 检查焊 点:看焊点是否圆润、光亮、牢固,是否有与周围元器件连焊的现象。 二、焊接质量不高的原因 手工焊接对焊点的要求是：电连接性能良好；有一定的机械强度；光滑圆 润。 造成焊接质量不高的常见原因是:焊锡用量过多,形成焊点的锡堆积；焊锡过少, 不足以包裹焊点。冷焊。焊接时烙铁温度过低或加热时间不足,焊锡未完全熔 化、浸润、焊锡表面不光亮(不光滑),有细小裂纹(如同豆腐渣一样!)。夹松香焊 接,焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香,造成电连接不良。若夹杂加热不 足的松香,则焊点下有一层黄褐色松香膜；若加热温度太高,则焊点下有一层碳化 松香的黑色膜。对于有加热不足的松香膜的情况,可以用烙铁进行补焊。对于已 形成黑膜的,则要吃净焊锡,清洁被焊元器件或印刷板表面,重新进行焊接才行。 焊锡连桥。指焊锡量过多,造成元器件的焊点之间短路。这在对超小元器件及 细小印刷电路板进行焊接时要尤为注意。焊剂过量,焊点周围松香残渣很多。 当少量松香残留时,可以用电烙铁再轻轻加热一下,让松香挥发掉,也可以用蘸有 无水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊剂。焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖。 这多是由于加热温度不足或焊剂过少,以及烙铁离开焊点时角度不当造成的。 三、易损元器件的焊接 易损元器件是指在安装焊接过程中,受热或接触电烙铁时容易造成损坏的元器件, 例如,有机铸塑元器件、MOS 集成电路等。易损元器件在焊接前要认真作好表面 清洁、镀锡等准备工作,焊接时切忌长时间反复烫焊,烙铁头及烙铁温度要选择适 当,确保一次焊接成功。 此外,要少用焊剂,防止焊剂侵人元器件的电接触点(例如继 电器的触点)。焊接 MOS 集成电路最好使用储能式电烙铁,以防止由于电烙铁的 微弱漏电而损坏集成电路。由于集成电路引线间距很小,要选择合适的烙铁头及 温度,防止引线间连锡。焊接集成电路最好先焊接地端、输出端、电源端,再焊输入端。对于那些对温度特别敏感的元器件,可以用镊子夹上蘸有元水乙醇(酒精) 的棉球保护元器件根部,使热量尽量少传到元器件上。第六章 心得体会 通过本次的课程设计让我更加深刻理解数字电路与模拟电路的相关知识，巧妙地把两门课程结合起来应用到现实生活中，在本次课设中，让我感觉了，自己所学知识的溃乏，验证了古人说的