楼道声控灯课程设计.doc

第一章 绪 论随着电子技术的发展，尤其是数字技术的发展，用数字电路技术实现灯的自动发亮、节能节电、延长灯的寿命变得越来越重要，而且贴近我们的生活。声光控楼道灯已成为人们日常生活中必不可少的必需品，它电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便。它不需要开关，在白天时不亮，晚上闻声自亮，行人走后几十秒后自动关闭，既方便，又省电。广泛的应用于走廊、楼道招待所等公共场所，给人们的生活带来极大的方便。因此得到了广泛的应用。声光控楼道灯是一种智能灯具，既满足夜晚楼道照明的需要，又能最大限度地节约电能。用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，从而实现了“人来灯亮，人去灯熄”，杜绝了长明灯，使得LED声光控灯低能耗、长寿命。可以达到节能的目的。声光控延时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，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适合于各种楼房走廊的照明设备。采用高亮的白色LED发光管，其优点是：、白天自动熄灭.天黑后灯就处于等待状态,一有响动,灯就亮，延时约12分钟,灯自动熄灭。、耗电很小。以50支5mm的LED灯测试，耗电约3W，不到40W白炽灯的十分之一.而亮度是很接近的.、寿命极长。以LED灯每天点亮12小时算，可使用20年。、以相同7层楼的不同单元做对比测试得出数据：采用40W白炽灯声光控开关的每月电费是5元，一层楼约0.71元；而采用LED灯的每月约0.8元、一层楼不到0.11元.一年仅节省的电费就有50多元，还节省了大量维修费用。、LED灯工作在小电流低电压的状态,所以对控制器的器件要求就要低些,与白炽灯泡控制器相比较其工作寿命就要长得多。、我们建议国家建设部制定新的建筑标准,凡楼道供电均采用24V直流供电,因为使用安全电压,就是有人不小心接触也没事.其次是LED灯直接就可以使用,不用做任何的转换,成本最低效率最高. 节能荧光灯和白炽灯比，胜券在握已无悬念，但楼道照明却限制了荧光灯的使用，因为楼道照明是非持续性的，有人经过才需要光亮，而不断的开关通断会影响荧光灯的使用寿命，所以声光控白炽灯在楼道照明领域得到广泛应用 声控白炽灯价格较低，但其控制电路故障率高，尤其在背景噪声大的使用环境，频繁开关通断会烧坏元器件，故其使用寿命一般都不长。 声光控楼道灯的组成性能，适用范围及工作原理，并介绍出了电路原理及元件参数选择。 第二章 楼道声光控制照明灯设计2.1设计要求设计声光控制照明灯。该电路要求如下：在黑罩模拟，要该电路实现在夜间有声音信号时，照明灯（用LED发光二极管模拟）点亮，无声时延迟5秒后熄；如果声音间隔小于5秒，则LED持续点亮。在白天下常情况下，有声无声时LED均不亮。2.2电路原理话筒（Mic）将声音信号转换成电信号，转化为电信号后再由某一部件来接收，再用一个放大器来将这个信号放大，放大后再将其电信号送至一个触发器，来控制LED灯的亮度。 在此当中我们还要考虑一下让电路判断一下白天或黑天，也就是用一个光敏电阻来控制话筒的开关，这里要强调一下，也就是在光敏电阻被光挡住的时候，话筒有一个信号都可以驱使LED灯亮；当光敏电阻没有处于黑罩状态下时，无论多大的话筒信号都不会驱动LED灯亮。跟据以上的要求，选用LM358双路放大电路来完成话筒和光敏电阻的信号放大，并选用相对应的电阻来放大信号；NE555时基电路，用于模拟黑罩状态；74LS122来控制LED灯的亮灭。电路图如下： 图1-1 声光控制电路图2.3工作过程声控电路由电源部分、谐振放大部分、比较器和触发器组成。电源部分用于提供所需直流电压，谐振放大部分用于将声音信号转换成电信号并进行放大，放大倍数为100倍。该部分包括振荡电路，用于排除干扰信号对该灯状态的影响，触发器用于实现状态保持与转换。比较器用于给触发器一个脉冲，当无光时，比较器输出高电平；触发器翻转，给出脉冲，实现声控功能。当有光时，输出低电平，触发器保持。当有光时，光敏电阻的阻值小于4.7K，则比较器5脚电压小于6脚电压，此时输出低电平使得NE555触发器复位，连接驻极体话筒的谐振放大器不能工作，则触发器就不能给振荡器一个脉冲，74LS122不能工作，LED灯不亮。当无光时，光敏电阻的阻值可近似看成无限大，就有比较器的5脚电压大于6脚电压，此时输出高电平，触发器无法实现复位功能，放大器开始工作。当给出一个声音信号时，LM358的3脚接收近0.04V的电压,经谐振放大器将其放大100倍后输出。使得NE555触发器输出由高到低的脉冲，74LS1226脚输出一个低电平使led灯发光。灯亮时间的长短由单稳态多谐振荡器的11脚和13脚所接的电阻电容的乘积的大小来控制。2.4元件介绍及参数计算2.4.1双运算放大器LM358 下图为LM358集成块示意图 下图为LM358的内部接线图。LM358包含两个放大器。4角和8角为公共的接地端和接电端。分别负责声信号放大和光敏电阻的电路放大。 图1-2 LM358引脚图LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。内部示意图如下： 图1-3 LM358内部结构本次电路共有两次涉及放大器的使用，分别是用来放大电信号（源为电声音信号）和光敏部分需要进行放大。在此次放大当中，必定要涉及一些电阻之间的匹配。具体的配额办法如下图：图1-4 电Mic端放大部分图1-5 光敏设备放大端配额电阻的具体计算如下：放大倍数计算 灯亮时间计算 2.4.2时基电路NE555时基电路NE555 定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。NE555引脚图如下： 图1-6 NE555引脚图下图为NE555的内部接线图：图1-7 NE555集成电路内部电路图目前生产的定时器有双极型和CMOS 两种类型，其型号分别有NE555和C7555 等多种。它们的结构及工作原理基本相同。通常，双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS 定时器具有低功耗、输入阻抗高等优点。555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。2.4.3可触发单稳态多谐振荡器74LS122N左图为可触发单稳态多谐振荡器74LS122，在图中标明了个个引角的作用及部采用的触发器的类形。能看出，74LS122是采用的Q触发器。 图 1-8 74LS122N的引脚图这里再介绍一下可触发单稳态多谐振荡器74LS122的真值表。 表1-12.4.4驻声筒 我们这绍 8122天或黑天，也就是用一个光敏电阻来控制话筒的开关。麦克风是通过振膜感应声波造成的空气压力变化，带动置于磁场中的线圈切割磁力线产生与声压强度变化相应的微弱电流信号。通常动圈麦克风噪音低，无需馈送电源，使用简便，性能稳定可靠。2.4.5发光二极管LED LED发光二级管是常用的指示部件，达里模拟照明灯的作用。该部件在此不作重点分析。2.5元件清单直流稳压电源 1台 数字万用表 1只 光敏电阻 1个 驻极体话筒 1个 集成运放LM358 1片 集成运放NE555 1片 单稳态触发器SN74LS122 1片 发光LED 1个 电容 470F 1个 10F 2个 电阻 4.7k 4个 10k 2个 330 2个 150k 2个第三章 安装与调试3.1安装电路：(1)首先要对整个电路元件的摆放要进行部局，要尽量使元器件之间有足够的空间来部线。(2)其次要检查各元件是否能正常工作。(3)最后要在真正连接的之前检查电线是否导通，以确保在最后的检查工作减少耽误的时间。(4)最后开始连接线路线。(5)连完线之后要检查电路连接是否正确。(6)接电调试。在接电时要注意连接的电压不要太高，以造成元器件的损坏及烧毁。3.2调试电路 电路板焊接完毕后，用数字万用表测量电源与地线是否被误接在一起，如果没有就可接电源（5V）测试电路功能。起初我们的板子在有光的时候亮，无光的时候不亮，然后我们用数字万用表测量LM358的7脚与地电压，测出其值大于1/2VCC，与理论部符，发现LM358的7脚未与NE555的2脚和6脚连接上。连好以后就实现了电路功能。第四章 收获和体会每学期一次的课设开始了，本学期我们要开数字电路设计，题目是楼道声控灯的设计。设计要求（白天有光，就算有声灯也不会亮，夜晚无光灯亮但是在有声的情况下）让我们自己回去先看看书自己设计出一套方案。主要用到；LM358 ，NE555,SN74LS122N还有驻声筒。我们回去翻看书籍，看有关LM358 ，NE555,SN74LS122N这些器件的功能及其内部结构，根据其功能设计出一个能实现功能的电路，起初几个人很没有思路，而且设计的很不对路，但是一次次失败，就注定了我们会迈向成功，当我们第三次课设时老师给出了准确的电路图，和我们设计的思路是一样的，我们每个人都喜出望外，而且对下一步的实践充满了兴趣。等老师发完要用的工具后，我们开始在电路板上布局，我们每个人都动手去画电路布局图，想要达到既美观又能工作的效果，最后我们将方案在DXP中逐一画出，然后生成PCB板并布线，生成3D效果图，来验证哪个布局好，最后决定了我设计的方案。让后我们饭也不吃，开始动手焊接板子。过程是从刚开始的笨手笨脚到后来的熟练，突然间体会到结果并不是那么重要，重要的是过年过程中我们所收获的，我们收获了团队合作精神，和动手实践的能力。我做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识并且对器件也有了全方位的理解，让我们收获了理论与实际相结合的成果。经过两个星期的课设，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过课设，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋； 正所谓“三百六十行，行行出状元”。我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？我们不断的反问自己。也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。社会需要我们，我们也可以为社会而工作。既然如此，那还有什么必要失落呢？于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，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。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中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。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各