声光控路灯控制系统

模拟电路 课课程程设设计计任任务务书书 2020101020201111 学年学年 第第 2 2 学期学期 第第 1 1 周周 2 2 周周 题目题目 声光控路灯控制系统设计 内容及要求内容及要求 设计要求：光照度强（白天）路灯不点亮，光照度暗（夜晚）路灯可由声音控制。 有声音时路灯点亮，否则不点亮。 进度安排进度安排 1. 布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备： 2 天； 2. 领元器件、制作、焊接：3 天 3调试验收： 2.5 天 4. 提交报告：2010-2011 学年第二学期 37 周 学生姓名：李杏、汤汝、邵林、熊国栋、徐飞云 指导时间：第 12 周指导地点：E 楼 311 室 任务下达2011 年 2 月 21 日任务完成2011 年 3 月 2 日 考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它 指导教师邓谦系（部）主任陈琼 摘要摘要 针对目前社会上很多地方使用长明灯照明，不能实现灯光的照明智能化造成电 能的巨大浪费。为响应科学减排和节能科学发展的号召而设计了声光控路灯控制系 统。 本系统采用咪头、光敏电阻构成光照信号和声音采集信号电路。通过运放 LM324 对信号放大并同时运用 74LS08 而输入与门构成逻辑电路，进行逻辑控制，给 出是否亮灯的信号，由 RC 充放及开关电路执行，通过控制继电开关控制路灯。 此系统能很好的控制路灯的亮灭，即在有声音和无光情况下灯亮，其他情况下 灯灭，从而达到节能的效果。 关键字：关键字： LM324 74LS08 RC 充放电电路 继电开关 目目 录录 前言前言.1 第一章第一章 设计任务设计任务.2 第二章第二章 系统组成及工作原理系统组成及工作原理.3 2.1 总体设计思路.3 2.2 电路各模块设计简介.3 2.2. 1 电源电路.3 2.2.2 声控电路.4 2.2.3 光控电路.4 2.2. 4 混合控制模块.5 2.2. 5 开关延时电路.5 第三章第三章 混合控制模块的设计混合控制模块的设计.7 3.1 混合控制模块设计思路.7 3.2 混合控制模块原理.7 3.3 设计方法与参数的确定.7 3.4 电路仿真图.8 第四章第四章 电路的焊接与调试电路的焊接与调试.9 4.1 电路的安装与焊接.9 4.2 混合控制模块的调试.9 第五章第五章 系统调试系统调试.10 结论结论.11 参考文献参考文献.12 附录一附录一 方案总实物图方案总实物图.13 附录二附录二 元件清单元件清单.14 附录三附录三 系统总电路图系统总电路图.16 1 前言前言 当你夜晚走在大街小巷或者要去仓库拿东西时，你是否还在为找不到开关而烦恼？ 是的，在日常生活中我们可以发现很多我们需要灯的时候却没有或者不能实现智能控制 等，达不到人性化的要求。 科技革命为我们带来了许多方便，同样在灯光控制方面它也将给我们带来便利。 公共场所照明越来越朝着智能化人性化的方向发展。现在市场上不仅有声光控开关，还 有微波感应开关和热释远红外感应开关。目前，微波感应开关的抗干扰性能尚不理想， 红外感应开关在性能上较为理想，但安装复杂，比较娇气，价格也偏高。而声光控不仅 价格低廉，安装方便，而且也能有很好的控制效果，因此声光控可以有一个很好的应用 前景。 本次课题是声光控路灯控制系统设计，此控路灯系统的设计采用模块化结构，主 要有声控电路，光控电路，混合控制电路、开关延时电路和电源电路。在设计此控制系 统时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、容易、条理清晰。这种设计思路 可以应用于以后的大型产品设计中，能够大大的降低难度也不会因为一个小模块没出来 而影响总体的进度。 声光控路灯控制系统有对声光信号进行选择并通过开关延时电路使灯泡亮的功能。 利用自制直流稳压电源供电，根据光敏电阻的阻值变化判断光线强弱，用咪头检测声音 信号并用 LM324 对信号进行放大，通过 74LS08 芯片对声光信号进行逻辑分析，RC 充放 电电路与继电开关控制驱动灯泡。当有较强光时无论有无声音都不会亮，无光或光很暗 时有声音会亮，无声音则不亮该声光控路灯控制系统能很好的实现设计要求，相比市场 上的一些产品而言，具有成本低廉性能良好的优点。 2 第一章第一章 设计任务设计任务 1. 光照度强（白天）路灯不点亮，光照度暗（夜晚）路灯可由声音控制。 有声音是路灯点亮否则不点亮。 2设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。 3自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量， 交指导教师审核。 4批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。 3 第二章第二章 系统组成及工作原理系统组成及工作原理 2.12.1 总体设计思路总体设计思路 声光控路灯主要是依据光控原理和声控原理来设计的。利用光控电路可以根据光线 的亮暗条件控制灯的使用。光控电路是由光敏电阻和可控硅组成。声控电路是为完善光 控路灯而设计。在不同时段、不同的地点使用灯的机率也不同，声控可进一步节约能源。 整个电路由电源电路，声控电路，光控电路及延时电路等部分组成。电源由电网供电电 压交流 220V(有效值)50Hz，经降压整流后输出电路所需电压。光敏控电路对外界光亮程 度进行检测，输出与光电程度相对应的电压信号。从而实现白天灯泡不亮晚上遇到声响 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，从而要实 现自动控制，延时电路声音消失后延长一段光照时间。总体方框图如图 2.1 所示。 电源部分电源部分 光控部分光控部分 声控部分声控部分 混合混合 控制控制 电路电路 开关开关 及及 延时延时 部分部分 图 2.1 声光控路灯原理组成方框图 2.22.2 电路各模块设计简介电路各模块设计简介 2.2. 1 电源电路电源电路 电网提供交流电压 220V，流经 11:1 的变压器输入电路。交流电压经过由四个整流 二极管接成的桥路，四只二极管两两交替导通，使交流电压变成脉动的直流电压，此为 全波整流。电容 C3 有滤波的效果。LM317 可使输出电压非常稳定。通过调节变阻器 R1，使 R3 与 R1 的比值改变从而达到调节电压的目的。C2 电容用于消除电路的纹波， C1 电容则是为了抵消电感效应，抑制高频干扰，并改善负载的瞬间响应。LED 是电源 4 指示灯，当电路接上电网电压时指示灯会亮。 图 2.2.1 电源电路 2.2.2 声控电路声控电路 如图 2.2 声控电路为声音信号采集电路，利用咪头在声音变化下电压发生改变的特 性。当有声音时在 out 端将输出一个大于 2V 的高电平，当没有声音时在 out 端产生一个 小于 0.8V 的低电平；在总电路的综合控制的基础上，在夜晚有人经过时路灯点亮，在 寂静无人的晚上路灯熄灭。 图 2.2.2 声控电路 2.2.3 光控电路光控电路 图 2.3 光信号采集电路，利用光敏电阻的光照与无光照条件下的电阻变化大的特性， 利用电阻串联分压式采取对应电压信息。当有光音时在 out 端将输出一个大于 2V 的高 电平，当没有光时在 out 端产生一个小于 0.8V 的低电平；在总电路的综合控制的基础上， 5 在夜晚有人经过时路灯点亮，在寂静无人的晚上路灯熄灭。 图 2.2.3 光控电路 2.2. 4 混合控制模块混合控制模块 当有声音时在 out 端将输出一个大于 2V 的高电平，当没有声音时在 out 端产生一个 小于 0.8V 的低电平；有光音时在 out 端将输出一个大于 2V 的高电平，当没有光时在 out 端产生一个小于 0.8V 的低电平；当光控模块和声控模块同时产生一个大于 2V 的高 电平时 LM324 两端才产生高电平，其他情况下 LM32 两端将产生一个低于 1V 的低电平。 在总电路的综合控制的基础上，在夜晚有人经过时路灯点亮，在寂静无人的晚上路灯熄 灭。人走灯熄的延时照明控制作用，从而达到节约电能延长使用寿命的目的。 图 2.2.4 混合控制电路图 2.2. 5 开关延时电路开关延时电路 本延时电路采用 RC 充放电电路作为延时部分，通过二极管等使充电放电电路分开。 这样极短的声音刺激就能实现电路的延时工作。信号由前一级逻辑电路部分经 R1 输入， 6 经过二极管 D3 向电容单向 C1 充电。所以充电后运放 LM324 的 3 脚电位高于 2 脚，1 脚就输出正电位，经稳压管稳压为 5V，此时三极管 Q1 开启，指示灯亮起，继电开关合 上，电网接通，点亮灯泡 X1。在声音信号刺激结束后，电容向电阻 R2R4 放电，其中 R4 为 200k 电位器，使其放电时间为 5s 到 25s 可调。 图 2.2.5 开关延时电路 7 第三章第三章 混合控制模块的设计混合控制模块的设计 3.13.1 混合控制模块设计思路混合控制模块设计思路 在设计之初，首先要明确所设计电路的功能为在前级模块给出的各种信号和后一级 所需要的信号。根据这一设计思路，在有声音和无光的时上一级的两个模块都将产生大 于 2V 的信号，而实际也是要求这种情况下控制灯亮，给下一级一个大于 4V 的高电平信 号，才能控制灯亮，而在其他情况下都将产生低电平，约接近于 0V。根据这些选择 74LS08 与门芯片就能达到设计要求。而下一级要求电压大于至少为 4V 时才能控制灯亮， 所以在 74LS08 的输出端加一个两级放大电路就能达到设计要求了。 3.3.2 2 混合控制模块原理混合控制模块原理 声光控路灯的混合控制模块总体参考方案图如图 3.1 所示。它包括声音信号和光 照度信号的 74LS08 逻辑控制模块和 LM324 放大两个个模块组成。从外界进行信号混合 筛选和驱动控制系统，从而达到灯泡发亮的功能。 图 3.2 声光控路灯控制系统混合控制模块设计框图 3.3.3 3 设计方法与参数的确定设计方法与参数的确定 通过设计原理可以设计如图 3.2 所示电路，根据声控和光控提供的电压我们选择 74LS08 二输入与门芯片，当输入的两个信号都是高电平时芯片输出端产生一个大于 2V 高电平给下一级，由于当恰好为 2V 时下一级不能满足其要求，故利用 LM324 设计一个 2 倍的放大器，电阻可以选择两个 2K 欧姆的电阻和一个 1K 欧姆的平衡电阻。 LM324 放放 大大 74LS08 与门与门 电路电路 光控部分光控部分 声控部分声控部分 8 图 3.3 混合控制模块设计电路 3.3.4 4 电路仿真图电路仿真图 图3.4 混合控制模块仿真 从图3.4 混合控制模块仿真，当给 74LS08 的两个输入端输入两个方波信号，可以 看出当只有两个输入同时为高电平时输出才是高电平，其他情况下输出的都是零电平。 9 第四章第四章 电路的焊接与调试电路的焊接与调试 4.14.1 电路的安装与焊接电路的安装与焊接 电路安装要注意几个原则： 1.先装矮后装高、先装小后装大、先装耐焊等； 2.一定要注意排版，不能东倒西歪，方向应尽量一致； 3. 布线尽量使电源线和地线靠近实验电路板的周边，以起一定的屏蔽作用； 4. 最好分模块安装。此外焊接时不能出现虚焊、假焊、漏焊，更不能出现过焊， 因为有些器件，不能耐高温，比如焊接三极管时，电烙铁绝对不能停留太久；同时过焊 铜片将脱落，给焊接带来不必要的麻烦、也将影响板子的视觉效果。 4.24.2 混合控制模块的调试混合控制模块的调试 本实验调试，可以首先给电路一个高电平信号和一个低电平信号，两个低电平信 号，用示波器检测与门过后是否有信号。若没有信号则说明与门可能工作正常。再输入 两个高电平信号，看输出是否有信号，若有信号则说明与门工作正常，否则就是芯片有 问题需更换芯片。第二部分的调试。若有信号经过 74LS08 后，在用外用表检测 LM324 输出端的电压，看其输出大小。当两个都是高电平输入时 LM324 输出端至少应该有 4V 的输出信号。 实际调试过程中，当输入两个高电平信号时，74LS08 输出端有一个大于 2V 的信号， 调试时电压在 2V 到 4.8V 之间，达到了预期的效果。此时 LM324 的输入端电压在 3.8V 到 7V 之间，基本上符合了设计要求。 10 第五章第五章 系统调试系统调试 在五个模块分别调试成功的前提下，按照电路图将五个模块连接好，检查是否正确 连接，连接正确时则可以接上 220V 的交流电源。遮住光敏电阻看是否灯泡发光，加上 声音时看灯泡是否发光。即在有光时不管有声音和没声音灯泡都不亮，在无光时有声音 时灯泡亮且延时 20 秒左右，没声音时灯泡不亮。如果达不到设计要求或根本不会出现 所要的结果，可以用万用表和示波器逐个检测信号，再检查是否存在虚焊的问题。调试 过程中如果发现电路不是怎么灵敏，可以调节声音检测放大系统的电位器，改变二极管 基极的电压从而实现灵敏度的调节，如果延时时间达不到要求可以调节电位器改变充放 电路的放电时间。 在以上基础上，还需要多次上电调试，观察电路是否有其他状况，是否有不稳定的 情况发生。如果电路不稳定择应立即排查原因，特别的应该注意虚焊的问题。在继电器 部分是比较容易发生虚焊和短路的部分，应特别注意；而且此部分要接上 220V 的交流 电，因此应更加注意，并做好保护，以免触电。 11 结论结论 在为期两周的模拟电路课程设计实验中，完成了“声光控路灯控制系统”的设计。 本系统可以控制路灯、楼梯、库房等灯光的智能照明，即在有光是灯始终不亮；在无光 时当有声音时灯亮并且会延时一定的时间，无声音灯不亮。从而实现节能节电的效果。 由于此电路在光线较暗时是否接通取决于声音的强弱，通过放大器对信号进行放大。本 设计主要通过模块化思想，逐步实现设计所需达到的功能要求：声音检测放大模块是对 外界声音信号的感应系统。光照度检测模块主要是感应外界光照度。LC 充放电路为延时 部分，三极管起到开关作用。 本课程设计主要采用的电路原理基于模拟电子电路的基本知识，模块化的设计理念 是此次设计的亮点。对于信号的放大可以用 LM324 做，对于光照信号，采用桥式电路可 以更好的采取光信号。然后由 74LS08 与门检测感应信号并放大。从而实现设计要求。 从总电路图可以看出元器件多而且电路相对复杂，因此该设计总的来说是比较粗糙 的，但随着能源的供应紧张化，节能的目的显得越来越重要。该设计的目的就是节能。 因此该设计还是很有发展潜力的，而且控路灯相对长明灯来说方便、廉价，所以在未来 的一段时间内，该设计的前景非常美好。 实验过程中碰到的刚开始不能正常显示并且运行的情况完全是粗心导致的，当时如 果认真点的话就不会出现了。所以，通过实验意识到要从现在开始养成那种细心的好习 惯。这对以后的课程设计甚至是毕业设计都非常有帮助。再者通过这次实习锻炼了自己 的动手及查资料的能力，也体会到了成功带来了的喜悦，可以说是获益非浅。 这次的设计有很多的不足，做得比较辛苦效果却不是很好，从中反映出平常很多 东西都学的不够透彻，主要是上课听懂后就疏于下课复习巩固。从而在真正用到要学的 东西时才发现根本没有完全掌握。这种习惯养成的惰性往往在最后耽误自己更多的时间， 因此有必要去改变自己的学习方式。课程设计的每一处细节都是一份锻炼。将平常所学 的知识紧密地与实践联系在一起，通过查阅资料不断充实而得到设计的灵感，在此过程 中把所有的知识转化为真正对自己有用的东西，得到能力的提升。 12 参考文献参考文献 1