声光控延时开关控制器资料

1、课程设计报告 题 目 ：声光控延时开关电路的设计 系 别 ： 电子信息与电气工程系 专 业 ：电子信息工程 _ 班 级 ： 姓 名 ： 导 师 ： 成 绩： 年月日 声光控延时开关控制器设计 摘要 介绍一种声光控节能灯的组成性能，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。整个电路由声控电路、延时电路、光控电路、电子开关、电源电路 组成。 220V 供电电压供电，光敏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

2、时间。 关键词：声光控制开关；声光技术；光电效应；声控电路 Optical delay switch controller design ABSTRACT This paper introduces a kind of acoustic electric energy-saving lamps performance, scope of application and working principle, and introduces the circuit principle and component parameter selection. The whole circuit by ac

3、oustic control circuit, time delay circuit, electric circuit, electronic switches, power supply circuit. 220 v power supply voltage of power supply, light control circuit to test the degree of external light, the output voltage signal with brightness relatively. So as to realize the day light bulb n

4、ot bright, evening when you meet the noise automatically by the voice control circuit to make the light bulb light, thus to achieve period of light. Keywords: acoustic control circuit is mainly the voice signal into electrical signal, automatic control, time delay circuit noise disappear after prolo

5、nged a sound and light control switch; Acousto-optic technology; The photoelectric effect. Voice control circuit 目录 目 录 4 第一章 实验目的和任务 1 第二章 分析与设计 1 2.1 设计任务与分析 1 2.2 实验原理 2 2.2.1 局部模块工作原理 2 2.2.2 整体电路工作原理 2 第三章 元件原理 3 3.1 光敏电阻 3 3.1.1 光敏电阻原理图 . 4 3.2 驻极体话筒 4 3.3 集成模块 CD4011 4 3.3.1 集成模块 CD4011 工作原理

6、4 3.3.2 集成电路 CD4011 各引脚功能图 5 3.4 可控硅 5 第四章 实验步骤 6 4.1 电路原理设计步骤 6 4.2 硬件焊接步骤 6 第五章 电路原理图及元器件库设计 7 5.1 原理图设计 7 5.2CD4011 原件库设计 7 5.3 元件清单 8 5.4 电气规则检查（ ERC） 9 5.5CD4011 封装库设计 9 5.6 网表生成 /载入 10 5.7PCB 板图 10 第六章 心得体会 11 参考文献 11 致 谢 12 附 件 12 第一章 实验目的和任务 1要求电路能够通过照明灯开关对光线强弱的感应和通过照明灯开关对声强的感 应设置两级开关，控制照明灯的

7、亮灭。 2要求电路能够实现有光线时灭，无光线时有声亮，并且照明灯点亮一段后自动 关断。 3要求电路如果在照明灯点亮期间又有新的声源出现，照明灯应重新开启。 4根据上述要求选定设计方案，画出系统框图，写出详细的设计过程。 5学习掌握焊接技术以及电路元件的装配。熟悉手工焊锡的常用工具的使用及其 维护与修理。 6. 针对原理电路，通过计算参数，选择合适的元器件，搭建电路，并调试通过。 第二章 分析与设计 2.1 设计任务与分析 顾名思义，声光控延时开关就是用声音和光来控制开关的“开启 ，若干分钟后延 时开关“自动关闭 。因此，整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的 开动作。明确了电路的信

8、号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单 元，由此可画出图所示的方框图。 图 1 声光控开光延时控制器方框图 2.2 实验原理 2.2.1 局部模块工作原理 声光控延时开关电路共有四个模块：整流滤波模块、光控模块、声控模块、延时 模块和集成模块 CD4011。 整流滤波模块： 220V 交流电经过整流桥整流、 200K 电阻降压和电解电容 100uF 滤波输出直流电压 3.55V 给集成块 CD4011 供电。 光控模块：由光敏电阻 3K-5M构成，在光控模块电路中，光敏电阻和270K 电阻串 联形成分压电路，当有光照时，光敏电阻阻值变小，分压小；当无光时，光敏电阻阻 值大，分压大

9、。 声控模块：由驻极体话筒 MK1构成，声音信号经过驻极体话筒转化为微弱的电信 号，由于驻极体话筒内部有放大电路，可以将微弱的电信号放大，使其能够 采集。 延时模块：由 47uF 电解电容和 1M的电阻构成 RC 充放电电路，实现延时功能。 集成模块 CD4011：CD4011是由 4 个与非门模块构成， 在本实验中使用了 3 个与非 门模块。 2.2.2 整体电路工作原理 为了使声光控开关在白天开关断开， 即灯不亮， 由光敏电阻 R5 等元件组成光控电 路， R5和 R6组成串联分压电路，夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，R5 两端的 电压高，即为高电平间 t=2 R4C2，改变 R4 或

10、 C2 的值，可改变延时时间，满足不同 目的。 D3 和 D4 构成两级整形电路，将方波信号进行整形。当C2 充电到一定电平时， 信号经与非门 11 脚后输出为高电平，使单向可控硅导通，电子开关闭合； C2 充满电 后只向 R4放电，当放电到一定电平时，经与非门11脚 D3、D4输出为低电平，使单向 可控硅截止，电子开关断开，完成一次完整的电子开关由开到关的过程。 二极管 VD11 VD44将交流 220v 进行桥式整流，变成脉动直流电，又经 R1 降压， C2滤波后即为电路的直流电源，为Mk、 CD4011等供电。 220V 电压经过整流降压、滤波模块输出电压 3.55V 左右使集成模块正常

11、工作。 当有声音时 MK1驻极体话筒将声音信号转化为电信号，经过瓷片电容 C3 使集成模 块 CD4011的 8、9引脚由低电平变成高电平， 从而使 10 号引脚由高电平瞬间变为低电 平，由于声音信号非常短暂，8、 9 引脚由刚才的高电平变为低电平，所以 10 号引脚 也会瞬间从低电平变成高电平， 在这瞬间变化的过程中， 由电流信号经过瓷片电容 C5， 经过上拉电阻 R7使集成模块 5 号引脚变为高电平； 当无光时， 光敏电阻 R5阻值变大， 在与电阻 R6 串联电路中分压大，集成模块 6 号引脚得到高电平，从而使集成模块 4 号引脚输出低电平。由于集成模块12、13 号引脚和 4 号引脚是由

12、二极管 D6 连接，当 集成模块 4 号引脚变为低电平时，集成模块 12、13 号引脚由高电平变为低电平，从而 使集成模块 11 号引脚输出高电平，控制可控硅 D5 为高电平，使可控硅导通，灯发光。 由于 RC充放电电路在集成模块 4 号引脚变为低电平时， 实现充电； 当集成模块 4 号引 脚变为高电平时，由于电容两端电压不能跃变，RC电路放电使集成模块 12、 13 号引 脚持续为低电平导致集成模块 11 号引脚持续为高电平，可控硅D5 持续导通，实现延 时功能。 当有声有光、无声有关、无声无光时都无法使可控硅导通，从而使灯无法发光。 第三章 元件原理 3.1 光敏电阻 光敏电阻的工作原理是

13、基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线， 将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳 状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常 采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体。 3.1.1 光敏电阻原理图 3.2 驻极体话筒 驻极体话筒体积小，结构简单，电声性能好，价格低廉，应用非常广泛。 高分子极化膜上生产时就注入了一定的永久电荷 (Q) ，由于没有放电回路， 这个电 荷量是不变的，在声波的作用下，极化膜随着声音震动，因此和背极的距离也跟着变 化，也就是锁极化膜和背极间的电容是随声波变化。 我们知道电容上

14、电荷的公式是Q=CU，反之 U=Q/C也是成立的。驻极体总的电荷 量是不变，当极板在声波压力下后退时，电容量减小，电容两极间的电压就会成反比 的升高，反之电容量增加时电容两极间的电压就会成反比的降低。最后再通过阻抗非 常高的场效应将电容两端的电压取出来，同时进行放大，我们就可以得到和声音对应 的电压了。 由于场效应管是有源器件， 需要一定的偏置和电流才可以工作在放大状态， 因此，驻极体话筒都要加一个直流偏置才能工作。 3.3 集成模块 CD4011 3.3.1 集成模块 CD4011工作原理 管脚功能： 1A 数据输入端 2A 数据输入端 3A 数据输入端 4A 数据输入端 1B 数据输入端

15、2B 数据输入端 3B 数据输入端 4B 数据输入端 VDD 电源正 VSS 地 1Y 数据输出端 2Y 数据输出端 3Y 数据输出端 4Y 数据输出端 VDD电压范围： .5V to 18 功耗：双列普通封装 700mW 小型封装 500mW 工作温度范围： CD4011BM -55 - +125 CD4011BC -40 - +85 3.3.2 集成电路 CD4011各引脚功能图 图 3 CD4011 各引脚功能图 3.4 可控硅 可控硅是 P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN 结，分析原理时，可以把它 看作由一个 PNP管和一个 NPN管所组成，其等效图解如右图所示 图 4 可

16、控硅等效图解图 “一触即发”。但是，如果阳极或控制极外加的是反向电压，晶闸管就不能导通。 控制极的作用是通过外加正向触发脉冲使晶闸管导通，却不能使它关断。那么，用什 么方法才能使导通的晶闸管关断呢?使导通的晶闸管关断，可以断开阳极电源（图 中的开关 S）或使阳极电流小于维持导通的最小值（称为维持电流）。如果晶闸管阳 极阴极之间外加的是交流电压或脉动直流电压，那么，在电压过零时，晶闸管会自行 关断。 第四章 实验步骤 4.1 电路原理设计步骤 1、查阅相关资料对设计说明 2、先给出总体方案并对工作原理进行说明 3、依次对各部分给出模块设计功能参数计算、分析计算说明 4、列出标准的元件清单 5、利

17、用 Protel 99 SE 绘制原理图以及 PCB板图 6、总体电路的绘制及电路原理说明 7、绘制实物图 4.2 硬件焊接步骤 1 分析原理图，掌握其局部原理以及基本功能 2 购买元器件 3 掌握焊接基本功能与方法，正确使用电烙铁，在焊接过程中不能出现虚焊等问 4 利用工具检测器件是否完好无损，进行筛选 5 完成焊接，调试控制器。 第五章 电路原理图及元器件库设计 5.1 原理图设计 图 5 声光控延时开光控制器原理图 5.2CD4011 原件库设计 图 6 CD4011 5.3 元件清单 图 7 元件清单 8 5.4 电气规则检查（ ERC ） 图 8 电气规则检查 5.5CD4011 封

18、装库设计 9 图 9 CD4011 封装库设计 5.6 网表生成 /载入 图 10 网表生成 / 载入 5.7PCB 板图 图 11 声光控延时开光 PCB 板图 10 第六章 心得体会 这次课程设计将我们学到知识应用到实践，深化了对传感器设计的认识，是我们 从实践中获得新知。本次设计还有很多的不足，做得比较辛苦效果也许不好，很多东 西平时学得也不透彻，我觉得这次课程设计从每一个细节都在锻炼着我们。我希望我 们都能从中收获很多，能把知识变成自己的东西。 在设计过程中，通过查阅资料，阅读文献，我们学到了很多切实有用的分析方法 和技巧，这对于我们以后的学习有很大的帮助。这更使我们认识到，学习学的是

19、方法， 设计学的是思想。因此，要多总结别人的方法，来形成自己的思想，这样学到的东西 才实实在在。 在这次课程设计中我们不仅学会了对于电子专业不可缺少的一种软件 PROTEL 99 SE, 而且由于本次实训还使我们更加了解到想要成功设计出一种可以实现并且实用 价值的电路是一件困难的事，在实训中了解到更多知识和设计电路时所必要的技巧。 从课程设计的选题，分析、设计到电路的焊接，再到电路的调试，最终完成课程 设计，我们小组每一个人都付出了辛勤的劳动，我们每一个人都积极思考，认真对待， 将自己的智慧贡献出来，最终完成设计。在课程设计过程中，我们出现了很多问题， 比如：在设计过程中，面对电路的设计，我们通过信息检索，选择了很多设计方案， 最终确定了以集成模块 CD4011 构成的声光控演延时开光控制器。 在原理图的设计过程 中，我们通过学习 Protel 99 se 软件，将原理图进行设计，绘制，到最终生成 PCB 板