声光控毕业设计论文

1、学号学号 12 13 14 15 16 17 毕业设计说明书毕业设计说明书 设计题目设计题目 声控灯的设计与实现声控灯的设计与实现 系系 部部 机械电子系机械电子系 专专 业业 机电一体化机电一体化 班班 级级 机电机电 12051205 姓姓 名名 徐龙飞徐龙飞 指导教师指导教师 刘宪春刘宪春 I 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 摘摘 要要 光控灯和声光控灯是居家照明的重要组成部分（如楼道、卫生间、小巷等） ，它 们的出现使我们的生活方便许多，既可避免摸黑找开关造成的摔伤碰伤，又可杜绝楼 道灯有人开、没人关浪费能源的现象。 介绍了用三极管和与非门芯片实现光控灯和

2、声控灯的原理，重点介绍了二者的实 现方法和具体细节，及制作过程中遇到的问题和相应的解决方案。 关键词：关键词：光控灯、声控灯、光敏电阻、电容话筒 、导通、截止 II 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 AbstractAbstract Optically controlled lamp and acoustic control lamp play an important role in our daily life(like in corridor,toilet,alleyway and so on).They make our life more covenien

3、t.By use of them,we can not only protect ourselves from the hurt that maybe caused in looking for the switches of lights in the dark,but also eliminate the phenomenon that someone turn on the light but nobody turn off to avoid the waste of resources. It introduces the principle of how to use dynatro

4、ns and a nand gate chip to achieve the purpose that control the lights by light and sound,and specially stresses the ways and concrete details about how to use them to achieve the purpose and the solutions of the problems that will be met in the process of making it. Key words ：Optically controlled,

5、 acoustic control, mircphone, light dependent resistor breakover, cutoff III 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 目目 录录 摘摘 要要.I Abstract.II 引言引言 1 设计任务与要求 1.1 设计要求.2 1.2 目的和意义.2 2 声控灯单元电路设计 2.1 桥式整流电路.3 2.2 光控电路.3 2.3 声控电路.4 2.4 延时电路.5 2.5 电平触发与翻转.5 3 声光控灯电路与实现声光控灯电路与实现 3.1 总原理图.6 3.2 整体电路仿真图6 4 元器件检测元器件检

6、测 4.1 元件清单 .7 4.2 元件检测.8 5 焊接电路板焊接电路板 5.1 元器件插装、焊接10 5.2 电路焊接的安装和检查10 6 调试调试11 7 总结与故障分析总结与故障分析.11 致谢致谢 参考文献参考文献 1 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 引引 言言 随着现代科学技术的发展，越来越多的高科技节能产品出现在我们生活的方方面 面，声控灯、光控灯是居家照明的重要组成部分，光控灯是由光控开关和 LED 灯组合 而成。声控灯由麦克风，放大电路和 LED 灯组成。在地球资源日渐衰竭的今日，环保、 节能是当今各产业发展的重心，尤其是需要消耗大量电力的照明产

7、业，基于此目的的 研发工作更是趋向环保、节能的特性上著眼。因此，开发新型高效、节能、寿命长、 环保的电路对居家照明节能具有十分重要的意义。由此声控、光控 LED 灯的诸多优点 在现在正逐渐取代传统的照明设备，是照明产品的新兴光源，有绿色照明光源之 称，未来将光芒耀眼，发展潜力无限。声控、光控 LED 具有节能、体积小、发热量低、 寿命长、耗电量小、反应速度快、易控制等众多优点，极大的满足了人们日常生活的 需要，因此十分被灯饰业者看好。 光控灯，安装方便，使用寿命长。集光学、材料和电路技术为一体组成的自动照 明开关，白天或光线较强时，开关电路为自锁状态，LED 灯不亮，当光线黑暗时或晚 上来临时

8、，开关自动打开，LED 灯亮，从而实现了白天自动熄灭夜间自动打开的目的， 节省了人为的控制。 声光控集声控、光控、延时自动控制技术为一体,内置声音感应元件,光效感应元 件,白天光线较强时，受光控自锁，有声响也不通电开灯；当傍晚环境光线变暗后， 开关自动进入待机状态，遇有说话声、脚步声等声响时，会立即通电,亮灯，延时半 分钟后自动断电；能延长灯泡寿命 6 倍以上，节电率达 90。二者都为人们的日常生 活提供诸多方便。 2 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 1 设计任务和要求设计任务和要求 1.1 设计要求 （1）电源电路采用无变压器桥式整流稳压 （2）光控部分采用光敏

9、电二极管 （3）声控部分电路采用电容话筒 （4）负载采用新型超高亮 LED （5）电路应具有实用,节能，长寿，电路合理，安装方便，可靠性高，延时时间在 30120 秒间可调整。 发挥部分： （1）电路有较好的滤噪性能，抗干扰能力强 （2）驱动器间采用新型可控集成电路 （3）由于 LED 是单向导电电器件，所以要用直流电源或者单相脉冲电流给 LED 供电。 1.2 目的和意义 研究目的：通过这次的课题研究我们希望在理清它的发展脉络上进一步了解 它的发明原理，将平时所学习的知识运用到实验探索上，这对提高我们的动手能力， 创新意识，及锻炼思维活动无疑是一个莫大的帮助。同时我们也希望这次的研究能让 同

10、学进一步地了解照明灯，而不是仅局限与课本知识以内。从小的突破点入手，掌握 又一项科技知识，从而实现课堂外的又一次提高,为现代教育科学尽一份力量！ 研究意义：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，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。 降低能耗、节约能源、注 重

11、环保是当今世界的主潮流，高能耗且会加剧温室效应的白炽灯越来越不受欢迎。继 公布“欧盟后年封杀白炽灯”的时间表后，世界各地陆续抛弃白炽灯已成定局，环保 型节能荧光灯是白炽灯的替代者。 节能荧光灯 VS 白炽灯，胜券在握已无悬念，但楼道照明却限制了荧光灯的使用， 3 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 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。 2 声光控灯单元电路设计声光控灯单元电路设计 2.1 桥式整流电路 单向桥式整流电路是由电源变压器，4 只整流二极管 VD1VD4和负载 R

12、L 组成。电路图如图所示。 图 2-1 桥式整流电路图 工作原理：利用 4 个二极管接成电桥使在 U2的正负半周的电压经过两只二极管交替 导通，即在负载上形成了单方向的全波脉冲电压。 2.2 光控电路 图 2-2 光控电路原理图 4 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 如图所示，由 R4 和 R9 组成，其中 R9 为光敏电阻，电路中晶闸管的通断，取 决于控制信号的有无。光敏电阻 R9 的阻值随着光照强度的变化而变化，当光照达到 一定强度时，其电阻值变小到与 R4 分压后使 IC(a)2 脚处于逻辑低电平，2 脚所在的 与非门被封死，这时不管有无声音信号输入，IC(d

13、)11 脚都是低电平，晶闸管正向阻 断。随着光照强度的减弱，R9 的阻值逐渐增大，2 脚的电平逐渐上升，当 2 脚的电位 上升到逻辑高电平后，即满足了开门条件，此时的声控开始起作用，3 脚是否翻转只 取决于 IC(a)1 脚电位（声控电路输入端）是否达到了逻辑高电平。 2.3 声控电路 图 2-3 声控电路原理图 如图所示，由电容话筒 MIC，三极管 VT，电容 C1 及电阻 R1、R2、R3 等组成，其 中 MK 为声检测元件，当环境声音很弱时，三极管 VT 处于饱和状态，IC(a)1 脚为低电 平 11 亦为低电平，晶闸管阻断，当环境声音信号达到一定强度时，通过 MK1 拾音输 出经 C1

14、 耦合到 VT 的基极，使集电极即 IC(a)1 脚电位随声强而高低变化，当 1 脚处 于高电平时，由于 2 脚早已处于高电平而满足了与非门翻转条件，3 脚跳变为低电平。 电容话筒的接收声音信号并将信号转化为电流信号（交流信号） ，使三极管 VT 由 饱和状态转为截止状态，电阻很大，基本上为 VCC 电压值。所以在声音信号来到时会 有三极管 C 极电压的跳变现象。也正是由于这一现象使得声控功能得以实现。 5 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 2.4 延时电路 如图所示，由 R5、R6、C2、D1 等元件组成。结合声控电路光控电路分析，当 晶闸管 q 被触发导通时 C

15、1 上的电压降低，MK1 拾音器的灵敏度降低，VT 重新饱和，3 脚为高电平，4 脚变为低电平，由于 D1 的隔离作用，C2 上的电压仍维持 8、9 脚高电 平，11 脚也为高电平，C2 上的电压通过 R5、R6 放电，直至 C3 上的电压降低至 IC 逻 辑低电平时，11 脚变为低电平，晶闸管 q 在正负极间的电压过零时被正向阻断，C2 上的电压重新升高，MK1 恢复拾音灵敏度，等待下一次声控信号的输入，IC 8、9 脚 电位从高电平降低为低电平的时间，即为开关接通的维持时间，由 C2 和 R5、R6 的数 值确定。 图 2-4 延时电路原理图 2.5 电平触发与翻转 如图 2.4 所示，由

16、四二输入与非门 IC(CD4011)及 R7、R8 等组成。图中看出白天 或光线很亮时，与非门的 1 脚为低电平,3 脚输出为高电平，经过 G2，G3，G4 的电平 翻转，11 脚输出为低电平,晶闸管不被触发,灯不亮；当环境光线较暗使,G1 的 2 脚为 逻辑高电平时，为 G1 的翻转提供了必要条件，G1 翻转与否受控于 G11 脚电平的高低 （声控输入端） 。当有声音信号输入使 G1 的 1 脚为高电平时，输出 3 脚跳变为低电平， 4 脚跳变为高电平并经 VD1 向 C1 充电，C2 上的电压不断升高，当 C2 上的电压上升到 8 和 9 号脚逻辑高电平时,10 脚变为低电平,11 脚输出

17、高电平，经 R7 加到晶闸管控 制极，晶闸管被触发导通。 6 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 图 2-5 电平触发与翻转原理图 3 声光控灯电路与实现声光控灯电路与实现 3.1 总原理图 图 3-1 原理图 3.2 整体电路仿真图 7 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 图 3-2 整体电路仿真图 4 元器件检测元器件检测 4.1 元件清单 序号名称型号规格位号数量 1集成块CD40111 2电容话筒BM1 3二极管1N4148VD51 4电解电容 100F C11 5贴片电容104C21 6发光二极管24V/15WL1 7光敏电阻GL5

18、626DRG1 8电阻 5.2 K R11 9电阻 15 K R21 10电阻 33 K R31 11电阻 270 K R41 12电阻 1 M R61 13电阻 470 R71 14电阻 10 K R51 15二极管1N4148VD61 16晶闸管BT151VT21 17三极管9014VT11 8 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 18滑动变阻器 0-100K RP11 19滑动变阻器 0-1M RP21 20滑动变阻器 0-22K RP31 21电源插座24VAC1 22电解电容 10F C31 23桥式整流1N4001BG11 24稳压管6.2VVS1 4.2

19、 元器件的检测 4.2.1 电解电容的检测 将万用表置于适当的量程，将其两表笔短接后调零，黑表笔接电解电容的正 极，红表笔接其负极，看电解电容器能否正常充放电，从而判别电容能否正常使用。 4.2.2 光敏电阻的检测 由于光敏电阻的阻值是随光照的强弱而发生变化的，并且它与普通电阻一样 没有正负极性，所以可以用万用表 RX10K 挡测量光敏电阻的阻值，通过其变化情况 来判断其性能的好坏，具体方法如下： 将万用表指针量于 RX10K 挡。 用鳄鱼夹代替表笔分别夹住光敏电阻的两根引线。 用一只手反复遮住光敏电阻的受光面，然后移开。 观察万用表指针在光敏电阻的受光面被遮前后的变化情况，若指针偏转明显，说

20、 明光敏电阻性能良好，若指针偏转不明显，说明光敏电阻性能较差，若指针不偏转， 则说明光敏电阻已经失效。 4.2.3 电容话筒的检测 将万用表拨至 RX1 挡，把黑表笔接在漏极 D 接点上，红表笔接在接地上， 发出声音信号，同时观察万用表指针的变化情况，若指针无变化。则话筒失效，若指 针出现摆动，则话筒正常。 4.2.4 晶闸管的检测 在晶闸管的阳极和阴极之间加反向电压，这时不管门极加不加正向电压， 灯泡都不亮，说晶闸管具有反向阻断特性。 门极开关断开，虽然晶闸管的阳极和阴极之间加正向电压，但灯泡不亮，表 9 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 明门极不加正向电压时，即

21、使晶闸管承受正向电压，晶闸管也不导通，这时晶闸管有 正向阻断作用。 在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，门极和阴极间也加正向电压，这时灯 泡发亮，表明晶闸管导通，晶闸管导通后，从阴极到阳极 K 的管压只有 1V 左右。 晶闸管导通以后，去掉门极电压，灯泡仍然发亮，表明晶闸管继续导通，说 明晶闸管一旦导通后，门极就失去控制作用。 4.2.5 集成块的检测 图 4-1 与非门集成电路图 输入四个与非门 1,2 管脚输入 3 管脚输入 5,6 管脚输入 4 管脚输入 8,9 管脚输入 10 管脚输入 12,13 管脚输入 11 管脚输入 7 号管脚接地 14 管脚输入 检测方法 10 河河南南化化工工

22、职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 在集成块未焊入电路时，用万用表测量个引脚之间的正反向电阻值，并和完好的 集成块进行比较。在集成块焊入电路后，用万用欧姆挡直接在线路板上测量集成块个 引脚和外围元件的正反向直流电阻值，并与正常数据相比较，来发现和确定故障。 5 焊接电路板焊接电路板 （1）元器件插装，焊接 各元器件按图纸的指定位置孔距进行插装焊接。 电阻插装 焊接卧式电阻应紧接电路板插装，焊接立式电阻应在离电路板 12mm 处插装焊接。 电容插装焊接 陶瓷电容应在离电路板 46mm 处插装焊接，电解电容应在离电路 板 12mm 处插装焊接。 二极管插装焊接 卧式二极管应在离电路板 3

23、5mm 处插装焊接，立式二极管应在 离电路板 12mm 处插装焊接。 三极管插装焊接 三极管应在离电路板 46mm 处插装焊接。 集成电路插座插装焊接 集成电路插座应紧贴电路板插装焊接。 电位器插装焊接 电位器应按照图纸要求方向紧贴电路板安装焊接。 （2）电路焊接的安装检查 手工锡焊的检查可分为目视检查和手触检查 1）目视检查 焊点是否均匀，表面是否光滑，圆润 焊锡是否充满焊盘，焊锡有无过多、过少现象。 焊点周围是否有残留的助焊剂和焊锡。 是否有错焊、漏焊、虚假焊。 是否有桥焊，焊点不对称，拉尖等现象。 焊点是否有针孔、松动、过热等现象。 焊盘有无脱落，焊点有无裂缝。 2）手触检查 在外观检查

24、的基础上，采用手触检查。主要是检查元器件在印制电板上有无松动， 焊点是否牢靠，有无机械损伤，可用镊子轻轻拨动焊点，看有无虚假焊，或夹住元器 件的引线轻轻拉动看有无松动现象。 11 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 6 调试调试 在电路板完成后，对其进行功能测试步骤如下： 断开光能电阻 电容 C1 与非门 JC（a）的 2 脚为高电平，1 脚为低电平，3 脚输 出为高电平，经与非门逻辑电平交换后，11 脚输出为低电平，晶闸管 9 端不被触发灯 不亮。 断开三极管 VT 的集电极成发射极，同时断开光敏电阻，与非门 JC(a)1、2 脚为 高电平，3 脚输出为低电平，经

25、JC（b） 、IC（d）逻辑电平交换后，JC11 脚输出高电 平，晶闸管 q 端被触发，灯点亮，说明逻辑电路正常工作。 断开光敏电阻接通电源这时灯不亮，击掌触发声控电路，灯亮， 经过一段时间 延时后 ，灯灭，说明声控电路和延时部分工作正常。 最后检查光控电路，电路全部复位，接通电源，灯不亮，用深色物品将光敏电 阻遮住，击掌触发声控电路，灯亮，说明光控正常，至此电路调试完毕。 7 总结总结 本次的声光控节能灯的设计与制作到此已算圆满完成，本次的课题设计设计功 耗时五周，在设计过程中认真、耐心的排除各种疑难。查阅资料请教老师和同学尽自 己最大的努力把设计做到最好。 设计初期是先进行资料查找，确定工作方案，查阅了大量书籍，借鉴了其他的设 计。以及指导老师提供的各种资料，最终确定了整体电路的原理。绘制电路图选择元 器件，我们在原有的声光控电路的基础上加以改进，将原有的延时部分改为 RC，并 联充放电延时电路。开关采用晶闸管，驱动器间采用可控集成电路，使改进后的电路 具有使用节能、长寿、安装方便、可靠性强等特性。 12 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 13 河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 经过焊接调试分析后，我们找到以下问题： 问题一：为什么白天