《专业方向设计》电气1203罗

1、西南科技大学电气工程及其自动化专业方向设计报告设计名称： 光控声控感应灯的设计和制作 姓 名： 罗* 学 号: 2012* 班 级： 电 气 1203 指导教师： 梁荫 起止日期： 2015年11月3日2016年1月8日西南科技大学信息工程学院制4方 向 设 计 任 务 书学生班级： 电气1203 学生姓名： 罗* 学号： 2012* 设计名称： 声控光控感应灯的设计和制作 起止日期： 2015年11月3日2016年1月8日 指导老师： 梁荫 设计要求：本次课题要求设计一个声控光控感应灯，用开关系统控制一个连接在220v交流电的灯泡。在有光照的情况下即使有声音开关也不闭合，即灯泡处于熄灭状态。

2、在光照较弱或没有光照的情况下，如果附近有声音的时候开关闭合，可以使连接在外电路220v的电灯点亮，电灯点亮持续一段时间过后自动熄灭，等待下次信号的触发。方 向 设 计 学 生 日 志时间设计内容12月8日了解设计内容，分析设计原理以明确设计方向12月10日拟定设计方向，多方面确定设计方向的理论是否成立和可行性12月11日确定设计方向为使用模拟电路，用电路和电力电子技术的知识实现电路12月15日和老师交流设计方案，明确实现电路的细节12月16日购置元器件和电路板，焊接电路12月18日调试电路12月20日总结声控光控感应灯的设计和制作摘要：声光触摸控制楼道灯开关，能自动控制白天开关、夜晚亮灯、人走

3、灯灭。具有灵敏、低耗、性能稳定、使用寿命长、节能等特点。在白天或光线较强的场合即使有较大的振动声响也能控制灯泡不亮;晚上或光线较暗时遇到声响、振动后灯自动点亮,人走后经过一定时间后自动熄灭。本次设计使用了模拟电路来完成，利用光敏电阻控制电位，晶闸管控制电流的关断，RC电路充放电实现电灯延时的方法。关键词：声控、光控、晶闸管、RC充放电。The design and production of sound and light control lampsAbstract：Sound and light touch control corridor lights switch can automat

4、ically control switch during the day, night lights, people walk lights went out. Sensitive, low consumption, stable performance, long service life, energy saving, etc. During the day or light strong occasion even with larger vibration noise also can control the light bulb not bright; Or in the eveni

5、ng when the light is dark noise and vibration taillight light up automatically, automatic extinguishing after people left after a certain time. This design USES the analog circuit to complete, the use of photosensitive resistance control potential, turn off thyristor control current, charge and disc

6、harge RC circuit realization method of the electric light delay.Key words:sound control、light-dependent control、Silicon Controlled Rectifier、RC circuit.一、设计目的和意义 1.1 设计目的本次设计做一个声控光控感应灯，实现一个可以在日常生活中在白天的时候处于熄灭状态，在夜间等光线较暗的时候，有人走来的时候发出的响动可以使得灯自动点亮达到照明的效果。当人离去过后一定时间灯可以自动熄灭。这就是声光控感应灯。1.2 设计意义声光控的技术用到了较多的电

7、子技术基础知识，整个设计过程更是依赖于电路分析的知识，这些都是在大学课堂上学习过的知识。通过这次的设计可以把这些只是运用到实际中去。在完成这次设计的过程中还学到了许多新的知识，增强了自身的知识储备。当然在制作过程中还增强了动手能力。声光控灯在现实生活中的应用十分的广泛，这次的设计任务还可以拓展自己的视野，将学到的运用到更多的地方去。在节能方面，声光控灯使楼道灯变得智能化，在天黑并有人走动的声音时才会亮灯，在人走后又会自动熄灭。这样不仅避免了电能的浪费，而且又延长了灯泡的使用寿命，充分的体现了节能意识，体现了人们合理的利用电能的体现。二、控制要求设计要求制作一个声光控感应开光，外接民用220v交

8、流电相接的灯泡。初始状态的时候灯是熄灭状态。当光线强的时候即使附近有声音开关不会闭合，灯泡始终处于熄灭状态，当光线较暗的时候附近有发出响声，则开光闭合点亮电灯，过一段时间过后灯便自动熄灭。三、设计方案论证3.1 方案一使用51单片机作为控制系统，利用光敏电阻和小话筒作为数字量输入，通过单片机进行逻辑的判断输出数字量作为控制信号到晶闸管的门极，以晶闸管作为开关，控制电路的开断完成对电灯的控制，以此达到控制要求。该方案的优点是集成度高，成品体积小的优点，但是该系统有结构复杂，成本高的缺点，所以不选择此方案。3.2 方案二该方案主要使用模拟电路，用小话筒和光敏电阻采集外界光信号和声音信号。用与非门对

9、话筒和光敏电阻的输入信号进行处理，并输出到晶闸管控制电路的开断。将220V的交流电转化为直流电压以提供后续声控电路、光控电路及延时电路的工作。此方案是通过RC电路来控制延时的时间。使用电容和二极管组成滤波电路，得到稳定的低压直流信号。在有声音的情况下三极管输出高频信号，并在弱光的条件下光控电路输出的高频信号同时作用于与非门，并使得晶闸管导通，从而使得外接的灯变亮。当人走后一段时间灯又自动熄灭。此方案电路简单，容易实现且成本低廉，所以选此方案。四、系统设计4.1 主电路图1 主电路主电路部分由一个整流桥和一个晶闸管组成。220v交流电经加在整流桥上面，交流电经过桥过后变成馒头波，这个波形就是原来

10、交流电在坐标系里经过X轴翻转形成的，交流电经过这样的翻转过后形成的馒头波，会每次经过在原来的1/2周期的时候就会过零点，这个过零点也即是后面晶闸管关断的关键所在。这个馒头波形电压始终会持续的加在晶闸管的阳极，当来自控制系统的加在晶闸管的门极的控制信号有效时时晶闸管导通，使电灯点亮。没有控制信号时晶闸管即使在导通状态下也会因为电压过零而关断，使得电灯熄灭。4.2 声控电路图2 声控电路该电路部分是一个话筒驱动电路，当MIC获得声音信号的时候会转化为微弱的电信号，并由该信号控制开关。使用三极管将该电信号放大，放大后的信号通过逻辑电路触发后边逻辑电路的与非门，对主电路进行控制。通过该电路对开关周围的

11、声音进行检测，就可以达到有声音的时候触发开关的效果。当没有声音的时候，声音控制电路上面只有VCC存在，这时电路处于静态工作点上。三极管基极和发射极之间压降使得三极管刚刚好导通，三极管的刚好导通状态依赖于对其静态工作点的设置。因为三极管导通时集电极和发射极之间压降不大，由图可见故此声音输入信号很低，也就是信号输出低电平。当有声音的时候会是话筒的电阻发生改变，电阻上面的压降随着声音波动来回波动，这个波动正有负。电压的波动会叠加到三极管的基极发射极电压上面，当波动为负值的时候且小到一定的时候，三极管就会因为其基极发射极电压太小，也就是基极发射极电流变小，三极管就会截止。三极管截止可以看做是断路，那么

12、VCC的压降都加在了三极管上，这时三极管上面的声音信号就会输出高电平，即使得电灯可以被声音触发，这就是声音驱动电路的原理。4.3 光控电路有光照在光敏电阻上面的时候光敏电阻阻值很小，所以光敏电阻上面的压降就小。没有光照的时候光敏电阻阻值变大，上面的压降也增加。光信号输出接在固定电阻和光敏电阻之间，所以光敏电阻上的电位就转化为光信号输出量。故当在有光的环境下光信号输出为低电位。当光照很弱直到一定程度的时候的时候光敏电阻阻值变大，使得光信号输出高电位，这个高电位就可以出发后面的逻辑电路,从而达到随着周围的光线变化控制电灯的开断情况。因为要保证得到高电平，根据在试验箱上调试的结果可得R3=550K,

13、 RG=67K。图3 光控电路4.4 逻辑电路图4 逻辑电路用的是CD4011，当光线较暗的时候光信号输出高电平有效，此时若有声音信号则两个信号输入同时有效，经过四次与非门翻控制信号输出高电平到达晶闸管门极，触发晶闸管使其导通，此时电灯点亮。电灯点亮同时声音信号消失，即声音信号不再有效。且RC回路瞬间充电至与非门的工作电压，RC回路的电阻电容选值应恰当使得充电迅速且功耗小。由于电灯的光照使光敏电阻阻值变小，光信号立刻输出低电位。即前两个与非门发生翻转，在二极管处输出低电平相当与断开回路。前两个与非门输出无效时，RC回路立即开始放电，且因为二极管的存在使得电压不会有回流，所以RC电路的电压继续加

14、在后两个与非门上面，使得晶闸管门极的控制信号输出高电平，晶闸管在RC电路放电期间持续导通，直到RC电路的电压慢慢下降到与非门工作电压之下，与非门输出低电平，晶闸管没有了触发电压，加在晶闸管阳极的电压是馒头波且有过零点，于是晶闸管在阳极电压过零的时候关断，电灯熄灭。电路完成一次启动和关断的周期，恢复到初始状态等待下一次触发。4.5整流电路图5 整流桥原理图所谓的桥式整流电路是就是用4个二极管组成的整流桥，整流桥如图5所示，它是由图中的二极管D1，D2，D3，D4组成，它的作用是将220V的交流电转化为直流电压以提供后续声控电路、光控电路及延时电路的工作，由于我是直接用的整流桥不涉及二极管的选用。

15、五、设计结果及分析如图6所示用一个10V的交流信号来代替话筒在接收到声音信号时产生的电压降的波动。图6 电路仿真在仿真上做出结果后，根据仿真，设计实际电路图。因为仿真都是用的仿真上面可以实现的元件进行试验，要在板子上做出实物需要对元件进行集成，所以设计的实物电路图如下图7 实际电路图接下来的步骤就是按照实际电路图焊接电路板。焊接电路板第一步是在试验箱上面测定实际参数，这个步骤是为了避免设计时候的理想电路及元件和实际在电路板上运行的实际元件之间的误差导致的未知的错误。在电路箱上先串接一个光敏电阻和550k的电阻，两个电阻中间接到CD4011芯片上面，经过两个与非门的翻转把输出接到发光二极管上。在

16、电路试验箱给电的时候，正常情况下发光二极管是熄灭状态，当挡住光敏电阻的时候二极管立刻点亮，拿开遮挡物的时候二极管马上熄灭，这证明了光信号控制电路可以正常工作。在前面第二个与非门输出的地方接上RC充放电回路，电容实际取值47微法，电阻取值270k，把RC回路的输出再次经过两个与非门的翻转接到发光二极管上面。开始试验，正常情况下发光二极管是熄灭状态。当挡住光敏二极管的时候发光二极管马上点亮，取下遮挡物的时候发光二极管延时一小会儿过后熄灭，这个现象表明延时电路和光信号控制电路都可以正常的工作。接下来就是话筒驱动电路的调试。按电路布局接好电路图的时候，在实际电路中和设计电路产生了差距，使得重新稍微修改

17、一下电路，在三极管的基极上加上了两个串联电阻，将电阻的中间输出接在三极管的基极上。同时在三极管的发射极接地的线路上加上一个小电阻。这些电阻的存在是为了控制三极管基极对地的电压值，其目的是如前面所说的将三极管调节在一个合适的静态工作点上。三极管的静态工作点就是这个驱动电路调节的关键之处，如果静态工作点太高，话筒的波动不足以使三极管截止，那么就没法输出高电平，如果静态工作点太低则使得三极管直接截止那就会一直输出低电平。所以在选取合适的电阻值的时候，将声音信号输出接经过两个与非门的翻转接在发光二极管上面，轻轻敲动话筒就能看到发光二极管的闪烁。再像前边一样接上RC充放电电路，轻轻敲动话筒就能看到发光二

18、极管亮一会儿就熄灭的结果，这样就将声音驱动电路调节完毕。参数测定完毕就是焊接实物。焊接实物时过程中要细心，不能出现短路和断路问题，要边焊接边测试自己焊接是否有误。连接过程中不能出现元件管脚连接错误，否则会出现烧毁元器件的情况，出现危险，当然这也会让你的实物不能实现要求的功能。元件的质量。焊接时注意有极性元件的极性问题，在焊接的过程中注意不要烧坏元件。下面是画的PCB板，为了方便焊接实物所用。 图8 焊接参考用PCB结束语通过这次的设计实验课程我有了很大的收获，不仅仅是把大学三年来学的一些知识运用到了实际的使用中，还让我把以前所学的一些知识所贯穿了起来，当然也学到了一些新的知识，在做实物的过程中也增强了我的动手能了。在做硬件的过程中让我明白了一件事情，那就是只有把理论和实际结合起来才行，光是靠理论知识是