声光控延时电路课程设计报告(继电器2)

1、武汉理工大学模拟电路课程设计说明书课课程程设设计计任任务务书书学生姓名：学生姓名： 李 靖 专业专业班班级级： ： 电信 1104 指指导导教教师师： ： 曾 刚 工作工作单单位：位： 信息工程学院 题题 目：目：声光控制路灯电路初始条件：初始条件：具备模拟电子电路的理论知识；具备模拟电路基本电路的设计能力；具备模拟电路的基本调试手段；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。要求完成的主要任要求完成的主要任务务： ：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、光控：白天，光照强，灯灭；晚上，光照弱，灯亮2、声控在晚上起作用：有声音，灯亮，延时 30 秒，灯灭；无声音，灯灭

2、3、路灯用 25W 灯泡模拟4、安装调试并完成符合学校要求的设计说明书时间时间安排：安排：一周，其中 3 天硬件设计，2 天硬件调试指指导导教教师签师签名：名： 年年 月月 日日系主任（或系主任（或责责任教任教师师） ）签签名：名： 年年 月月 日日武汉理工大学模拟电路课程设计说明书目录目录1 声光控制路灯电路设计内容.21.1 设计要求 .21.2 设计目的 .11.3 设计方案 .11.4 原器件的选择 .12 电路焊接及调试 .42.1 电路原理图的设计 .42.3 焊接元件 .52.4 测试与调试 .63 元件清单 .84 课程设计心得体会 .95 参考文献 .10本科生课程成绩测定表

3、 .11武汉理工大学模拟电路课程设计说明书11 1 声光控制路灯电路设计内容声光控制路灯电路设计内容1.11.1 设计要求设计要求用光控电路和声控电路两个控制电路，以及一个运放器来实现发光二极管的延时功能。要求：1、光控：白天，光照强，灯灭；晚上，光照弱，灯亮2、声控在晚上起作用：有声音，灯亮，延时 30 秒，灯灭；无声音，灯灭1.21.2 设计目的设计目的通过此次声光控制电灯电路的设计，了解常用电子电路设计的思路与过程，了解怎么通过 PROTEL DXP 绘制电路原理图，培养应用所学知识指导实践的能力。同时，掌握声光控电路的基本原理，其所涉及的声光信号的采集以及信号的处理，将声光信号转换为电

4、信号，然后通过 BJT 放大以及电容滤波，我们应该了解其时间控制电路，如何通过 BJT 控制继电器等。1.3 设计方案设计方案方案设计框图如图一所示：图 1-1 声光控延时电路方框图由图可以看出，整个电路分为四大部分：声光采集部分、控制部分、延时部分、继电器照明部分。四大部分的工作原理在下面会详细介绍。检音R4感光R7放大 VT 控制门继电器二极管整形 整形 延时武汉理工大学模拟电路课程设计说明书21.41.4 原器件的选择原器件的选择芯片选用 CMOS 数字集成电路 CD4011 ， CD4011 有四个独立的与非门电路，内部功能见图 3 ，VSS 是电源的负极， VDD 是电源的正极。驻极

5、体选用的是一般收录机用的小话筒，它的测量方法是：用 RX100 档将红表笔接外壳的 S 、黑表笔接 D ，这时用口对着驻极体吹气，若表针有摆动说明该驻极体完好，摆动越大灵敏度越高；光敏电阻选用的是 625A 型，有光照射时电阻为 20K 以下，无光时电阻值大干 100M ，说明该元件是完好的。二极管采用普通的整流二极管 1N4001。延时电路采用 RC 延时电路，延时电路 D、 C、R 组成。T=R*C,C 放电所需的时间就是白炽灯亮的时间，用 0.7 估算。则可知灯亮的时间约为 T=0.7R*C 改变 R 和 C 的值时，可以调整灯亮的时间。本题要求时间为 30 秒，则可选择C=10uF，R

6、=4M。计算大致时间T=0.7*R*C=28S。继电器采用 5V 五脚，220V，10A 的继电器，灯泡为题目要求的 25W 灯泡。 图 1-4 CD4001整体原理图如图 2 所示：武汉理工大学模拟电路课程设计说明书3图 1-2 声光控延时电路原理图电路原理说明：9v 直流电压为集成块 CD4011 及三极管提供电源。整个电路工作的前提是集成块的 1、2 脚输入高电平，经过三反相，集成块输出端输出高电平，然后触发继电器导通使灯泡发亮。 在白天时，光敏电阻很小使得 1 脚输入低电平，电路封锁了声音通道，使得声音脉冲不能通过，经过三反相后集成块输出端输出低电平，无触发信号继电器不导通所以灯泡不亮

7、；在黑夜时，光敏电阻因无光线照射呈高阻，使得输入端 1脚变高电平，为声音通道开通创造了条件。当没有声音时，三级管 9013 工作在饱和状态，集电极属于低电平，无触发信号供给继电器。当有声音出入时，三级管由饱和状态进入放大状态，集电极由低电平转成高电平，使集成块输出一个高电平，触发继电器工作电路导通，灯泡发亮。电路中应用了一个 IN4148 二级管来阻断，然后加上了一个 1.5M 的电阻与一个 22uF 的电容来控制电路的延迟时间，这个延迟时间主要是靠电容的放电使集成块持续高电平，让继电器持续在工作状态，当电容放完电后集成块输出低电平使继电器无触发信号而关断，灯自动R1100R5470KR61M

8、R247KR32.2MQ29014Q19014C1104C210nC3100nC410nMICR810KLDR7TORCH_LDR1413121110981234567+88.8VoltsR44MCD4011RL+88.8AC VoltsL125WD11N4001D21N4001武汉理工大学模拟电路课程设计说明书4熄灭。调整与麦克风串联的电阻阻值或三级管的放大倍数都可以调节声控灵敏度，其工作原理主要是减小基极的工作电压。a.取样电路由光敏电阻 R7 和驻极体话筒 R4 构成，其中 R4 所采集的声信号通过 BJT 构成的共射极放大作为芯片 2 脚的输入,R7 则和 R6 构成串联分压电路，当白

9、天有光照射时，光敏电阻阻值减小，所分的电压降低，则 1 脚无信号输入，而当夜晚无光时，光敏电阻阻值增大，所分的电压也增大，则 1 脚信号为高电平输入。b.CD4011 芯片，内部为四个独立的与非门，当同时 1、2 脚为高电平时，3脚输出低电平，然后通过 3 脚接到 5、6 脚，则 4 脚输出为高电平，导致二极管D5 导通。同时 8、9 脚输入为高电平，则 10 脚输出为低电平，同理输入到12、13 脚，则 11 脚输出高电平。反之，则输出低电平。c.电容 C3 和电位器 R8 构成延时可调电路。延时时间 t 的计算公式：t= R4C3。所以由以上关系式可以算出 t、R4、C3 的取值关系。因为

10、所要求设计的可调延时电路是要求 30s,则可计算出 R4=3M,C3=10uF。d.通过 BJT 来控制继电器内线圈有无电流，其控制部分电路图三所示：图 1-3 继电器控制电路当 11 脚输入为高电平时，BJT 发射级就正偏，所以就能构成回路，有电流，则继电器工作，开关闭合。R1100Q19014C3100nRL+88.8AC VoltsL125WD11N4001武汉理工大学模拟电路课程设计说明书5当 11 脚输入低电平时，发射极无偏置电压，不能构成回路，则继电器线圈中没有电流，不能工作。2 2 电路焊接及调试电路焊接及调试 电路板的设计是以电路原理图为根据，实现电路设计者所需要的功能。电路板

11、的设计主要指版图设计，需要考虑外部连接的布局、内部电子元件的优化布局、金属连线和通孔的优化布局、电磁保护、热耗散等各种因素。优秀的版图设计可以节约生产成本，达到良好的电路性能和散热性能。2.1 电路原理图的设计电路原理图的设计电路原理图的设计是整个电路设计的基础，它的设计的好坏直接决定后面焊接的效果。具体设计的步骤如下：第一步，启动 Protel DXP 原理图编辑器第二步，设置电路原理图的大小与版面第三步，从元件库取出所需元件放置在工作平面第四步，根据设计需要连接元器件第五步，对布线后的元器件进行调整第六步，保存已绘好的原理图文档第七步，打印输出图纸第八步，根据图纸作出电路焊接图2.3 焊接

12、元件焊接元件焊点的标准：焊点呈锥形，焊锡要适量，表面有光泽，光滑，清洁等。根据焊接图，在电路板上焊接元件。焊接时要特别注意不要出现在虚焊、短路等。元件布局要美观，均匀，避免导线交叉，分清各个接线脚和正负极。在布线时，应尽量避免跳线的情况，尽量做到连线整齐，笔直，干净。焊接图实物如图 2-1：武汉理工大学模拟电路课程设计说明书6图 2-1 焊接图实物2.4 测测试与调试试与调试 调试 1.打开电源，给系统加上激励信号源，我们小组在调试时采用了拍手的方法， 用眼睛直接去观察灯泡是否亮和按时熄灭。强光下，发出声响，即此时拍手，看二极管是否发光。若灯亮了，则应该用 2 中的方法来判断故障部位，并加以改

13、正。2.只管检查法（电阻法、电压法、电流法）通过眼、耳、鼻、手来查找故障部位。即是看元器件有无断线、互碰、烧焦、脱焊等现象；听声音有无异常；闻有无焦味；摸器件是否过热等。用普通万用表的欧姆档检查各点的阻值，粗查是否有短路、断路或元件错焊等情况，用万用表测量电路中各点对地的电阻以及元器件的阻值，以此来判断故障部位测量晶体管的管脚电压和集成块各脚的电压或波形，据此电压值判断故障。调试前，先将焊好的电路板对照印刷电路图认真核对一遍，不要有错焊、漏焊、断武汉理工大学模拟电路课程设计说明书7路、元件相碰等现象发生。通电后，人体不允许接触电路板的任一部分，防止触电，注意安全。如用万用表检测时，只用将万用表

14、两表笔接触电路板相应处即可。本电路调试时先将光敏电阻的光挡住，用手轻拍发出声响，这时灯应亮，若用光照射光敏电阻，再发出声响，这时灯不亮，说明光敏电阻完好，这时即告本套件制作成功，若不成功应仔细检查有无虚假错焊和拖锡短路现象。结果为灯持续亮 26S,与原理计算结果 28S 相差不大，基本符合要求。调试实物图如图 2-2,图 2-3 图 2-2 调试图实物（灯亮）武汉理工大学模拟电路课程设计说明书8 图 2-3 调试图实物（灯熄）3 元件清单表 3-1 元件清单元器件型号数量芯片CD40111三极管90142电解电容100uf1电解电容10uf2瓷片电容1041电磁继电器5V 五脚1二极管IN40

15、012电阻1001电阻47K1电阻2.2M1麦克风542db1电阻470K1武汉理工大学模拟电路课程设计说明书9电阻1M1光敏电阻625A1电阻10K1电阻4M1直流电源9V14 4 课程设计课程设计心得体会心得体会 俗话说：“实践出真知。”只有实践了后才知道结果是否达到了自己的预期，或者说是否在实践过程中产生了横好的思路，这都是一个逐步学习的过程。 完成这次课程设计我觉得收获很多，补单进一步掌握了模电的知识及一门专业方阵软件的基本操作，还提高了自己的设计能力及动手能力。更多的是让我看清了我自己，明白了凡事需要耐心，实践实践验证里的唯一标准。理论知识的不足在这次实习中表现的很明显，这将有助于我

16、今后的学习，端正自己的态度，从而更加努力的学习，只有这样我才能真正地去掌握它，而不是只懂得一点皮毛。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。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了我们这一点，因为从头到尾，都是大家集体出主意，来解决中间出现的各种问题。从原理图的最终敲定，到最后实物的焊接与调试，这都是大家分工合作的结果，正是因为大家配合得默契，每项工作都完成得很棒，衔接得很好，才使我们很快的完成了任务。武汉理工大学模拟电路课程设计说明书10最后我们每个成员都能从中学到许多知识和经验，这也是我认为课设的目的所在。 5 参考文献1 吴友宇，伍时和，凌玲 .模拟电子技术基础 北京清华大学出版社，20092 刘华东. 电子 CAD 技术Protel 电路设计 清华大学，2007.063 舒庆萤，凌玲. 电子技术基础实验.武汉理工大教材中心 20084 康华光. 电子技术基础-数字部分(第 5 版) 高等教育出版社，2005.12