聲光控臺燈電路設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）</p><p>　　設(shè)計題目: 聲光控臺燈電路設(shè)計 </p><p>　　_______________________________________</p><p>　　專 業(yè): 應(yīng)用電子技術(shù) </p><p>　　班 級:

2、 </p><p>　　學(xué) 號: </p><p>　　姓 名: </p><p>　　指導(dǎo)教師: </p><p>　　二00九年十二月二十日</p><p>　　

3、信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p><b>　　第1章 緒 論2</b></p><p>　　1.1聲光控臺燈電路的概述2</p><p>　

4、　1.2設(shè)計的目的與意義2</p><p>　　1.3設(shè)計的內(nèi)容2</p><p>　　第2章 系統(tǒng)方案4</p><p>　　2.1系統(tǒng)方案一4</p><p>　　2.2系統(tǒng)方案二4</p><p>　　第3章 單元電路的設(shè)計6</p><p>　　3.1電源電路設(shè)計6<

5、/p><p>　　3.2聲控電路的設(shè)計7</p><p>　　3.3光控電路設(shè)計8</p><p>　　3.4延時電路的設(shè)計9</p><p>　　第4章 整機電路工作原理11</p><p>　　第5章 電路制作及調(diào)試12</p><p>　　5.1電路制作12</p>

6、<p>　　5.2單元電路測試12</p><p>　　5.3整機電路的測試12</p><p><b>　　結(jié) 論13</b></p><p><b>　　致 謝14</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)15</b></p>&l

7、t;p>　　附 錄1 元器件清單16</p><p>　　附 錄2 整機原理圖17</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本聲光控制開關(guān)的設(shè)計目的是為了解決長明燈及開關(guān)麻煩所造成的能源浪費而設(shè)計出了利用聲光來控制臺燈開關(guān)的電路。當(dāng)白天光照很好時，不管室內(nèi)發(fā)出多大聲音，都不會使燈泡發(fā)亮。當(dāng)夜晚光暗時，有人

8、進(jìn)入房間時，電路的拾音器只要檢測到有聲音信號，就會自動發(fā)亮照明，當(dāng)人離開后又自動熄滅。這樣的電路不但安全省電、結(jié)構(gòu)簡單而且安裝方便、使用壽命也長。此電路由D1-D4IN4007橋堆、VT1-VT5晶體管、MIC駐極話筒、晶閘管，光敏電阻等元器件組成。本設(shè)計對電路原理作出詳細(xì)分析并闡述元器件的作用及其實現(xiàn)功能的方式，介紹電路的組裝與調(diào)試。</p><p>　　關(guān)鍵詞 聲光控；延時；節(jié)能</p><

9、;p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1聲光控臺燈電路的概述</p><p>　　隨著傳感器技術(shù)的不斷成熟，國內(nèi)外已經(jīng)將傳感器技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展的科技領(lǐng)域之一，聲光傳感器由于反應(yīng)速度快，能實現(xiàn)非接觸測量，而且精度高、分辨力高、可靠性好，加之半導(dǎo)體光敏器件具有體積小、重量輕、功耗低、便于集成等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于軍事、宇航、通信、檢測與工

10、業(yè)自動化控制等多種領(lǐng)域中。為此我們設(shè)計了聲光控臺燈電路，這是一種電路新穎、安全省電、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、使用壽命長的聲光雙控臺燈開關(guān)。本聲光控制開關(guān)的設(shè)計節(jié)電效果十分明顯，同時也大大減少了維修量、節(jié)約了資金，使用效果良好,方便了人們的日常生活，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，公共場所照明控制手段也在日新月異地更新，除了聲光控開關(guān)外，還有微波感應(yīng)開關(guān)和熱釋遠(yuǎn)紅外感應(yīng)開關(guān).但就目前而言，微波感應(yīng)開關(guān)的抗干擾性能尚不理想，紅外感應(yīng)開關(guān)在性能上較為理想，但

11、安裝復(fù)雜，價格也偏高，比較適合在一些管理完善的場所如賓館、大飯店樓道及家庭走廊應(yīng)用，在普通住宅樓、辦公樓道等場所的照明控制考慮到價格、管理及安裝方便等因素，根據(jù)我國情,可以預(yù)計在相當(dāng)一段時期內(nèi)，聲光控延時開關(guān)將是首選的主流產(chǎn)品。</p><p>　　1.2設(shè)計的目的與意義</p><p>　　1.學(xué)習(xí)基本理論在實踐中綜合運用的初步經(jīng)驗，掌握模擬電路設(shè)計的基本方法、設(shè)計步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計與調(diào)

12、試能力；</p><p>　　2.學(xué)會聲光控臺燈電路的設(shè)計方法和性能指標(biāo)測試方法；</p><p>　　3.了解聲光控臺燈電路在實際中的應(yīng)用；</p><p>　　4.培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。</p><p><b>　　1.3設(shè)計的內(nèi)容</b></p><p>　　設(shè)計電路結(jié)

13、構(gòu)，選擇電路元件，計算確定元件參數(shù)，畫出實用原理電路圖。其設(shè)計內(nèi)容主要包括以下幾個部分：</p><p><b>　　1.系統(tǒng)方案；</b></p><p>　　2.單元電路的設(shè)計；</p><p>　　3.整機電路工作原理；</p><p>　　4.電路的安裝及調(diào)試。</p><p><b

14、>　　第2章 系統(tǒng)方案</b></p><p><b>　　2.1系統(tǒng)方案一</b></p><p>　　采用集成芯片SM9100，話筒產(chǎn)生的聲音經(jīng)三極管放大后，提供給SM9100，觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，控制電路的工作。但是這種聲光開關(guān)對聲音感知的靈敏度、對光強度感知的靈敏度和控制燈亮的時間不能調(diào)節(jié)，其電路的系統(tǒng)框圖如下所示：</p><

15、;p>　　圖2-1 電路方框圖</p><p>　　此電路主要由電源電路、聲控電路、光控電路和開關(guān)集成電路組成，220V的電網(wǎng)電壓進(jìn)入電源部分把交流電轉(zhuǎn)換成脈動直流電，信號經(jīng)過光控和聲控部分，再到延時電路，由開關(guān)集成芯片SM9100來控制聲控電路輸出的聲音信號和光控電路輸出的光信號的工作情況。</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)方案二</b></p&g

16、t;<p>　　采用分立元件來完成，由話筒進(jìn)行聲電轉(zhuǎn)換，光敏電阻進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，延時電路通過調(diào)電容的值來實現(xiàn)。它結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，成本低，適用性強。其電路的系統(tǒng)框圖如下圖所示：</p><p>　　圖2-2 聲光控臺燈組成框圖</p><p>　　聲光控制臺燈電路主要由電源電路、聲控電路、光控電路和延時電路、晶閘管開關(guān)控制電路等部分組成。</p><p&g

17、t;　　電源電路：220V的電網(wǎng)電壓進(jìn)入電源電路就把220V的交流電轉(zhuǎn)換成9V的電壓。</p><p>　　光控電路：在白天光線很強時，其電路不工作。在晚上或者白天光線很弱的時候，電路開始工作，把光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出。</p><p>　　聲控電路：當(dāng)有聲音信號發(fā)出時，電路工作把聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出。</p><p>　　開關(guān)延時電路：相當(dāng)一個開關(guān)，主要是來控

18、制聲控電路輸出的聲音信號和光控電路輸出的光信號的工作情以及能夠及時的延時，并控制整個電路，使電路正常工作。</p><p>　　綜上所述，方案一采用集成電路控制臺燈，這種電路對聲音感知的靈敏度、對光強度感知的靈敏度和控制燈亮的時間不能調(diào)節(jié)，并且電路原理復(fù)雜，而方案二采用分立元件來完成聲電和光電的轉(zhuǎn)換，且結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，成本低，適用性強，原理簡單，所以綜合考慮采用方案二。</p><p>

19、;　　第3章 單元電路的設(shè)計</p><p><b>　　3.1電源電路設(shè)計</b></p><p>　　電源電路是由整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路等組成。如圖3-1所示：220V的交流電經(jīng)D1～D4整流、R1降壓、D5穩(wěn)壓、C1濾波最終獲得的9V電壓供給控制電路。</p><p><b>　　圖3-1 電源電路</b>&l

20、t;/p><p>　　其中，降壓是通過R1有效的通過電阻的阻值實現(xiàn)從大電壓降為小電壓的過程，整流電路是利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦阅馨呀涣麟娮兂蓡蜗蛎}動直流電的電路。</p><p>　　單相橋式整流電路的工作原理可分析如下，為簡單起見，二極管用理想模型來處理，即正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大。在U的正半周，電流從正端經(jīng)過二極管D1流向RL，再由二極管D3流回負(fù)端，所以D1、D3正向?qū)ǎ?/p>

21、D2、D4反偏截止。在負(fù)載上產(chǎn)生一個極性為上正下負(fù)的輸出電壓。其電流通路可用圖3-2中實線箭頭表示。在U的負(fù)半周，其極性與圖示相反，電流負(fù)端經(jīng)過二極管D2流向RL，再由二極管D4流向正端，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向?qū)?。電流流過RL時產(chǎn)生的電</p><p>　　壓極性仍是上正下負(fù)，與正半周時相同，其電流通路如圖3-2中虛線箭頭所示。</p><p>　　濾波電路是通過C1濾波

22、使紋波大為減小，這樣流過二極管的電流將很大，能很好的帶動負(fù)載，其兩端的電壓為16V。</p><p>　　圖3-2 橋式整流電路</p><p>　　穩(wěn)壓是通過D5二極管來實現(xiàn)的，穩(wěn)壓二極管是一種齊納二極管，它是利用二極管反相擊穿時，其兩端電壓固定在某一數(shù)值，基本上不隨流過二極管的電流大小變化的特性而設(shè)計的，測得穩(wěn)壓二極管的電壓為9V，最后輸出給后一級電路。</p><

23、p>　　3.2 聲控電路的設(shè)計</p><p>　　聲控電路的組成主要由聲控傳感器、聲音信號放大器、控制電路、驅(qū)動電路及執(zhí)行電路等組成。</p><p>　　聲傳感器是聲控電路的重要器件，它的作用是用來接受聲控信號，把聲控信號轉(zhuǎn)換成電信號，聲控電路中的放大器是用于放大聲傳感器輸出的信號的，駐極體話筒的工作原理可以用圖3-3來表示：</p><p>　　3-3

24、駐極體話筒工作原理圖</p><p>　　話筒的基本結(jié)構(gòu)由一片單面涂有金屬的駐極體薄膜與一個上面有若干小孔的金屬電極（背稱為背電極）構(gòu)成。駐極體面與背電極相對，中間有一個極小的空氣隙，形成一個以空氣隙和駐極體作絕緣介質(zhì)，以背電極和駐極體上的金屬層作為兩個電極構(gòu)成一個平板電容器，電容的兩極之間有輸出電極。由于駐極體薄膜上分布有自由電荷。當(dāng)聲波引起駐極體薄膜振動而產(chǎn)生位移時；改變了電容兩極版之間的距離，從而引起電容的

25、容量發(fā)生變化，由于駐極體上的電荷數(shù)始終保持恒定，根據(jù)公式：Q=CU，</p><p>　　所以當(dāng)C變化時，必然引起電容器兩端電壓U的變化，從而輸出電信號，實現(xiàn)聲—電的變換。</p><p>　　聲控電路的設(shè)計原理圖如圖3-4所示，話筒將聲音信號轉(zhuǎn)化為負(fù)極性的電信號，但接收到的信號很微弱,只有通過由三極管V1組成的放大器把微弱的信號進(jìn)行放大，其集電極輸出正極性的電信號經(jīng)C3耦合到下一級的光敏

26、電阻。若是在白天由于光照強度大，經(jīng)C3耦合的電信號來時，由于阻值小使得光敏電阻兩端的電壓很低，無法使后一級電路正常工作。夜晚由于阻值大使得光敏電阻兩端的電壓高，所以能夠使下一級正常工作，R4是負(fù)載電阻，R2起分壓的作用，R3作的基極偏置電阻。</p><p>　　圖3-4 聲控電路的原理圖</p><p><b>　　3.3光控電路設(shè)計</b></p>

27、<p>　　在電子電路中，常用光敏器件構(gòu)成光控電路。所謂光敏器件通常是指能將光能轉(zhuǎn)變成為電信號的半導(dǎo)體傳感器。</p><p>　　光敏電阻器是根據(jù)半導(dǎo)體的光敏導(dǎo)電效應(yīng)制成的，使用時給它施加以直流或交流偏壓，其結(jié)構(gòu)特征是把條狀的光敏材料封裝在圓形管殼內(nèi)，有的還用玻璃透明材料制成防護(hù)罩，和普通電阻器一樣，它也有兩根引線。</p><p>　　在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照

28、時，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子—空穴對增加了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對將逐漸復(fù)合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復(fù)原值在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過，受到適當(dāng)波長的光線照射時，電流就會隨光強的增加而變大，從

29、而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。</p><p>　　在本設(shè)計中光敏電阻是R5，正如原理所說，在白天由于光照強度大，R5光敏電阻的阻值很小，前一級電信號來時，由于阻值小使得R5兩端的電壓很低，無法使后一級電路V2及V3正常工作，從而使燈炮在白天不會亮；在而夜晚光敏電阻R5的阻值很大，前一級來信號時，由于阻值大使得R5兩端的電壓高，所以能夠使下一級電路V

30、2及V3正常工作，光控電路的設(shè)計原理圖如3-5所示：</p><p>　　圖3-5 光控電路原理圖</p><p>　　3.4 延時電路的設(shè)計</p><p>　　1.晶閘管的定義及用途</p><p>　　晶閘管是晶體閘流管的簡稱即可控硅，它是一種大功率開關(guān)型半導(dǎo)體器件，在電路中用文字符號為“V”、“VT”表示。</p>&l

31、t;p>　　晶閘管具有整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點電子開關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。</p><p>　　2.晶閘管的工作原理 </p><p>　　晶閘管在工作過程中，它的陽極A和陰極K與電源和負(fù)載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。</p><p&

32、gt;　　晶閘管是四層三端器件，它有J1、J2、J3三個PN結(jié)如圖3-6，可以把它中間的NP分成兩部分，構(gòu)成一個PNP型三極管和一個NPN型三極管的復(fù)合管如圖3-7，當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓時，為使晶閘管導(dǎo)通，必須使承受反向電壓的PN結(jié)J2失去阻擋作用。圖3-6中每個晶體管的集電極電流同時就是另一個晶體管的基極電流，因此，兩個互相復(fù)合的晶體管電路，當(dāng)有足夠的門極電流Ig流入時，就會形成強烈的正反饋，造成兩晶體管飽和導(dǎo)通。</p&g

33、t;<p>　　圖3-6 晶閘管結(jié)構(gòu)圖 圖3-7 晶閘管內(nèi)部原理圖</p><p>　　在本設(shè)計中延時時間τ的計算：</p><p>　　τ=R9C4=2×106×30×10-6=60s （3-1）</p><p>　　根據(jù)以上所述，本設(shè)計適合選用小功率晶閘管，下面是發(fā)光延

34、時電路的設(shè)計，如圖3-9所示：發(fā)光延時電路的設(shè)計主要由C4和R9組成。當(dāng)夜晚有響聲（如腳步聲、說話聲等），前級電路就能正常工作，V2、V3導(dǎo)通，由供電電源提供的9V電源電壓經(jīng)V3的e、c極，開關(guān)二極管D6、V4導(dǎo)通使得V5也導(dǎo)通，燈泡此時正常點亮。同時通過D6對C4快速充電，充電電流大，充電時間很短，快速將C4上電壓充滿，C4上所得的電壓經(jīng)R9、V4的發(fā)射結(jié)、V5的G、K慢慢放電，此時就算沒有響聲燈泡仍然點亮，直到C4上的電放完，可控硅

35、V5截止燈泡熄滅，等待下一次觸發(fā)。</p><p>　　3-9 延時電路原理圖</p><p>　　第4章 整機電路工作原理</p><p>　　附錄2聲光控臺燈電路的整機原理圖,它的工作原理是：由220V的交流電經(jīng)D1～D4整流、R1降壓、D5穩(wěn)壓、C1濾波獲得9V的穩(wěn)定直流電壓供給控制電路。 白天：由于光照強度大，R5光敏電阻的阻值很小，話筒將聲音信號轉(zhuǎn)化為負(fù)極

36、性的電信號經(jīng)V1放大，其集電極輸出正極性的電信號，經(jīng)C3耦合到R5，由于R5阻值很小使R5兩端的電壓低，所以V2、V3、V4截止，V5關(guān)斷，燈泡H不發(fā)光。 夜間：由于光照強度小，R5光敏電阻的阻值很大，當(dāng)話筒將聲音信號轉(zhuǎn)化為負(fù)極性的電信號經(jīng)V1放大后，其集電極輸出正極性的電信號，經(jīng)C3耦合到R5，因R5阻值很大，故R5兩端的電壓高，所以V2、V3、V4依次導(dǎo)通，V5也導(dǎo)通，燈泡H發(fā)光，經(jīng)過延時發(fā)光后燈泡自動熄滅。</p>

37、<p>　　第5章 電路制作及調(diào)試</p><p><b>　　5.1電路制作</b></p><p>　　這里我采用萬用印制電路板對電路進(jìn)行安裝制作，首先在萬用板上進(jìn)行電路排版，然后按照元器件的安裝原理進(jìn)行元器件安裝，元器件的安裝要從上到下，從左到右，先特殊再一般，先裝低矮、耐熱的元件，最后裝話筒及光敏電阻。應(yīng)按如下步驟進(jìn)行焊接與安裝：</p>

38、<p>　　1．清查元器件的數(shù)量及質(zhì)量，并及時更換不合格的元件。</p><p>　　2．由孔距確定元件的安裝方式，電阻器采用臥式安裝，電解電容器采用立式安裝，并都要求緊貼電路板。</p><p>　　3．插裝時務(wù)必小心，引腳全部插進(jìn)后再焊接，各焊點加熱時間及用錫量要適當(dāng)，防止虛焊、漏焊及短路，焊后剪去多余引腳，并檢查所有焊點，確認(rèn)無誤后方可通電測試。</p>

39、<p><b>　　5.2單元電路測試</b></p><p>　　做實物要求與設(shè)計內(nèi)容一致，并且能正常工作，因此要進(jìn)行電路調(diào)試。以下就是各單元電路的調(diào)試。</p><p><b>　　1．整流電路的檢測</b></p><p>　　經(jīng)過檢測整流電路的電壓符合經(jīng)電網(wǎng)電壓整流后的電壓，該值與理論值符合，所以可以進(jìn)行

40、下一單元的調(diào)試。</p><p><b>　　2．濾波電路的檢測</b></p><p>　　經(jīng)整流電路感應(yīng)出的9V交流電壓經(jīng)過全波整流濾波電路被整流濾波，測出整流濾波后的電壓能過給電路提供正常的電壓，供電路正常工作。</p><p>　　5.3整機電路的測試</p><p>　　單元電路測試完畢，且一切正常，最后檢測整

41、個電路工作的能否正常工作，插上電源，此時燈泡不會亮，當(dāng)遮著發(fā)光二極管且有聲音發(fā)出的時候，燈泡就會自動的發(fā)亮。經(jīng)過測試此電路符合聲光控臺燈電路的原理及電路要求。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本聲光控制開關(guān)的設(shè)計節(jié)電效果十分明顯，同時也大大減少了維修量、節(jié)約了資金，使用效果良好,方便了人們的日常生活。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，公共場所照明控

42、制手段也在日新月異地更新，除了聲光控開關(guān)外，還有微波感應(yīng)開關(guān)和熱釋遠(yuǎn)紅外感應(yīng)開關(guān).但就目前而言，微波感應(yīng)開關(guān)的抗干擾性能尚不理想，紅外感應(yīng)開關(guān)在性能上較為理想，但安裝復(fù)雜，價格也偏高，比較適合在一些管理完善的場所如賓館、大飯店樓道及家庭走廊應(yīng)用，在普通住宅樓、辦公樓道等場所的照明控制考慮到價格、管理及安裝方便等因素，根據(jù)我國情,可以預(yù)計在相當(dāng)一段時期內(nèi)，聲光控延時開關(guān)將是首選的主流產(chǎn)品。</p><p><

43、b>　　致 謝</b></p><p>　　在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識。在整個項目開發(fā)過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅，相信會對今后的學(xué)習(xí)、工作、生活有非常重要的影響。在此，要感謝**老師對我悉心的指導(dǎo)，感謝老師們給了我這樣的

44、機會。雖然這個項目還不是很完善，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 郭繼忠，黃繼昌編著.控制專用集成電路及其應(yīng)用.人民郵電出版社,2006</p><p>　　[2] 鄭應(yīng)光編著.模擬電子線路(一).東南大學(xué)出版社,2000<

45、/p><p>　　[3] 孫余凱 項綺明等編著.精選實用電子電路260例.電子工業(yè)出版社,2007</p><p>　　[4] 張洪潤 呂泉編著.電子線路及應(yīng)用.清華大學(xué)出版社,2005</p><p>　　[5] 張洪潤主編.電子線路與電子技術(shù).清華大學(xué)出版社,2005</p><p>　　[6] 張玉蓮主編.傳感器與自動檢測技術(shù).機械工業(yè)出版