聲控?zé)粽n程設(shè)計---樓道照明燈控制電路設(shè)計

1、<p><b>　　緒論</b></p><p>　　用聲光控延時開關(guān)代替住宅小區(qū)的樓道上的開關(guān)，只有在天黑以后，當(dāng)有人走過樓梯通道，發(fā)出腳步聲或其它聲音時，樓道燈會自動點亮，提供照明，當(dāng)人們進入家門或走出公寓，樓道燈延時幾分鐘后會自動熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會亮，可以達(dá)到節(jié)能的目的。聲光控延時開關(guān)不僅適用于住宅區(qū)的樓道，而且也適用于工廠、辦公樓、教學(xué)樓等公共場所，它具

2、有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優(yōu)點，適合于各種樓房走廊的照明設(shè)備。</p><p>　　本課題研究的內(nèi)容是樓道照明燈控制電路設(shè)計。通過對聲光延時控制電路的電路組成、電路原理、單元電路設(shè)計、電路調(diào)試與選擇以及數(shù)據(jù)與分析等幾方面的研究，實現(xiàn)了聲光延時樓道照明燈在白天不工作，而夜晚收到突發(fā)聲響信號時自動開燈，并延時5s后自動熄滅的控制要求。減小了無效電能的損耗，達(dá)到了節(jié)能的效果。</p><

3、;p>　　聲控?zé)粝到y(tǒng)總體方案設(shè)計</p><p><b>　　2.1 設(shè)計要求：</b></p><p>　　要求電路在無光照情況下有聲音信號時。使燈（用LED發(fā)光管模擬）點亮：無聲時延遲5秒后熄滅，聲音間隔小于5秒則LED持續(xù)點亮，在有光照情況下有聲無聲均不點亮；電路如果在照明燈點亮期間又有新的聲源出現(xiàn)，照明燈應(yīng)重新開啟。</p><p&g

4、t;　　2.2 電路原理及參數(shù)計算</p><p><b>　?。?）電路原理圖</b></p><p>　　圖2-1 聲控部分原理圖</p><p><b>　　圖2-2 總原理圖</b></p><p><b>　　（2）電路原理</b></p><p&

5、gt;　　聲音進入話筒轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柵cR1分壓，經(jīng)過C2（10uf）電容進行信號篩選，由電源提供5V直流電壓，經(jīng)過R3（4.7KΩ）電阻與接地的R4（4.7KΩ）電阻產(chǎn)生靜態(tài)工作點Q（2.5V）直流信號從3引腳進入集成塊LM358中。</p><p>　　在LM358內(nèi)部，由3引腳進入運算放大器的信號產(chǎn)生的輸出信號進入負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，C1（10uf）的作用是當(dāng)信號為直流信號時反饋為1，即靜態(tài)工作點不變。</p&g

6、t;<p>　　對于LM358內(nèi)的比較器，當(dāng)有光照的時候，光敏電阻的阻值降低，光敏電阻兩端的電壓也隨之降低，進入LM358的5引腳的電壓小于2.5V，比較器無輸出進入NE555，此時不工作；黑天無光時，電阻增大，兩端電壓增大，大于2.5V，使比較器的輸出為1，NE555正常工作。</p><p>　　當(dāng)反饋電路輸出的電壓U小于1/3VCC，即U小于1.67V時，NE555輸出的上升沿信號到74HC1

7、23的A1（1引腳）和A2（2引腳）后變?yōu)橄陆笛兀瑹袅?；?dāng)反饋電路輸出的電壓U大于2/3VCC，即U大于3.33V時，NE555輸出的下降沿信號到74HC123的A1（1引腳）和A2（2引腳）后變?yōu)樯仙?，燈滅?lt;/p><p><b>　　（3）電路參數(shù)計算</b></p><p>　　當(dāng)光線充足時，光敏電阻阻值很小，LM358的3腳分壓小，電壓比較器輸出1腳為低電

8、平。NE555電路4引腳為低電平有效，此時不管2腳和6腳輸入為高或低，OUT輸出端直接復(fù)位為0。74HC123的1腳和2腳也為低，其Q端輸出也為低，Q’端為高電平，發(fā)光二極管負(fù)端為高，燈不會亮；當(dāng)光線不充足時，光敏電阻阻值很大，LM358的3腳分壓大，故電壓比較器反相輸入，輸出為高電平，NE555的直接復(fù)位端4腳無效。這時若有聲音信號通過駐極體話筒輸入，通過電容濾波后輸入LM358聲控放大電路，經(jīng)放大后輸入NE555的2腳和6腳，正弦波

9、形被施密特變換為反相矩形波。NE555的2腳和6腳輸入大于的電壓，3腳輸出OUT由低變?yōu)楦撸?4HC123的1腳和2腳接收到一個上升沿脈沖，輸入到74HC123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器后再次經(jīng)波形變換，Q端產(chǎn)生一個上升沿脈沖。由于LED接入74HC123的Q’引腳，故其在Q’引腳是一個下降沿脈沖，此時發(fā)光二極管負(fù)端為低，燈會亮，亮?xí)r延遲時間為脈沖寬度。聲音信號消失，Q端上升沿維持5s后燈會自動熄滅。</p><p>　　要使

10、LM358的聲控放大電路的放大倍數(shù)為30～50，</p><p>　　即,可選用=4.7K、=150，此時算得。</p><p>　　，要使LM358的2腳和5腳的電壓為，必須選用兩對阻值一樣的電阻，這里在5引腳選用4.7K，在2引腳選用1K。</p><p>　　要使延時時間為5s，即使=5s，選用150的電阻和47uF的電容，即在14腳和15腳間接入47uF的電

11、容，在15腳和間接入150電阻。</p><p>　　2.3 元器件的介紹及其功能</p><p>　　此次課程設(shè)計主要有LM358、NE555和74HC123 三個集成器件，發(fā)光二極管，光敏電阻，駐極體話筒以及電阻和電容等基本電路元器件。</p><p><b>　?。?）LM358</b></p><p>　　LM3

12、58內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器， 適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模組,音頻放大器、工業(yè)控制、DC增益部件和其他所有可用單電源的運算放大器的場合。 </p><p>　　LM358其內(nèi)部電路及管腳排布如圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3 LM358內(nèi)部電路及管腳排布</p>

13、<p><b>　　（2）NE555</b></p><p>　　555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在4.5V到16V 工作，輸出驅(qū)動電流約為200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電平兼容。 555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變

14、換電路。</p><p>　　NE555是一種應(yīng)用特別廣泛作用很大的集成電路，在很多電子產(chǎn)品中都有應(yīng)用。NE55的作用是用內(nèi)部的定時器來構(gòu)成時基電路，給其他的電路提供時序脈沖。</p><p>　　NE555內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳排如下列圖2-4所示：</p><p>　　圖2-4 NE555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳排列</p><p>　?。?）74HC1

15、23</p><p>　　74HC123是一款高速CMOS器件，74HC123引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC123遵循JEDEC標(biāo)準(zhǔn)no.7A?！　?4HC123是雙路可再觸發(fā)單穩(wěn)多諧振蕩器，可通過多達(dá)3種方式實現(xiàn)輸出脈寬控制。74HC123的nA和nB輸入帶施密特觸發(fā)功能，使得電路對緩慢的輸入上升和下降具備更高的容差性。 74HC123 參數(shù) 74HC123 基本參數(shù) 電壓  

16、; 2.0～6.0V 驅(qū)動電流   +/-5.2 mA 傳輸延遲   26 ns@5V 74HC123 其他特性 邏輯電平   CMOS 功耗考量   低功耗或電池供電應(yīng)用 74HC123 封裝與引腳 SO16, SSOP16, DIP16, TSSOP16 74HC123 特性： DC通過高有效或低有效輸入觸發(fā) 可再觸發(fā)，以適應(yīng)超長脈沖，最高可達(dá)100%占空比 可直接復(fù)位，終止輸出脈沖

17、 除了復(fù)位輸入，所有輸入帶有施密特觸發(fā)功能 ESD保護HBM EIA/JESD22-A114-C超過2000 V MM EIA/JESD22-A115-A超過200 V 。溫度范圍 ：-40～+85 ℃、 -40～+12</p><p>　　74HC123的引腳排列、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能表如圖2-5，2-6及表2-1所示：</p><p>　　圖2-5 74HC123引腳圖</p>

18、<p>　　圖2-6 74HC123內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　表2-1 74HC123功能表</p><p>　　74HC123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。它有兩種輸入，A為低電平有效，B為高電平有效。有兩種輸出，正好相反。用外接的電阻電容作定時元件，時間自己定，比74LS電路易用。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74HC123及外圍電路來實現(xiàn)該功能。74HC123為雙可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)，其輸出脈沖的寬度

19、主要取決于定時電阻R與定時電容C，脈寬的計算為電容值與電阻值的乘積即：WP=R´C，在實際設(shè)計中R=5kW，C=80pF，輸出脈寬為400ns、幅度約5V。脈沖快沿放大與射極跟隨輸出電路，主要作用是對整形與展寬后的觸發(fā)脈沖進行加速和放大，以便得到有較高幅度和較快上升沿的脈沖信號去觸發(fā)場效應(yīng)管2SC3306。</p><p><b>　　（4）、駐極體話筒</b></p>

20、<p>　　駐極體話筒：駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價格低的特點，廣泛用于盒式錄音機、無線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個場效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。駐極體話筒如圖2-5所示：</p><p>　　圖2-7 駐極體話筒</p><p><b>　

21、?。?）、光敏電阻</b></p><p>　　光敏電阻：又叫光感電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器。入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時，半導(dǎo)體片內(nèi)就激發(fā)出電子—空穴對，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強。如圖2-6所示：</p><p><b>　　圖2-8 光

22、敏電阻</b></p><p><b>　?。?）發(fā)光二級管</b></p><p>　　發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。</p&

23、gt;<p>　　它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能，發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由電子，在PN結(jié)的附近分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。電子和空穴復(fù)合時釋放出的能量多少是不同的，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。如

24、圖2-9所示：</p><p>　　圖2-9 發(fā)光二級管</p><p><b>　　2.4 方案論證</b></p><p>　　利用聲控，光控電路將聲音信號，光信號轉(zhuǎn)化為電信號，其中的運放LM358將信號放大，用555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器對波形整形，使輸出為方波，用74HC123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制延時時間，接LED發(fā)光二極管，從而實現(xiàn)整個電路的

25、設(shè)計。聲源產(chǎn)生的聲音信號，經(jīng)聲電轉(zhuǎn)換器后轉(zhuǎn)換成微弱的電信號，該信號經(jīng)放大后送處理器處理，處理器將幅度、頻率不盡相同的一群聲波信號轉(zhuǎn)換成一次狀態(tài)改變的控制信號，該信號經(jīng)延時處理電路達(dá)到設(shè)計要求時間與設(shè)計要求功能，經(jīng)執(zhí)行機構(gòu)直接控制負(fù)載動作。</p><p>　　第三章 電路的焊接與調(diào)試</p><p><b>　　3.1 電路的焊接</b></p><

26、;p><b>　　(1) 焊接順序：</b></p><p>　　先測量，作好記錄、清潔、掛錫、焊接、最后在檢查測量。</p><p><b>　　(2) 焊接方法：</b></p><p>　　將元器件合理的安排好后，直立電烙鐵，接觸焊錫，為了是器件整體美觀，盡量要求焊接上的器件里版面越0.2毫米。焊點盡量圓滑美觀

27、。</p><p><b>　　電路的調(diào)試</b></p><p>　　在電路板焊接完成后，先用萬用表檢查各接線是否焊接良好，是否有松動和漏焊。把焊接好的電路板接到5V電源上，在接入電源的時候正負(fù)極及地線一定要接對，如果擔(dān)心線路有錯誤而把電路板燒壞，可以先用萬用表測LM358的2腳、3腳以及5腳、6腳電壓是否為2.5V進行觀測。出現(xiàn)的問題及解決方法：接好5V電源后燈一

28、直亮，延時電路沒有起到作用。檢查電路，發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管接了74HC123的8腳沒有焊牢固。仔細(xì)焊接后，再次接電源，燈亮了但不符合條件，即使通電后有延時，但聲控部分不好使，重新檢查下發(fā)現(xiàn)犯了一個很低級的錯誤，原來358的電源和地沒有接號，重新焊接又接到電源上，電路板終于能夠正常工作。</p><p><b>　　第四章 總結(jié)與展望</b></p><p>　　在這兩周的電

29、子技術(shù)課程設(shè)計中，我做的課題是“聲控?zé)簟薄＿@是一種聲音控照明燈，它可以用于樓梯、過道、庫房的場合。白天光照好，不管過路者發(fā)出多大聲音，都不會是燈泡發(fā)亮。夜晚光暗，電路的拾音器只要檢測到有碎發(fā)聲響，就會自動亮為行人照明，過一段時間后又自動熄滅，起到了節(jié)能的作用。</p><p>　　本次的聲光控制開關(guān)的設(shè)計實踐將我們學(xué)到的知識應(yīng)用到了實踐，深化了對數(shù)字電路設(shè)計、和模擬電子設(shè)計的認(rèn)識，使我們在設(shè)計的實踐中獲得新知。學(xué)

30、習(xí)的理論知識和實踐操作，我不僅僅得到的是課本上的東西，更重要的是我通過自己的獨立動手，老師和同學(xué)的耐心指導(dǎo)下，讓我學(xué)會了分析電路、設(shè)計電路的步驟。在此設(shè)計中利用到了放大 、光敏、延時的知識,讓我們進一步鞏固和掌握所學(xué)的基礎(chǔ)知識，加深對了對模擬電路.數(shù)字電路的理解。</p><p>　　從課設(shè)開始到結(jié)束過程中，我學(xué)到了許多，不僅鞏固了以前所學(xué)的知識，而且學(xué)到了很多書本上學(xué)不到的東西。通過此次課程設(shè)計使我懂得了理論與

31、實踐相互結(jié)合非常重要，光有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，從理論和實踐中得出結(jié)論，才能真正學(xué)會貫通，提高自己的實際動手和獨立思考的能力。此外，這次課程設(shè)計與我們的日常生活是息息相關(guān)的，以前只知道學(xué)習(xí)書本知識，都不知道我們將來畢業(yè)可能會從事什么工作。這次課設(shè)使我知道我們將來或許可以做出比聲光控制燈更加智能更加靈敏的現(xiàn)代科技產(chǎn)品，我覺得學(xué)好專業(yè)課學(xué)好一技之長非常重要。</p><p><b>　　致 謝</b&

32、gt;</p><p>　　在此感謝我的組長，在他的帶領(lǐng)下，與同組成員齊心協(xié)力完成電路板，并調(diào)試成功。雖然我們組的進度并是很快，但我們認(rèn)真對待，有質(zhì)量的完成此次課設(shè)。同時感謝另兩位組員，和我一起幫助組長完成課設(shè)。</p><p>　　最后感謝院系領(lǐng)導(dǎo)和老師對我們的耐心指導(dǎo)和幫助，使我們學(xué)到更多課本上學(xué)不到的知識，我們會以更好積極的精神狀態(tài)去學(xué)習(xí)新知識，回報學(xué)校，回報社會。</p>

33、;<p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1].《電子技術(shù)實驗教程》------高等教育出版 2005年</p><p>　　[2].《電子技術(shù)基礎(chǔ)—模擬部分》 --- 康光華 高等教育出版2005</p><p>