《專業(yè)方向設(shè)計(jì)》電氣1203羅

1、西南科技大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)方向設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)名稱： 光控聲控感應(yīng)燈的設(shè)計(jì)和制作 姓 名： 羅* 學(xué) 號(hào): 2012* 班 級(jí)： 電 氣 1203 指導(dǎo)教師： 梁蔭 起止日期： 2015年11月3日2016年1月8日西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院制4方 向 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書學(xué)生班級(jí)： 電氣1203 學(xué)生姓名： 羅* 學(xué)號(hào)： 2012* 設(shè)計(jì)名稱： 聲控光控感應(yīng)燈的設(shè)計(jì)和制作 起止日期： 2015年11月3日2016年1月8日 指導(dǎo)老師： 梁蔭 設(shè)計(jì)要求：本次課題要求設(shè)計(jì)一個(gè)聲控光控感應(yīng)燈，用開關(guān)系統(tǒng)控制一個(gè)連接在220v交流電的燈泡。在有光照的情況下即使有聲音開關(guān)也不閉合，即燈泡處于熄滅狀態(tài)。

2、在光照較弱或沒有光照的情況下，如果附近有聲音的時(shí)候開關(guān)閉合，可以使連接在外電路220v的電燈點(diǎn)亮，電燈點(diǎn)亮持續(xù)一段時(shí)間過后自動(dòng)熄滅，等待下次信號(hào)的觸發(fā)。方 向 設(shè) 計(jì) 學(xué) 生 日 志時(shí)間設(shè)計(jì)內(nèi)容12月8日了解設(shè)計(jì)內(nèi)容，分析設(shè)計(jì)原理以明確設(shè)計(jì)方向12月10日擬定設(shè)計(jì)方向，多方面確定設(shè)計(jì)方向的理論是否成立和可行性12月11日確定設(shè)計(jì)方向?yàn)槭褂媚M電路，用電路和電力電子技術(shù)的知識(shí)實(shí)現(xiàn)電路12月15日和老師交流設(shè)計(jì)方案，明確實(shí)現(xiàn)電路的細(xì)節(jié)12月16日購置元器件和電路板，焊接電路12月18日調(diào)試電路12月20日總結(jié)聲控光控感應(yīng)燈的設(shè)計(jì)和制作摘要：聲光觸摸控制樓道燈開關(guān)，能自動(dòng)控制白天開關(guān)、夜晚亮燈、人走

3、燈滅。具有靈敏、低耗、性能穩(wěn)定、使用壽命長、節(jié)能等特點(diǎn)。在白天或光線較強(qiáng)的場(chǎng)合即使有較大的振動(dòng)聲響也能控制燈泡不亮;晚上或光線較暗時(shí)遇到聲響、振動(dòng)后燈自動(dòng)點(diǎn)亮,人走后經(jīng)過一定時(shí)間后自動(dòng)熄滅。本次設(shè)計(jì)使用了模擬電路來完成，利用光敏電阻控制電位，晶閘管控制電流的關(guān)斷，RC電路充放電實(shí)現(xiàn)電燈延時(shí)的方法。關(guān)鍵詞：聲控、光控、晶閘管、RC充放電。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、設(shè)計(jì)目的和意義 1.1 設(shè)計(jì)目的本次設(shè)計(jì)做一個(gè)聲控光控感應(yīng)燈，實(shí)現(xiàn)一個(gè)可以在日常生活中在白天的時(shí)候處于熄滅狀態(tài)，在夜間等光線較暗的時(shí)候，有人走來的時(shí)候發(fā)出的響動(dòng)可以使得燈自動(dòng)點(diǎn)亮達(dá)到照明的效果。當(dāng)人離去過后一定時(shí)間燈可以自動(dòng)熄滅。這就是聲光控感應(yīng)燈。1.2 設(shè)計(jì)意義聲光控的技術(shù)用到了較多的電

7、子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，整個(gè)設(shè)計(jì)過程更是依賴于電路分析的知識(shí)，這些都是在大學(xué)課堂上學(xué)習(xí)過的知識(shí)。通過這次的設(shè)計(jì)可以把這些只是運(yùn)用到實(shí)際中去。在完成這次設(shè)計(jì)的過程中還學(xué)到了許多新的知識(shí)，增強(qiáng)了自身的知識(shí)儲(chǔ)備。當(dāng)然在制作過程中還增強(qiáng)了動(dòng)手能力。聲光控?zé)粼诂F(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用十分的廣泛，這次的設(shè)計(jì)任務(wù)還可以拓展自己的視野，將學(xué)到的運(yùn)用到更多的地方去。在節(jié)能方面，聲光控?zé)羰箻堑罒糇兊弥悄芑谔旌诓⒂腥俗邉?dòng)的聲音時(shí)才會(huì)亮燈，在人走后又會(huì)自動(dòng)熄滅。這樣不僅避免了電能的浪費(fèi)，而且又延長了燈泡的使用壽命，充分的體現(xiàn)了節(jié)能意識(shí)，體現(xiàn)了人們合理的利用電能的體現(xiàn)。二、控制要求設(shè)計(jì)要求制作一個(gè)聲光控感應(yīng)開光，外接民用220v交

8、流電相接的燈泡。初始狀態(tài)的時(shí)候燈是熄滅狀態(tài)。當(dāng)光線強(qiáng)的時(shí)候即使附近有聲音開關(guān)不會(huì)閉合，燈泡始終處于熄滅狀態(tài)，當(dāng)光線較暗的時(shí)候附近有發(fā)出響聲，則開光閉合點(diǎn)亮電燈，過一段時(shí)間過后燈便自動(dòng)熄滅。三、設(shè)計(jì)方案論證3.1 方案一使用51單片機(jī)作為控制系統(tǒng)，利用光敏電阻和小話筒作為數(shù)字量輸入，通過單片機(jī)進(jìn)行邏輯的判斷輸出數(shù)字量作為控制信號(hào)到晶閘管的門極，以晶閘管作為開關(guān)，控制電路的開斷完成對(duì)電燈的控制，以此達(dá)到控制要求。該方案的優(yōu)點(diǎn)是集成度高，成品體積小的優(yōu)點(diǎn)，但是該系統(tǒng)有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高的缺點(diǎn)，所以不選擇此方案。3.2 方案二該方案主要使用模擬電路，用小話筒和光敏電阻采集外界光信號(hào)和聲音信號(hào)。用與非門對(duì)

9、話筒和光敏電阻的輸入信號(hào)進(jìn)行處理，并輸出到晶閘管控制電路的開斷。將220V的交流電轉(zhuǎn)化為直流電壓以提供后續(xù)聲控電路、光控電路及延時(shí)電路的工作。此方案是通過RC電路來控制延時(shí)的時(shí)間。使用電容和二極管組成濾波電路，得到穩(wěn)定的低壓直流信號(hào)。在有聲音的情況下三極管輸出高頻信號(hào)，并在弱光的條件下光控電路輸出的高頻信號(hào)同時(shí)作用于與非門，并使得晶閘管導(dǎo)通，從而使得外接的燈變亮。當(dāng)人走后一段時(shí)間燈又自動(dòng)熄滅。此方案電路簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)且成本低廉，所以選此方案。四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 主電路圖1 主電路主電路部分由一個(gè)整流橋和一個(gè)晶閘管組成。220v交流電經(jīng)加在整流橋上面，交流電經(jīng)過橋過后變成饅頭波，這個(gè)波形就是原來

10、交流電在坐標(biāo)系里經(jīng)過X軸翻轉(zhuǎn)形成的，交流電經(jīng)過這樣的翻轉(zhuǎn)過后形成的饅頭波，會(huì)每次經(jīng)過在原來的1/2周期的時(shí)候就會(huì)過零點(diǎn)，這個(gè)過零點(diǎn)也即是后面晶閘管關(guān)斷的關(guān)鍵所在。這個(gè)饅頭波形電壓始終會(huì)持續(xù)的加在晶閘管的陽極，當(dāng)來自控制系統(tǒng)的加在晶閘管的門極的控制信號(hào)有效時(shí)時(shí)晶閘管導(dǎo)通，使電燈點(diǎn)亮。沒有控制信號(hào)時(shí)晶閘管即使在導(dǎo)通狀態(tài)下也會(huì)因?yàn)殡妷哼^零而關(guān)斷，使得電燈熄滅。4.2 聲控電路圖2 聲控電路該電路部分是一個(gè)話筒驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)MIC獲得聲音信號(hào)的時(shí)候會(huì)轉(zhuǎn)化為微弱的電信號(hào)，并由該信號(hào)控制開關(guān)。使用三極管將該電信號(hào)放大，放大后的信號(hào)通過邏輯電路觸發(fā)后邊邏輯電路的與非門，對(duì)主電路進(jìn)行控制。通過該電路對(duì)開關(guān)周圍的

11、聲音進(jìn)行檢測(cè)，就可以達(dá)到有聲音的時(shí)候觸發(fā)開關(guān)的效果。當(dāng)沒有聲音的時(shí)候，聲音控制電路上面只有VCC存在，這時(shí)電路處于靜態(tài)工作點(diǎn)上。三極管基極和發(fā)射極之間壓降使得三極管剛剛好導(dǎo)通，三極管的剛好導(dǎo)通狀態(tài)依賴于對(duì)其靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置。因?yàn)槿龢O管導(dǎo)通時(shí)集電極和發(fā)射極之間壓降不大，由圖可見故此聲音輸入信號(hào)很低，也就是信號(hào)輸出低電平。當(dāng)有聲音的時(shí)候會(huì)是話筒的電阻發(fā)生改變，電阻上面的壓降隨著聲音波動(dòng)來回波動(dòng)，這個(gè)波動(dòng)正有負(fù)。電壓的波動(dòng)會(huì)疊加到三極管的基極發(fā)射極電壓上面，當(dāng)波動(dòng)為負(fù)值的時(shí)候且小到一定的時(shí)候，三極管就會(huì)因?yàn)槠浠鶚O發(fā)射極電壓太小，也就是基極發(fā)射極電流變小，三極管就會(huì)截止。三極管截止可以看做是斷路，那么

12、VCC的壓降都加在了三極管上，這時(shí)三極管上面的聲音信號(hào)就會(huì)輸出高電平，即使得電燈可以被聲音觸發(fā)，這就是聲音驅(qū)動(dòng)電路的原理。4.3 光控電路有光照在光敏電阻上面的時(shí)候光敏電阻阻值很小，所以光敏電阻上面的壓降就小。沒有光照的時(shí)候光敏電阻阻值變大，上面的壓降也增加。光信號(hào)輸出接在固定電阻和光敏電阻之間，所以光敏電阻上的電位就轉(zhuǎn)化為光信號(hào)輸出量。故當(dāng)在有光的環(huán)境下光信號(hào)輸出為低電位。當(dāng)光照很弱直到一定程度的時(shí)候的時(shí)候光敏電阻阻值變大，使得光信號(hào)輸出高電位，這個(gè)高電位就可以出發(fā)后面的邏輯電路,從而達(dá)到隨著周圍的光線變化控制電燈的開斷情況。因?yàn)橐ＷC得到高電平，根據(jù)在試驗(yàn)箱上調(diào)試的結(jié)果可得R3=550K,

13、 RG=67K。圖3 光控電路4.4 邏輯電路圖4 邏輯電路用的是CD4011，當(dāng)光線較暗的時(shí)候光信號(hào)輸出高電平有效，此時(shí)若有聲音信號(hào)則兩個(gè)信號(hào)輸入同時(shí)有效，經(jīng)過四次與非門翻控制信號(hào)輸出高電平到達(dá)晶閘管門極，觸發(fā)晶閘管使其導(dǎo)通，此時(shí)電燈點(diǎn)亮。電燈點(diǎn)亮同時(shí)聲音信號(hào)消失，即聲音信號(hào)不再有效。且RC回路瞬間充電至與非門的工作電壓，RC回路的電阻電容選值應(yīng)恰當(dāng)使得充電迅速且功耗小。由于電燈的光照使光敏電阻阻值變小，光信號(hào)立刻輸出低電位。即前兩個(gè)與非門發(fā)生翻轉(zhuǎn)，在二極管處輸出低電平相當(dāng)與斷開回路。前兩個(gè)與非門輸出無效時(shí)，RC回路立即開始放電，且因?yàn)槎O管的存在使得電壓不會(huì)有回流，所以RC電路的電壓繼續(xù)加

14、在后兩個(gè)與非門上面，使得晶閘管門極的控制信號(hào)輸出高電平，晶閘管在RC電路放電期間持續(xù)導(dǎo)通，直到RC電路的電壓慢慢下降到與非門工作電壓之下，與非門輸出低電平，晶閘管沒有了觸發(fā)電壓，加在晶閘管陽極的電壓是饅頭波且有過零點(diǎn)，于是晶閘管在陽極電壓過零的時(shí)候關(guān)斷，電燈熄滅。電路完成一次啟動(dòng)和關(guān)斷的周期，恢復(fù)到初始狀態(tài)等待下一次觸發(fā)。4.5整流電路圖5 整流橋原理圖所謂的橋式整流電路是就是用4個(gè)二極管組成的整流橋，整流橋如圖5所示，它是由圖中的二極管D1，D2，D3，D4組成，它的作用是將220V的交流電轉(zhuǎn)化為直流電壓以提供后續(xù)聲控電路、光控電路及延時(shí)電路的工作，由于我是直接用的整流橋不涉及二極管的選用。

15、五、設(shè)計(jì)結(jié)果及分析如圖6所示用一個(gè)10V的交流信號(hào)來代替話筒在接收到聲音信號(hào)時(shí)產(chǎn)生的電壓降的波動(dòng)。圖6 電路仿真在仿真上做出結(jié)果后，根據(jù)仿真，設(shè)計(jì)實(shí)際電路圖。因?yàn)榉抡娑际怯玫姆抡嫔厦婵梢詫?shí)現(xiàn)的元件進(jìn)行試驗(yàn)，要在板子上做出實(shí)物需要對(duì)元件進(jìn)行集成，所以設(shè)計(jì)的實(shí)物電路圖如下圖7 實(shí)際電路圖接下來的步驟就是按照實(shí)際電路圖焊接電路板。焊接電路板第一步是在試驗(yàn)箱上面測(cè)定實(shí)際參數(shù)，這個(gè)步驟是為了避免設(shè)計(jì)時(shí)候的理想電路及元件和實(shí)際在電路板上運(yùn)行的實(shí)際元件之間的誤差導(dǎo)致的未知的錯(cuò)誤。在電路箱上先串接一個(gè)光敏電阻和550k的電阻，兩個(gè)電阻中間接到CD4011芯片上面，經(jīng)過兩個(gè)與非門的翻轉(zhuǎn)把輸出接到發(fā)光二極管上。在

16、電路試驗(yàn)箱給電的時(shí)候，正常情況下發(fā)光二極管是熄滅狀態(tài)，當(dāng)擋住光敏電阻的時(shí)候二極管立刻點(diǎn)亮，拿開遮擋物的時(shí)候二極管馬上熄滅，這證明了光信號(hào)控制電路可以正常工作。在前面第二個(gè)與非門輸出的地方接上RC充放電回路，電容實(shí)際取值47微法，電阻取值270k，把RC回路的輸出再次經(jīng)過兩個(gè)與非門的翻轉(zhuǎn)接到發(fā)光二極管上面。開始試驗(yàn)，正常情況下發(fā)光二極管是熄滅狀態(tài)。當(dāng)擋住光敏二極管的時(shí)候發(fā)光二極管馬上點(diǎn)亮，取下遮擋物的時(shí)候發(fā)光二極管延時(shí)一小會(huì)兒過后熄滅，這個(gè)現(xiàn)象表明延時(shí)電路和光信號(hào)控制電路都可以正常的工作。接下來就是話筒驅(qū)動(dòng)電路的調(diào)試。按電路布局接好電路圖的時(shí)候，在實(shí)際電路中和設(shè)計(jì)電路產(chǎn)生了差距，使得重新稍微修改

17、一下電路，在三極管的基極上加上了兩個(gè)串聯(lián)電阻，將電阻的中間輸出接在三極管的基極上。同時(shí)在三極管的發(fā)射極接地的線路上加上一個(gè)小電阻。這些電阻的存在是為了控制三極管基極對(duì)地的電壓值，其目的是如前面所說的將三極管調(diào)節(jié)在一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)上。三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)就是這個(gè)驅(qū)動(dòng)電路調(diào)節(jié)的關(guān)鍵之處，如果靜態(tài)工作點(diǎn)太高，話筒的波動(dòng)不足以使三極管截止，那么就沒法輸出高電平，如果靜態(tài)工作點(diǎn)太低則使得三極管直接截止那就會(huì)一直輸出低電平。所以在選取合適的電阻值的時(shí)候，將聲音信號(hào)輸出接經(jīng)過兩個(gè)與非門的翻轉(zhuǎn)接在發(fā)光二極管上面，輕輕敲動(dòng)話筒就能看到發(fā)光二極管的閃爍。再像前邊一樣接上RC充放電電路，輕輕敲動(dòng)話筒就能看到發(fā)光二

18、極管亮一會(huì)兒就熄滅的結(jié)果，這樣就將聲音驅(qū)動(dòng)電路調(diào)節(jié)完畢。參數(shù)測(cè)定完畢就是焊接實(shí)物。焊接實(shí)物時(shí)過程中要細(xì)心，不能出現(xiàn)短路和斷路問題，要邊焊接邊測(cè)試自己焊接是否有誤。連接過程中不能出現(xiàn)元件管腳連接錯(cuò)誤，否則會(huì)出現(xiàn)燒毀元器件的情況，出現(xiàn)危險(xiǎn)，當(dāng)然這也會(huì)讓你的實(shí)物不能實(shí)現(xiàn)要求的功能。元件的質(zhì)量。焊接時(shí)注意有極性元件的極性問題，在焊接的過程中注意不要燒壞元件。下面是畫的PCB板，為了方便焊接實(shí)物所用。 圖8 焊接參考用PCB結(jié)束語通過這次的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程我有了很大的收獲，不僅僅是把大學(xué)三年來學(xué)的一些知識(shí)運(yùn)用到了實(shí)際的使用中，還讓我把以前所學(xué)的一些知識(shí)所貫穿了起來，當(dāng)然也學(xué)到了一些新的知識(shí)，在做實(shí)物的過程中也增強(qiáng)了我的動(dòng)手能了。在做硬件的過程中讓我明白了一件事情，那就是只有把理論和實(shí)際結(jié)合起來才行，光是靠理論知識(shí)是