聲控燈課程設計論文

1、.第一章 緒論用聲光控延時開關代替住宅小區(qū)的樓道上的開關，只有在天黑以后，當有人走過樓梯通道，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，可以達到節(jié)能的目的。聲光控延時開關不僅適用于住宅區(qū)的樓道，而且也適用于工廠、辦公樓、教學樓等公共場所，它具有體積小、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備。本課題研究的內容是樓道照明燈控制電路設計。通過對聲光延時控制電路的電路組成、電路原理、單元電路設計、電路調試與選擇以及數(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

2、，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，達到了節(jié)能的效果。第二章 聲控燈系統(tǒng)總體方案設計2.1 設計要求：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)，照明燈應重新開啟。2.2 電路原理及參數(shù)計算（1）電路原理圖圖2-1 聲控部分原理圖圖2-2 總原理圖（2）電路原理聲音進入話筒轉變?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（4.7K）電阻與接地的

3、R4（4.7K）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。在LM358內部，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反饋網(wǎng)絡，C1（10uf）的作用是當信號為直流信號時反饋為1，即靜態(tài)工作點不變。對于LM358內的比較器，當有光照的時候，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。當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74HC12

4、3的A1（1引腳）和A2（2引腳）后變?yōu)橄陆笛?，燈亮；當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兀瑹魷?。?）電路參數(shù)計算當光線充足時，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)光二極管負端為高，燈不會亮；當光線不充足時，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，NE5

5、55的直接復位端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)光二極管負端為低，燈會亮，亮時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。要使LM358的聲控放大電路的放大倍數(shù)為3050，即,可選用=4.7

6、K、=150，此時算得。，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。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的電容，在15腳和間接入150電阻。2.3 元器件的介紹及其功能此次課程設計主要有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。（1）LM358LM358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償?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

7、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。 LM358其內部電路及管腳排布如圖2-3所示： 圖2-3 LM358內部電路及管腳排布（2）NE555555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結合的中規(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)生與變換電路。NE555是一種應用特別廣泛作用很大的集成電路，在很多電子產(chǎn)品中都有應用。NE

8、55的作用是用內部的定時器來構成時基電路，給其他的電路提供時序脈沖。NE555內部結構及引腳排如下列圖2-4所示：圖2-4 NE555的內部結構及引腳排列（3）74HC12374HC123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標準no.7A。74HC123是雙路可再觸發(fā)單穩(wěn)多諧振蕩器，可通過多達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 2.06.0V 驅動電流 +/-5.2 mA 傳輸延

9、遲 26 ns5V 74HC123 其他特性 邏輯電平 CMOS 功耗考量 低功耗或電池供電應用 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)，以適應超長脈沖，最高可達100%占空比 可直接復位，終止輸出脈沖 除了復位輸入，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+125 。器件中單穩(wěn)觸發(fā)器作用是不管觸發(fā)信號持續(xù)多長時間，只固定維持外圍阻容

10、給定的一段時間就恢復觸發(fā)前狀態(tài)，外圍電阻電容決定單穩(wěn)時間，因為觸發(fā)是由邊緣觸發(fā)，上升或下降沿?？稍儆|發(fā)單穩(wěn)不同之處是前次觸發(fā)后的單穩(wěn)沒有恢復觸發(fā)前狀態(tài)而又有觸發(fā)信號時，可再觸發(fā)單穩(wěn)將在觸發(fā)邊緣開始繼續(xù)維持阻容給定的單穩(wěn)時間，而單穩(wěn)是不理會在翻轉后的觸發(fā)信號的。此芯片也可做多諧振蕩器用。74HC123的引腳排列、內部結構及功能表如圖2-5，2-6及表2-1所示：圖2-5 74HC123引腳圖圖2-6 74HC123內部結構表2-1 74HC123功能表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

11、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為雙可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)，其輸出脈沖的寬度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=RC，在實際設計中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)場效應管2SC3306。 （4）、駐極體話筒駐極體話筒：駐極體話筒具有體積小、結構簡單、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

12、，所以要在這種話筒外殼內設置一個場效應管作為阻抗轉換器，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： 圖2-7 駐極體話筒 （5）、光敏電阻光敏電阻：又叫光感電阻，是利用半導體的光電效應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構，以便吸收更多的光能。當它受到光的照射時，半導體片內就激發(fā)出電子空穴對，參與導電，使電路中電流增強。如圖2-6所示：圖2-8 光敏電阻（6）發(fā)光二級管發(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，當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可

13、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。它是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能，發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發(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結的附近分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導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。如圖2-9所示：圖2-9 發(fā)光二級管2.4 方案論證利用聲控

14、，光控電路將聲音信號，光信號轉化為電信號，其中的運放LM358將信號放大，用555構成的施密特觸發(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)整個電路的設計。聲源產(chǎn)生的聲音信號，經(jīng)聲電轉換器后轉換成微弱的電信號，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)延時處理電路達到設計要求時間與設計要求功能，經(jīng)執(zhí)行機構直接控制負載動作。 第三章 電路的焊接與調試3.1 電路的焊接(1) 焊接順序：先測量，作好記錄、清潔、掛錫、焊接、最后在檢查測量。(2) 焊接方法：將元器件合理的安排好后，

15、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。3.2 電路的調試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極及地線一定要接對，如果擔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

16、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。第四章 總結與展望在這兩周的電子技術課程設計中，我做的課題是“聲控燈”。這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。本次的聲光控制開關的設計實踐將我們學到的知識應用到了實踐，深化了對數(shù)字電路設計、和模擬電子設計的認識，使我們在設計的實踐中獲得新知。學習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

17、動手，老師和同學的耐心指導下，讓我學會了分析電路、設計電路的步驟。在此設計中利用到了放大 、光敏、延時的知識,讓我們進一步鞏固和掌握所學的基礎知識，加深對了對模擬電路.數(shù)字電路的理解。從課設開始到結束過程中，我學到了許多，不僅鞏固了以前所學的知識，而且學到了很多書本上學不到的東西。通過此次課程設計使我懂得了理論與實踐相互結合非常重要，光有理論知識是遠遠不夠的，從理論和實踐中得出結論，才能真正學會貫通，提高自己的實際動手和獨立思考的能力。此外，這次課程設計與我們的日常生活是息息相關的，以前只知道學習書本知識，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，我覺得學好專業(yè)課學好一技之長非常重要。 致 謝在此感謝我的