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1、武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计报告书学 号： 课 程 设 计题 目模拟电子技术基础课程设计-声光控制灯感应系统的设计与仿真学 院专 业班 级 姓 名指导教师 年月日 课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 声光控制灯感应系统的设计与仿真 初始条件：用中、小规模集成电路芯片及常用元器件设计实现一个声光控制灯感应系统，芯片型号、数量不限，完成电路的设计与实现。要求完成的主要任务: 1. 通过检测声音信号和光强信号来控制感应灯的自动点亮和延时关闭状态。要求电路能够实现有光线时灯灭，无光线有声音时灯亮，并且照明灯点亮一段时间后自动关断；2. 广泛调研提出几种可行的
2、方案，多方论证确定整体设计方案，并完成所确定方案的元件参数的计算与选择；3. 画出整体电路原理图并阐述其工作原理；4. 用Multisim软件完成仿真；制作实物；按教务处规定格式完成课程设计报告说明书。5. 参考文献不少于5篇，其中期刊文献不少于2篇。时间安排：*年*月*日 布置任务；*年*月*日- *.*.*查阅资料，确定设计方案；*年*月*日-*年*月*日完成仿真、制作实物、课设报告等；*年*月*日 完成答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 目 录1 绪论12 方案的论证及选择23 单元电路的设计33.1 单元电路的设计33.2 器件选择64 电路整体原理
3、85 电路的仿真及试验96 体会（或小节）13参考文献131 绪论在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所及居民区的公共楼道，长明灯现象十分普遍，这造成了能源的极大浪费。另外，由于频繁开关或者人为因素，墙壁开关的损坏很高，增大了维修量、浪费了资金。我设计的课题是声光控制路灯电路，可以实现当白天有光照时，不管有多大声音灯也不会亮，夜晚光暗，当有人经过发出声音时，灯会自动点亮，并且延时一段时间后自动熄灭，从而达到节能效果。在设计此控制系统时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、条理、清晰，同时调试起来也更容易。设计中声光双控路灯电路由电源电路、声电转换电路、光电转换电路、逻辑控制电路和延时开关
4、电路组成，实现通过对外界信号的感知使灯泡亮灭。通过咪头检测声音信号，光敏电阻检测光信号，利用74HC08对声信号和光信号进行逻辑分析，LM324放大和LM324构成电压比较器，最后通过电磁继电器控制路灯回路的通断。本文主要介绍了方案的选择，各部分原理图及元器件参数，几个重要元件简介，和电路仿真效果。声光控制路灯电路不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，它具有非常好的实用效果和节能效果。2 方案的论证及选择2.1 综述 实现声光双控路灯控制的功能，即实现白天灯泡不亮晚上遇到声响时，通过声控电路使灯泡自动点亮，并延时一段时间后自动熄灭的电路。2.2 设计方案和选择方案
5、一利用自制直流稳压电源供电，根据光敏电阻的阻值变化判断光线强弱，用咪头检测声音信号，通过74HC08芯片对声光信号进行逻辑分析，RC充放电电路与继电开关控制驱动灯泡。当有较强光时无论有无声音都不会亮，无光或光很暗时有声音会亮，无声音则不亮。必要时可加一个手动开关，以增加电路的实用性。原理框图如图2.1所示。声电转换声源 路灯 开关延时逻辑与分析光电转换光源 图2.1 方案一原理方案二利用555电路，实现白天或夜晚光线较亮时，光控部分将开关自动关断，声控部分不起作用。当光线较暗时，光控部分将开关自动打开，负载电路的通断受控于声控部分。电路是否接通，取决于声音信号强度。当声强达到一定程度时，电路自
6、动接通，点亮白炽灯，并开始延时，延时时间到，开关自动关断，等待下一次声音信号触发，如图2.2所示。声电转换放大电路处理电路 开关声源光电转换路灯光源控制电路 图2.2 方案二原理经过比较，方案一简单，条理清楚，容易实现，故选择方案一。3 单元电路的设计 3.1单元电路的设计直流稳压电源对于直流电源的主要要求，除了能够输出不同电路所需要的电压和电流以外，还应做到，直流输出电压平滑，脉动成份小；输出电压的幅值稳定，即当电网电压或负载电流波动时能保持基本稳定；交流电变换成直流电时的转换效率高等。如图3.1所示，电源提供220V交流电，经过220：12变压器降压为12V交流电，经整流桥整流为脉动的直流
7、电，由电容滤波，稳压管稳压，最终输出所需要的稳定的直流电，为路灯控制电路提供电压。 图3.1 直流稳压电源其中，C1为滤波电容，C2用于减小输出纹波电压，C3是为了抵消电感效应，抑制高频干扰，并改善负载的瞬间响应。R1和Rp构成取样电路，通过调节Rp调整输出电压的大小，LED是指示灯，当直流电源工作时处于发光状态。声控电路 图3.2 声控电路如图3.2所示，声控部分由咪头，电容，电阻，三极管组成，当处于静态时，驻体话筒 BM 无动态信号，偏执电阻R4和R5使 VT1导通，集电极U1为低电平。当有声音时，驻体话筒 BM 有动态波动信号输入到放大电路VT1的基极，由于电容C4的存在使直流电流不能通
8、过，只能是波动的电信号通过，加在基极信号相对零电平有正、负波动信号，使集电极U1输出为高电平动态信号。3.1.3光控电路光控部分由一个电阻和光敏电阻组成，为一个简单的分压电路。当有光时，光敏电阻Rg的电阻较小，分压小，在输出端输出一个低电平。当黑暗或光很弱时，光敏电阻的阻值增大，输出一个高电平。如图3.3所示。 图3.3 光控电路逻辑控制电路该部分由电阻，74HC08和LM324组成。其中74HC08为逻辑与芯片,只有当两个输入都为1时输出才为1，其余情况输出均为0。所以当声控部分和光控部分的输出u1和u2都为高电平，即在无光且有声音时输出1。用LM324即三个电阻构成二倍放大器，将7408的
9、输出信号进行放大。如图3.4所示。 图3.4 逻辑控制电路3.1.5开关延时电路该部分由电阻，电容，二极管，三极管，稳压管和电磁继电开关组成。其中C5和R12够成延时电路，通过VD1将充电放电电路隔开，并与电阻R13、VD2、VZ、LM324构成电压比较器。当有信号由前一级逻辑电路经R11输入时，通过VD1单向向C5充电，此时LM324的3脚电位高于2脚，在其输出端输出正电位，经VZ稳压,三极管VT2开启，指示灯亮起，继电开关合上，灯泡点亮。信号结束时，C5开始向R12放电直到放电结束。VT2截止，继电开关断开，灯泡灭。如图3.5所示。 图3.5 开关延时电路3.2 器件选择3.2.1 78H
10、C0478HC04为与门芯片。与门又称“与电路”，执行“与”运算的基本门电路。有几个输入端，只有一个输出端。当所有的输入同时为“1”电平时，输出才为“1”电高，否则输出为“0”电平。AY&B 图3.6 与门电路原理一个与门芯片一般有14个管脚，其中分四个分块工作，每个分块工作图如下图，其中7管脚接地，14管脚接直流电压。信号从两个输入端输进，经信号筛选看是否出来信号。3.2.2电磁继电器开关继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换
11、电路等作用。 这次设计采用的是电磁继电器。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。3.2.3 咪
12、头咪头，即驻极式话筒，是一种声电传感器，能将声波的振动转换为电压和电流输出。组成驻极体话筒关键元件的驻极体振动膜是由一些高电介质的塑料薄膜制成的，如聚乙烯膜、聚脂薄膜、聚丙烯和聚四氟乙烯膜等。在制作时，先在这些塑料薄膜的表面上蒸发一层金属膜作为电极，然后在高压电场下对膜进行极化处理。经过极化处理后的薄膜，便在其两个表面上分别带上正、负电荷，并能长期保留下去。这种经过电场处理后能够在其表面带上电荷并能长期保存的材料称为驻极体。驻极体由两个主要部分组成：一部分是以驻极体膜为主要元件的声一电转换部分；另一部分是以场效管放大器为主的阻抗变换输出部分。在话筒的前半部分，驻极体膜片的金属面朝外安装，并通过
13、金属膜环与金属外壳相连。膜片的另一面通过绝缘垫片与背极连接。这样。膜片的金属面与背极之间就形成了一个电容器。驻极体膜片受到声波的冲击后发生振动，由振动引起电容器两端电场的变化，在它的输出端就会输出随声波强弱巾个同的交变电压。除咪头外，另一种声电传感器压电式陶瓷片的应用也很广泛。4.电路整体原理首先，电源提供220V交流电，经过220：12变压器降压为12V交流电，经整流桥整流为脉动的直流电，由电容滤波，稳压管稳压，最终输出所需要的稳定的直流电，为路灯控制电路提供电压。当有声音时，驻体话筒 BM 有动态波动信号输入到放大电路VT1的基极，由于电容C4的存在使直流电流不能通过，只能是波动的电信号通
14、过，加在基极信号相对零电平有正、负波动信号，使集电极U1输出为高电平动态信号。当有光时，光敏电阻Rg的电阻较小，分压小，在输出端输出一个低电平。当黑暗或光很弱时，光敏电阻的阻值增大，输出一个高电平。当声控部分和光控部分的输出u1和u2都为高电平，即在无光且有声音时输出1。用LM324即三个电阻构成二倍放大器，将7408的输出信号进行放大。最后，当有信号由前一级逻辑电路经R11输入时，通过VD1单向向C5充电，此时LM324的3脚电位高于2脚，在其输出端输出正电位，经VZ稳压,三极管VT2开启，指示灯亮起，继电开关合上，灯泡点亮。信号结束时，C5开始向R12放电直到放电结束。VT2截止，继电开关断开，灯泡灭。整体电路如图4.1所示。
