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1、1题目： 声光控制节能开关设计 班级： 12 能源 2 班 学号： 姓名： 指导： 时间： 2014 年 12 月 16 日 景德镇陶瓷学院2电工电子技术课程设计任务书姓名： 班级：13 能源 2 班 指导老师： 设计课题：声光控制节能开关设计设计任务与要求设计一个声光控制节能开关，根据电路的功能，完成以下任务：1、说明电路由几个部分组成，并用方框图对它进行整体描述；2、对电路的每个部分分别进行单独说明，画出对应的单元电路，分析电路原理、元件参数、所起的作用、以及与其他部分电路的关系等等；3、用简单的电路图绘图软件绘出整体电路图，在电路图中加上自己的班级名称、学号、姓名等信息；4、对整体电路原
2、理进行完整功能描述；5、列出标准的元件清单。6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。设计步骤1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书；2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；3、依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析及计算、对功能以及与其他部分电路的关系进行说明；4、列出标准的元件清单；5、总体电路原理相关说明；6、绘制总体电路；7、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。参考文献【1】夏克组,郑聚爽.一种声光双控节能自动开关的研制J.中国照明电器.2011,(03)【2】秦曾煌；电工学简明教程；高等教育出版社；2007.6【3】廖贻谋.声光控延时灯J.电子世界.2005.(1
3、0) 【4】焦忠平.照明灯声光控制电路及制作J.科教文汇( 中旬刊).2007.(05)【5】李丽军.声光双控延时节能灯J.电子制作.2005.(04)【6】王晓静.声光延时控制电路的制作J.电子测试.2009.(04)【7】夏克组,郑兆聚.一种声光双控节能自动开关的研制J.电器开关.2001.(01)【8】卢涛.声光控节能灯的制作J.电子制作.2006.(10)【9】叶永茂.声光控延时节电开关J.电子科技.2000.(03)【10】赵阳.声光控制延时开关电路的设计与制作J.电子制作 .2007.(10)【11】索明何,王立刚,饶运涛.基于 555 定时器的双光双控照明灯设计J.科技信息( 科
4、 学教研).2008.(01)3目录1、 总体方案及原理说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42、 外接电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53、 延时控制电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64、 光信号输入电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75、 声音信号输入电路. . . .
5、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86、 降压滤波电路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97、 桥式整流电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.108、 总电路原理及相关说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119、 总体电路原理图. . . . . . . . . . .
6、. . . . . . . . . . . . . . . . . .1210、元件清单. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1311、参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1412、设计心得体会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155一、总体方案及原理说明随着人们生活现代化水平不断提高，国民经济的快速发展，电力的供需矛盾日益加剧生
7、产更多的电即意味着要消耗更多的煤、石油、天然气、核原料等不可再生资源，还会带来许多相应的环境问题。为此，我们应该从身边做起，珍惜并节约每一度电。所以，现在很多住宅楼道都安装了自动控制楼道灯。图 1 声光双控电路框图如图 1 所示，本设计主要由降压滤波电路、桥式整流电路、光信号输入电路、延时控制电路、声音信号输入电路以及外接电路 6 部分组成。桥式整流电路将 220V 市电变成脉动直流电压，再经过限流，稳压，滤波输出 12V 直流电压，为集成块及三极管提供电源。光敏电阻感受到的光信号和声音信号以“与”的关系来控制集成块输出高低电平，构成的延时电路，实现自动延时，然后集成块的输出控制晶体管的导通和
8、断开，从而控制灯泡的亮与灭。6二、外接电路图 2 外接电路原理图图中的 L1 为白炽灯，除了发亮之外，还起到降压保护电路的作用。7三、延时控制电路图 3 延时控制电路延时控制电路的原理是：见图 8 的电路图，当在夜晚同时有声音信号时，与非门 U1A的输入端 1 脚和 2 脚都为高电平，其输出为低电平，再经过与非门 U1B 反相输出高电平，通过二极管 D1 给电容 C3 充电，当 C3 充电电压达到与非门 U1C 的低电平时，使与非门 U1D输出高电平，通过 R5 触发可控硅 D7 使其导通，主回路便有较大的电流通过白炽灯使其发光。当声音消失后，与非门 U1A 的输入端的 2 脚变为低电平，则其
9、输出端为高电平，从而使与非门 U1B 输出为低电平，因 D1 的阻断作用，电容 C2 只能通过 R5 缓慢放电，经过大约1 分钟下降到与非门 U1C 的阈值电压以下，使与非门 U1D 输出低电平，当交流电过零点时，可控硅自动关断，白炽灯熄灭。在白天的时候，逻辑电路与非门 U1A 的输入端 1 脚是低电平，3 脚则被锁定为高电平，这和脚 2 的输入电平的高低无关，电路封锁了声音通道，声音信号不能通过，这时灯泡亮灭不受声音控制。这时，与非门门 U1A 的 3 脚输出的高电平经过门 U1B、U1C、U1D 三次反相后成低电平，晶体管 D7 无触发信号不导通，灯不亮。 延时时间理论值为： t=2RC=
10、210uF1M62.8S8四、光信号输入电路图 4 光信号输入电路原理图光信号输入电路是由图 8 中的电阻 R4 和光敏电阻 RG 组成。 光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻。为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。构成光敏电阻的材料有金属的硫化物、硒化物、碲化物等半导体。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的
11、电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。 光信号输入电路的工作原理：光的强弱经光敏电阻 RG 转换为高、低电平后送入集成电路 CD4011 的 1 脚。由降压滤波电路知，光敏电阻和 R4 的总电压 U 为 12V,白天光线射到光敏电阻 RG 上时，其阻值变得很小，约为 20K,则光敏电阻的电压 U1 为： U1=URG/(R4+RG)=12V20/(180+20)=1.2V CD4011 的 1 脚为低电平，则 3 脚被锁定为高电平，与 2 脚的输入高低电平无关，所以电路封锁了声音通道，使声音信号不能通过，即灯泡亮灭不受声音控制。这时，门 U
12、1A 的 3 脚输出的高电平经过门 U1B、U1C、U1D 三次反相后成低电平，晶闸管 D7 无触发信号不导通，灯不亮。夜晚，RG 因无光线照射呈高阻，约为 10M。则光敏电阻的电压 U2 为： U2=URG/(R4+RG)=12V/(180+)12V 则与非门 U1A 的输入端 1 脚变成高电平，门 U1A 的 3 脚输出状态受 2 脚输入电平的控制，这为声音通道的开通创造了条件。9五、声信号输入电路图 5 声音信号输入原理图声音信号输入原理图由图 8 中的驻极体话筒 MIC、电阻 R1、R2、R3、电容 C1 和三极管Q1 组成。 驻极体话筒的基本结构是由一片单面涂有金属的驻极体薄膜与一个
13、上面有若干小孔的金属电极（背电极）构成。由于实际电容器的电容量很小，输出的电信号极为微弱，输出阻抗极高，可达数百兆欧以上。因此，驻极体话筒不能直接与放大电路相连接，必须连接阻抗变换器。通常用一个二极管和场效应管复合，组成阻抗变换器。 声音信号输入电路的原理是：当有声音时，声音信号经话筒 MIC 转换为电信号后经 C电容耦合至三极管放大，其集电极由低电平转变成高电平并送入集成电路 CD4011 的 2 脚；当没有声音时，三极管 Q1 处于饱和状态，CD4011 的 2 脚则处于低电平。10六、降压滤波电路图 6 降压滤波电路原理图降压滤波电路是由图 6 中的电阻 R7、电容 C2 和稳压管 D6
14、 组成。电路中白炽灯也起到了降压的作用。桥整流电路输出的脉冲直流电压经过电阻限流降压，电容滤波，从而得到的直流电压比较小，加到稳压管 D6 上，获得的直流电压为 12V，刚好作为控制电路的电源。11七、桥式整流电路图 7 桥式二极管整流电路桥式二极管整流电路是由图 7 中的二极管 D2、D3、D4、D5 组成。它的功能功能是将220V 的交流电转换为脉冲直流电。 桥式整流电路的原理是 ： 桥式整流电路是将交流转换为直流的电路，桥式整流电路中的二极管的作用是当作开关，因为其具有单向导电性。 12八、总体电路原理及相关说明总体电路采用 CD4011 作为核心来控制晶体管的通断。其工作电路如图 8
15、所示。二极管D2-D5 组成桥式整流电路将交流电变成直流电，再经过 R7 限流，桥式整流电路稳压，降压滤波电路滤波输出 12V 直流电压，为三极管 Q1 提供直流电源。光敏电阻 RG 感受到的光信号以及驻极体话筒 MIC 的声音信号以“与”的关系来控制 CD4011 输出高低电平，经过延时电路，实现自动延时，然后 CD4011 的输出控制晶体管的导通和断开，从而控制灯泡的亮与灭。13九、总体电路原理图：图 8 总体电路原理图14十、元件清单序号 名称 元件标号 型号 数量1 电阻 R1 27k 12 电阻 R2 2.2M 13 电阻 R3 33k 14 电阻 R4 180k 15 电阻 R5 51k 16 电阻 R6 1M 17 电阻 R7 270k 18 三极管 Q1 9014 19 可控硅 D7 MCR100-6 110 稳压二极管 D6 12v 111 驻极体话筒 MIC 112 瓷片电容 C1 104 113 电解电容 C2 100uF 114 电解电容 C3 10uF 115 二极管 D2-D5 1N4148 616 击穿二极管 D1 1N4007 117 光敏电阻 RG 118 灯泡 L1 220V、40W 119 集成芯片 U1A 120 集成芯片 U1B 121 集成芯片 U1C 122 集成芯片 U1D 115十一
