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1、1声光控延时开关的设计报告目 录1.设计要求.22.设计目的.23.设计具体实现.23.1 系统概述.23.1.1 控制电路.43.1.2 总原理图及工作原理.153.2Multisim 软件仿真.163.3 PCB 版电路制作.214.心得体会及建议.255.附录.266.参考文献.272一.设计要求在楼房的走廊和楼道中，经常由于黑暗而发生一些事故，但这些事故是可以避免的。我们可以再里面安装一些照明设备，但对这些照明设备的控制若用普通开关已不能满足要求。故控制电路需要满足以下要求：（1）在光线足够强时，照明设备不启动。（2）在光线弱且有声音（即有人走动或说话）时启动照明设备。（3）在照明设备
2、启动一段时间（1 3 分钟，可根据需要调整）后自动熄灭。（4）电源为交流 220 V 市电，控制对象 30 W 灯泡。二.设计目的通过该设计进一步理解直流稳压电源、分立元件放大电路和电容充放电延时的工作原理，初步了解光敏、声敏传感器原理和可控硅器件控制原理；学会电子电路的一般设计方法、电路参数计算和元器件选择及调试方法。三.设计具体实现1.系统概述声源产生的声音信号，经声敏传感器转换成微弱的电信号，因信号太小，故将该信号进行放大处理转换成可控制的信号，经处理放大的信号经延时处理电路达到设计要求时间与设3计要求功能，然后经执行机构直接控制负载作用简单的电路设计实现生后常用电器。用一些简单的电路和
3、器件实现声光控是很现实的应用。声光控电路对照明电路的控制基本上可以分为两种，一种是将照明设备直接接在市电上面，进行控制；一种是将市电变压整流后，在接照明设备，本次设计采用后者，因为后者便于控制，而且相比之下比较安全。而且亮度也满足要求，故本次设计采用后者。在白天，光线照射到光敏电阻上时，其通过感应使电路对声音通道不起作用，则灯泡不受声音控制，即声控传感器暂时失去作用，灯泡不亮。夜间或光线较暗时，光敏电阻所组成的电路对声控电路没有封锁作用，当有人走动或有人谈话时，通过声控传感器的感应，使灯泡自动点亮，经过内部设定的时间后，灯泡自动熄灭。从功能和设计目的来看，该控制装置应该有整流、稳压、音频放大、
4、光敏电路、可控硅开关等组成。能够通过调节电阻和电容的大小来改变灯亮的时间长短，如果时间过短，就应增大电阻或电容的值，反之则减小。组成方框图如图 1 所示：电源电路部分控制电路部分照明设备4图 11）控制电路图 2（1）声控开关的优点可直接代替原来的手控开关，而且不需要另外接线，经济实惠，另外声控开|关便于安装。声控灵敏度高，在其附近的脚步声、说话声等均可将开关启动。而且其寿命长。功耗小。（2）音频放大电路由于驻体式话筒 Mic2 接受声音信号后，产生的音频信号比较薄弱，因此需要经过放大电路将声音信号进行放大。放大电路在日常生活应用很广泛，基本上任意一个电子设备都要用到放大电路。它的核心是有源元
5、件，如晶体管场效应管等。为了实现放大功能，必须给放大器提供能量。放大器的实质是把电源的能量转移到输出信号。输入信号的作用是控制这些转移量，是放大器输出信号的变化重复或反应输入信号的变化。本次采用的是共射放大电路，为了调节灵敏度，在基极串入滑动变阻器，以调节其灵敏度。如图 3 所示：MIC音频放大 电路升压整 流电路光控电路延时电路电子开关 电路5图 3晶体管的选择和参数的确定：晶体管选用 9014 型，其集电极-发射极电压 为 45V，集电极-基电压 50V，射极-基极电压 5V，集电极电流 0.1A，结温150，放大倍数 A=60-150。本次设计电源为 12V，而且为低频信号，故 9014
6、 满足设计要求，故采用 9014 型晶体管。（3）升压整流放大后的音频信号还不足以令三极管导通，因此要经过倍压整流把声音信号变成直流控制电压。输入端到电容 C2。升压整流电路如图 4 所示：6图 4放大后的声音信号经过 D8、D7 的升压整流电路将声音信号变成直流控制电压。倍压整流电路：利用滤波电容的存储作用，由多个电容和二极管可以获得几倍于变压器副边电压的输出电压，称为倍压整流电路。在这里运用的并不是真正的倍压电路，将其修改后运用的。（4）光敏电路及延时电路光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入7射光强，电阻减小，入射光弱，电阻
7、增大。还有另一种入射光弱，电阻减小，入射光强，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化） 。基本上光敏电阻器都制成薄片形的，以便于吸收更多的光能。当有光照射时，光敏层内激发出电子 空穴对，参与导电，使电路中的电流增强。光明电阻的主要参数有光电流、亮电阻、暗电流、暗电阻、灵敏度、光谱响应、光照特性、伏安特性曲线、温度系数、额定功率。在光敏电阻的两端的金属电极之间加上电压，其中就会有电流通过，当受到适当波长的光线照射时，电流就会随着光强的增大而变大，从而实现光电的转换。而且光敏电阻没有极性之分，纯粹是一个电阻，在使用的时候可以同时加直流电也可以加交流电。图
8、 5该电路在白天有光照时，光敏电阻 R9 的电阻很小，从输入端来看音频信号被旁路，输出端电压较低，不能推动后续电路的工作。在光线较暗或黑夜时，光敏电阻 R9 电阻较大一般在5M 左右，输出电压较大，可以推动后续的电路工作。R9 和 C48的组合，它们的值组成充放电的时间常数，实现了延时的作用。规格型号最大电压(VDC)最大功耗(mW)光谱峰值(nm)亮电阻（10Lux)(K)暗电阻（M）GL205165005005605-101GL2052850050056010-202GL20537-150050056020-303GL20537-250050056030-50520 系列GL2053950
9、050056050-1008表 1在仿真时，经测试选用亮电阻在 5-10K，暗电阻大于 1M 的光敏电 阻可以使系统正常运行。故本次设计采用光敏电阻型号为 GL20516。（5）控制电路电子开关由 Q4 和 Q2 组成，如下图图 6 所示。当有光照时，光敏电阻 R9 阻值很小，呈现低阻性，经放大整流的声音信号行成的电压不足以令 Q4 导通，是晶体管 Q4 处于截止状态，其发射极无电流输出，其集电极电压近似为电源电压，Q2 发射结电压近似为零，不能导通，因此 R8 无电流流过，R8 两端电压太小，即输出端点位太低，不足以令后面电路工作，此时灯泡不亮。当黑暗或光线较弱时，反之。Q4 采用和放大电路
10、一样的晶体管，即采用 9014 集体管。Q2 为 PNP 型晶体管，采用 9012 型晶体管，其集电极-发射极电9压 30V，集电极-基电压 50V，放大倍数 30-90。图 6（6）电子开关设计可控硅经常被用作照明设备或着其他自动控制设备的续流元件，本次设计也不例外，使用单向可控硅作为续流元件即电子开关。单向可控硅的特点，具有灵敏的控制极触发电流，导通时压降低。用途广泛应用于各种万能开关器、小型马达控制器、彩灯控制器、漏电保护器、灯具继电器激励器、逻辑集成电路驱动、大功率可控硅门极驱动、摩托车点火器等线路功率制。10本次设计使用可控硅型号为 MCR22-6，脚位排列 1-A, 3-G, 2-
11、K。导通电压 Vgt=0.8v。具体电路如图 7 所示：图 7P1 为照明设备的接口，P2 为交流市电的接口，当控制电路导通时，R8 两端的电压升高，当大于晶闸管 Q3 的导通电压时，Q3导通，灯泡点亮。（7）电源的设计通常稳压电源都包括降压、整流、滤波和稳压四个部分，然后将市电 220v 交流电转换成适合自己电路的电源。由于本次设计考虑到经济因素和其他因素，就省去了降压部分。即使没有该部分，电路也正常工作。模块图如下：11220V图 8以上各模块儿图作用：整流电路：将直流电压转换成直流电压，即将正弦波电压转换成单一方向的脉动电压。整流电路可分为全波整流和半波整流。其各自参数如下（假设输入电压
12、有效值为 U1）：a）半波整流（a）输出电压平均值： 。U()=21 0.451（b）输出电流平均值： 。()=U()0.451（c）脉动系数： 。说明半波整流的输出 =1221=2 1.57脉动系数很大，其基波峰值约为平均值的 1.57 倍。b）全波整流(a）输出电压平均值： 。U()=2 21 0.91(b）输出电流平均值： 。()=U()0.91(c）脉动系数： 。与半波整流相比，输出电 =1U()=2 3 0.67压脉动系数减小很多。整流电路滤波电路稳压电路12通过以上参数的对比，全波整流对电源的利用率高，故本次设计采用全波整流电路，即单向桥式整流电路。在选择整流二极管时，常考虑以下参
13、数：（i）二极管的平均电流：指二极管长期工作时允()许通过的最大正向平均电流。该电流由 PN 结的结面积和散热条件决定。使用时应注意通过二极管的平均电流不能大于此值并要满足散热条件。（ii）二极管承受的最大反向电压：指二极管两端允许施加的最大反向电压。若大于此值则反向电流(IR)剧增二极管的单向导电性被破坏从而 引起反向击穿。通常取反向击穿电压(VB)的一半作为(VR)。（iii）最高工作频率 fm它是二极管在正常情况下的最高工作频率。主要由 PN 结的结电容及扩散电容决定若工作频率超过 fm则二极管的单向导电性能将不能很好地体现。型号最高反向峰值电压(v)平均整流电流(a)代换1S16422
14、000.5EU-14500.5IN40033001.013表 2在选择时，经常选择最大整流电流，最高反 1.1()向工作电压。在本次设计中，为 220V，故 1.1 211。因为在本次设计中，用到的是小功率元器件，故 343 采用小功率整流二极管。因为负载为 220V，30W 的灯泡，其额定电流0.14A 由以上的计算结果可知，最小要=30 220343V，为保证电路的稳定性，本次设计采用的整流二极管型号为 RC2，从表 1 看，RC2 已经完全满足本次设计要求。滤波电路：通常整流电路输出的是单向脉动的电压，为了减小电压的脉动，需要通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使滤波电路的输出电压仅为直流电压。然而，由于滤波电路为无源电路，所以接入负载后，势必影响其滤波效果。对于稳定性要求不高的电子电路，整流、滤波后的直流电压可以作为供电电源。滤波电路可以分为以下几种：IN40044000.2RC220000.2TVSRC220000.2CFR10-06、RU2、2CZ317G14类型性能 电容滤波电感滤波LC 滤波RC 或 LC 型滤波U()U21.20.90.91.2小大大小适用场合小电流负载大电流负载适应性较强小电流负载表 3因为在本次设计中，控制电路为小电流负载，故采用最常见的电容滤波电路。
