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1、学号 2011301714 毕业设计说明书设计题目 声光控灯设计 系 部 机械电子系 专 业 机电一体化 班 级 机电1107 姓 名 王志坤 指导教师 白金柯 2013年10 月29日摘 要光控灯和声光控灯是居家照明的重要组成部分(如楼道、卫生间、小巷等),它们的出现使我们的生活方便许多,既可避免摸黑找开关造成的摔伤碰伤,又可杜绝楼道灯有人开、没人关浪费能源的现象。 介绍了用三极管和与非门芯片实现光控灯和声控灯的原理,重点介绍了二者的实现方法和具体细节,及制作过程中遇到的问题和相应的解决方案。关键词:光控灯、声控灯、光敏电阻、麦克风、导通、截至、 AbstractOpticallycontr
2、olledlampandacousticcontrollampplayanimportantroleinourdailylife(likeincorridor,toilet,alleywayandsoon).Theymakeourlifemorecovenient.Byuseofthem,wecannotonlyprotectourselvesfromthehurtthatmaybecausedinlookingfortheswitchesoflightsinthedark,butalsoeliminatethephenomenonthatsomeoneturnonthelightbutnob
3、odyturnofftoavoidthewasteofresources.Itintroducestheprincipleofhowtousedynatronsandanandgatechiptoachievethepurposethatcontrolthelightsbylightandsound,andspeciallystressesthewaysandconcretedetailsabouthowtousethemtoachievethepurposeandthesolutionsoftheproblemsthatwillbemetintheprocessofmakingit.Key
4、words :Optically controlled, acoustic control, mircphone, light dependent resistor breakover, cutoff目 录摘 要1Abstract2目 录31设计的目的和任务42设计要求43总体框图设计44功能设计54.1 VCC值的确定64.2延时的确定64.3与非门的高低点评的输入确定64.4整流电路设计74.5电容滤波电路84.6晶闸管的工作原理95总原理图116调试137元器件清单148总结15致 谢16参考文献171设计的目的和任务1、巩固加深对模拟电子技术基础知识的理解,提高综合运用所学知识的能力,
5、培养学生独立分析问题、解决问题的能力。2、通过查找资料、选方案、设计电路、仿真或调试、写报告等环节的训练,熟悉设计过程、步骤。为今后从事电子线路的设计、研制电子产品打下良好的基础。3、作为电力电子技术的入门,学习晶闸管的应用。4、设计模拟和数字电子混合电路,实现特定功能。学习这一技能,积累这方面的经验。2设计要求1、设计办公大楼、写字楼或居民住宅楼内应用的声控灯开关。2、在白天照度较高时,即楼道内光线充足时本开关不启动,灯熄灭。3、夜晚楼道内光线较差时,若楼道内充分安静(无人行动时),灯泡不启动。4、若在光线较差的楼道内有人发出声响,就启动该装置使灯泡点亮。5、画出电路图 (1)用protel
6、绘制电路图(2)布局合理、排列均匀、图面清晰、便于看图、有利于对图的理解和阅读。(3)图形符号要标准,图中应加适当的标注。3总体框图设计根据技术要求,此声控灯开关可由以下几个单元组成:感光检音延时反相反相、放大整形控制门电子开关灯图1整体框图4功能设计 图2 声光控制电路图根据图2电路,原理如下:由四个二极管组成的桥式整流电路将输入电路的220v50hz交流电压变换成脉动直流。该脉动直流电压一路由R3和R1、C3分压并滤波后得到传感及逻辑控制电路所用的电压VCC;另一路接到晶闸管BT169的阳极。当BT169的控制极(栅极)为高电平且输入的交流信号Vi=COS(wt+)处于正半周期时,电流由D
7、2地D4灯流过而将灯点亮。当Vi处于负半周期时,电流由灯D3地D1而将灯点亮。当BT169的控制极为低电平时,晶闸管截止,此时不会产生驱动灯的电流,此时灯是熄灭的。由此可见,灯的亮灭是由晶闸管的控制极电平决定的。因此,关键的问题是如何控制其栅极电平的高低。有光时灯灭;无光无声时灯灭;无光有声时灯亮。参见图2,对光敏电阻RW而言,当有光时,RW2M,此时HD14011的1脚是高电平,此时第一个与非门的输出取决于2脚的状态,而2脚的状态将由噪声传感器来决定,当没有声音时,2脚为低电平,因此A为高电平,B为低电平,C为高电平,D为低电平,此时晶闸管截止,灯泡为暗。当有声音产生时,在麦克两端产生一个交
8、流信号,经过电容而将2脚置成高电平,此时A为低电平,B为高电平,C为低电平,D为高电平,从而将晶闸管触发导通,灯泡点亮,同时由于B点为高电平,可对电容C2充电,这样,当声音消失之后,由于C2和R7的存在,使C点维持在低电平直到C2放电结束,在此过程中,灯泡将会一直保持在亮的状态直至此过程结束。4.1 VCC值的确定可由R3、R1的分压作用将家用电压经整流后所得电压Vo=2201.414=311V输入电压的表达式为:Vcc=R1*Vo/(R1+R3) 算得Vcc=5V4.2延时的确定 图3 延时电路部分由R7、C2组成延时电路,要求延时为1min,与非门工作高低电平为3.4V,0.3V延时T计算
9、公式:t=R7C2ln(Vt+/Vt-) 算得R7=1.1M C2=22uf4.3与非门的高低点评的输入确定NPN的参数为:=50Vce(sat)=0.3V Vbe=0.7V如果无光时,RW2M,与非门有一脚是高电平,此时第一个与非门的输出取决于另脚的状态,此脚的状态将由噪声传感器来决定。当没有声音时:灯不亮,要求第一个与非门的一脚为低电平,即使三极管工作在饱和区满足条件,且输出的电压为0.3V。此时A为高电平,B为低电平,C为高电平,D为低电平,此时晶闸管截止,灯泡为暗。由三极管的工作参数得: Ibs=(Vcc-Vce)/R8=0.2uAIb=(Vcc-Vbe)/R2 =1.4uA 在饱和工
10、作区不满足Ic=Ib 且IbIbs 令Ib=10Ibs 由此可得R8=510K R2=3M当有声音时:灯亮,要求第一个与非门的一脚为高电平,三极管工作在放大区且输出高电平3.4V。在麦克两端产生一个交流信号,经过电容而将脚置成高电平,此时A为低电平,B为高电平,C为低电平,D为高电平,从而将晶闸管触发导通,灯泡点亮。R=R6/R2 算得R=35I=Ib+Vce/R 算得I=20mA满足声音传感器的额定电流I=20mA,电压112V。图4 等效图4.4整流电路设计整流电路有单相桥式整流电路,单相半波整流电路,单相全波整流电路等。本系统选用单相桥式整流电路。单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直
11、流的电路,其电路如图5所示。在分析整流电路工作原理时,整流电路中的二极管是作为开关运用,具有单向导电性。根据图5的电路图可知:当负半周时二极管D1、D3导通,在负载电阻上得到正弦波的正半周。当正半周时二极管D2、D4导通,在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正负半周经过合成,得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见图5。 图5 整流电路及波形图4.5电容滤波电路 滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同,实现滤波。电容器C对直流开路,对交流阻抗小,所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小,对交流阻抗大,因此L 应与负载串联。经过滤波电路后,既可保留直流分量、
12、又可滤掉一部分交流分量,改变了交直流成分的比例,减小了电路的脉动系数,改善了直流电压的质量。滤波电路常有电容滤波,电感滤波和RC滤波等。本系统设计在单相桥式整流电路直接接并联电容构成电容滤波电路,经过此电容滤波电路滤去整流输出电压的纹波。电容滤波电路如图6所示滤波原理:若电路处于正半周,二极管D2、D4导通,变压器次端电压v2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上,所以输出波形同v2 ,是正弦形。所以,在t1到t2时刻,二极管导电,充电,vC=vL按正弦规律变化; 图6 电容滤波电路t2到t3时刻二极管关断,vC=vL按指数曲线下降,放电时间常数为RLC 图7 电容滤波过程当放电时间常数RLC增加时,t1点要右移, t2点要左移,二极管关断时加长,导通角减小,见图7中的曲线;反之, RLC减少时,导通角增加。显然当RL很小,即