专业基础课程设计要求

《专业基础课程设计要求》由会员分享，可在线阅读，更多相关《专业基础课程设计要求（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、电子信息工程专业基础课程设计研究报告声光控节能灯的设计中国大庆2015 年 6 月信息技术学院课程设计任务书二、 课程设计工作日自年月日至年月日三、课程设计进行地点：四、程设计任务要求：（详细内容见课程设计文档）1. 课题来源:2. 目的意义:3. 基本要求:课程设计评审表目录1 设计任务要求.2 方案比较.3单元电路设计4元件选择（要求计算元件参数）5整体电路（标出原元件型号和参数、画出必要波形图）6说明电路工作原理7 困难问题及解决措施.8 总结与体会.9 致谢.10 参考文献.1. 题目：声光控节能灯的设计2. 要求：节能灯在白天或光线较亮时，节能灯呈关闭状态，灯不亮， 夜间或光线较暗时

2、，节能灯开关呈预备工作状态。当有人经过 该开关附近时，脚步声等把开关启动，灯亮，延时 4050 秒后 节电开关自动关闭、灯灭。整个电路采用分立元器件或者数字 集成电路组成。3. 规定：设计硬件线路，用 protel 画图。 按单元电路详细说明硬 件线路设计思路，元件参数，选取根据。附详细的元件清单。总 结设计过程和设计体会。4. 完成时间：3 周。1. 设计任务要求节能灯在白天或光线较亮时，节能灯呈关闭状态，灯不亮， 夜间或光线较暗时，节能灯开关呈预备工作状态。当有人经过 该开关附近时，脚步声等把开关启动，灯亮，延时 4050 秒后 节电开关自动关闭、灯灭。整个电路采用分立元器件或者数字 集成

3、电路组成。2. 方案比较2.1 方案（一）：如图所示是采用 LM324 运算放大器制作而成的声、光控楼梯走 道延迟照明开关，它采用二线制接法，可以直接取代普通照明开 关，而不必更改室内原有布线。该设计声光控节能灯电路由拾音 乐电路、放大电路、声控电路、光控电路、逻辑电平反转及触发 电路、延时电路及电源电路等部分组成。其中四只电压比较器的 运放AlA4采用一块单电源四运放集成电路LM324,运算放大器 LM324是整个电路的核心部分，其中的A1和A2组成了两级同相比 例放大器，作用是将MIC输出的微弱信号进行放大，A3、A4是两 个电压比较器，分别控制光信号和声音信号。最后通过A4的比较 输出来

4、控制可控硅的导通，进而控制灯的亮灭。其他元件如图所 示，无特殊要求。 光控部分：当白天光比较强的时候，光敏电 阻的阻值较小，运放A3组成的比较器的9脚（反向端）的电位升 高，高于其基准电压（比较器的 l0 脚），此时比较器输出低电平， 二极管 VDl 截止，光控电路输出的信号被封锁，此时无论有无声 音信号，晶闸管都不会导通，灯都不会亮。而当夜晚光比较弱的 时候，光敏电阻的阻值增大，运放A3组成的比较器的9脚（反向 端）的电位降低，低于其基准电压（比较器的10脚），此时比较 器输出高电平，二极管 VDl 导通，光控电路输出的信号被送到运 放 A4 的输入端，此时晶闸管的导通情况完全由声控电路决定

5、。当有声音信号时，声音信号通过前面的两级放大，送到A4的输入端 进行比较放大，输出高电低平，控制晶闸管的导通，进而控制灯 的亮和灭。 声控部分：由拾音电路及放大电路两部分组成声控 部分。其中，话筒B和电阻R1组成拾音电路。两级运算放大器及 外围电阻组成了两级放大电路。每一级放大电路都是同向比例放 大电路，对话筒输出的信号进行放大，确保能够触发晶闸管导通510Q 1N414嘉r3.?mLQ| Ei-220V2.1.2 方案（二）如图所示是它内部装置主要由声控检测电路、光控检测电路、 磁控检测电路、触发电路、单稳态电路、开关组成。利用 555 单 稳态触发达到有声光双控的延迟照明的效果。 主要组成

6、：由声控 检测电路、光控检测电路、磁控检测电路、触发电路、单稳态电 路、开关组成。声敏元件麦克风VI与电阻Rl、R2，组成声敏取样 电路，主要是将声信号转变为电信号，为单稳态电路提供触发信号。光敏三极管、干簧管可以将光信号、磁场信号转变为电信号 为单稳态电路提供触发信号。TJ!12.2.1 方案分析：一、要求电路能够通过照明灯开关对光线强弱的感应： 控制 照明灯第一级开关，该要求主要针对光控制电路，要使电路能够 实现对光线强弱的感应，应使用对光线强弱敏感的电子器件，如 光敏电阻、光敏二极管等光电传感器。在电路中，光电传感器根 据光线强弱的变化而变化，从而使电路参数发生相应的变化。由 于光控电路

7、的输出状态只有两种：高电平和低电平。因此，光控 电路可使用555 定时器来实现对电压变化的转换。二、要求电路能够通过照明灯开关对声强的感应： 在第一级 开关开通的前提下，控制照明灯的亮灭。该要求主要针对声控电 路，要使电路能够实现对声强的感应，则应使用对声音信号敏感 的电子器件，如小型驻极电容话 10 筒、压电陶瓷片等声电传感 器。由于声电传感器收集来的声音信号都比较微弱，所以要对信 号进行放大处理。又因为声音信号是连续振荡的不确定信号，为 了便于处理，先将信号波形进行整形，这可以由模拟迟滞比较器 来实现。模拟比较器的输出为高低两种电平信号，利用该信号可 以去控制 555 定时器的触发输入端。

8、另外，由光控电路的输出控 制此 555 定时器的复位端，来决定声控电路的开启与关闭。在这 两种控制信号的作用下，达到声音控制照明灯亮灭的目的。三、要求电路能够实现照明灯点亮时间 t 后自动关断： 该要 求可以通过处于单稳模式的 555 定时器实现（说明：此处的 555 定时器与第二条要求中的 555 定时器为同一片）。2.2.2 方案确定：在这几个方案中，我选择了第二种方案，该设计主要包含四部 分电路，分别为：电源电路、光控电路、声控延时电路、晶闸管 开关电路，因为电路简单，制作方便，省去了能耗大、笨重、极 易产生热量的电源变压器，具有结构简单、自耗电轻微、性能稳 定、灵敏度高、通用性强的特点

9、，也很好的将所学知识运用到其 中。3 单元电路设计一、电源电路：电源电路主要为控制电路提供工作电压，本设计采用传统的电 源电路设计方法，即降压、整流、滤波、稳压，使电路输出 12V 直流电压供给控制电路。二、光控电路：光控电路是根据光线的强弱来优先决定电灯的亮灭。该电路可 以对声控延时电路进行控制，在白天光线较强时，光控电路输出 低电平将声控电路封锁；在晚上光线较弱时，光控电路输出高电 平，则声控功能打开。本设计采用光敏电阻和其他电阻组成的分 压电路来控制 555 定时器的触发输入端 2 脚，并且将 555 定时器 的 2 脚和 6 脚连接在一起，通过一电容接地，555 定时器的输出去 控制声

10、控电路中的 555 定时器的复位端。三、声控延时电路：该电路主要在光线较弱时起作用。这主要是通过光控电路的输 出来控制的。在白天，该电路在光控电路的控制作用下，处于关 闭状态，对任何声音信号都不响应；在晚上，光控电路将该电路 的功能打开，使得该电路能根据外界声音信号作出相应的响应。 本设计采用压电陶瓷片作为声电转换元件，并加入了两级音频信 号放大电路和迟滞电压比较器来对声音信号进行处理，经处理后 的声音信号控制处于单稳工作模式的 555 定时器来实现声控及延 时功能。四、晶闸管开关电路：该电路受声控电路555 定时器输出端的控制。当其输出低电平 时，晶闸管截止，由于照明灯与晶闸管串联，所以灯熄

11、灭；当其 输出高电平时，晶闸管导通，照明灯点亮。4 元件选择JT采用027mm的压电陶瓷片，如FT-27型;电阻均采用金属膜 电阻 RJ45-1/8W 型；电容 C6C9 均采用容值较大，耐压值高，价 格便宜的铝电解电容，如CD11-16V型；电容CIO采用普通独石电 容，如104M/50V型；晶体管VT1、VT2采用2SC9014型硅NPN管; 集成块U3采用p A741型集成运算放大器；集成块U4采用TTL型 定时器NE555；电位器RP2选用WH系列碳膜电位器，如WH148型。 SCR 选用触发电流较小的 1A、 8OOV 小型塑封单 19 向晶闸管， 如 MCR1OO-6 的小型塑封单

12、向可控硅。 MK1 可选用 CRZ2-113F 型驻 极体电容话筒。4.1 元件参数的计算光敏电阻 RL 的选择要求是亮阻与暗阻相差倍数愈大愈好。经 查资料，MG45-14型光敏电阻满足要求，其最大亮阻（10KQ ）与 最小暗阻（10MQ ）相差1000倍，反应时间小于20ms。下面利用 这两个阻值来确定 R1、 R2、 R3 的值。 在光线较强时， RL1=1OK Q，此时应有，555 （1）的2脚和6脚的电压大于2/3VCC，假设就 等于2/3VCC，并将电位器的取值定为100 K Q，则有 VCC（R2+RP1）/ （RL1+R1） +（R2+RP1）= 2/3VCC 当 RP1=100

13、 KQ 时，有 2R1-R2=80（KQ ）若取 R2=51KQ，则 R1=15KQ。 确定 R3的值，使得在RL最小时，电路中的电流不超过555定时器的最 大允许电流就行了。取 R3=10KQ 。 R1 R3 均采用 1/8W 金属膜电 阻，如 RJ45-1/8W；RP1 采用 WH 系列碳膜电位器，如 WH148 型。 电阻与电源电路中一样，电容C4用铝电解电容，耐压值为16V就 能满足要求，即可采用 CD11-16V 型；为使电路的充放电时间常数 尽量小，则电容的C4容值要取得小一些，可取为100p F。电容 C5 一般用0.01p F的普通独石电容，如103M/50V型晶体管 VT1、

14、VT2 选用 2SC9014 型硅 NPN 小功率管。 2SC9014 的有关电参数如表3-3-2所示。在集电极电流IC=100mA,基极电流 IB=5mA 时，测试晶体管 2SC9014 的集射极间饱和电压典型值为 VCES=0.14V。则电阻R4、R5的值可用以下两式来推算 R4= (VCC-VBE)/IB (5-3) R5=(VCC-VCES)/IC参数名称腆型值单位集电极耗散功率Pc III300mWIcm10DmA电磁大覆P60-1D00率150MHz由于所给晶体管的参数均为极限值，因此实际应用时所取的值 通常要比由式(5-3)、 (5-4)计算出来的值大得多。例如，在晶体 管工作在

15、线性放大状态时， IB 为几十到几百微安， Ic 为几毫安到 几十毫安。因此电阻 R4 应在几百千欧到几兆欧之间，电阻 R5 应 在几千欧到几十千欧之间。可取R4=1MQ，R5=22KQ。同理，R6 可确定为47 KQ。般情况下，人正常说话的声音的幅度约为 50 分贝，转化为 电信号有效值约为VI40mV，则经音频放大电路后，信号的强度 为 VI = 161Vi6.4V 由原理图可知，VP二VREF二 VCCR9/ (R9+R8) VN=V1R10/(R7+R10)+V2R7/(R7+R10)由于经放大后的音频信号电压有效值V1=6.4V，再根据定时器 555翻转进入暂稳态的条件：2脚电压低于 1/3 VCC， 6 脚电压低 于2/3VCC。由于电容C9两端电压为零，显然6脚电压为低电平， 小于2/3VCC。当外界没有声音发出时，模拟比较器的输入电压小 于基准电压VREF，则其输出电平为高电平，显然555的2脚的电 平大于1/3VCC。假设此种情况下就有V