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1、光电探测大作业声光控延时开关照明系统第1章弓I言2第2章单元电路设计32.1设计思路32.2声光信号处理32.2.1声音放大电路32.2.2声控电路设计52.2.3光控电路设计72.3照明灯控制电路设计92.3.1器件选择92.3.2延时电路设计 102.4电源电路设计112.4.1整流电路122.4.2滤波电路132.4.3电源电路工作原理152.5整机电路16第3章电路仿真183.1系统仿真及原理图制作使用平台 183.2整机仿真测试18第4章实物制作214 实物制作测试21附录 元件明细表 .错误！未定义书签。引言根据国内外市场需求预测，我国照明电器行业的高速增长还将继续。 就国内市场
2、需求而言，人们生活水平逐步提高，对生存环境质量的要求也越来越高， 对照明电器 产品提出更高的要求。在地球资源日渐衰竭的今日，环保、节能是当今各产业发展的 重心，尤其是需要消耗大量电力的照明产业，基于此目的的研发工作更是趋向环保、 节能的特性上著眼。因此，开发新型高效、节能、寿命长、环保的电路对居家照明节 能具有十分重要的意义。声光控开关是只有在满足了无光线和有声音才可以启动开关使灯泡点亮一段时间，无需人去手动的打开和关闭灯泡开关方便了人们，同时避免了灯泡常亮的情况因而达到了节电的目的。白天光线较强时，受光控自锁，有声响也不通电开灯；当傍晚 环境光线变暗后，开关自动进入待机状态，遇有说话声、脚步
3、声等声响时，会立即通 电，亮灯，延时半分钟后自动断电；能延长灯泡寿命6倍以上，节电率达90%。二者都为人们的日常生活提供诸多方便。#第2章单元电路设计2.1设计思路此设计是为了实现声控光控延时开关的功能。 在白天时无论是否有声音，照明灯 都不能被点亮，在夜晚当有声音产生时，照明灯被点亮，且在声音消失后，照明灯能 够维持一段时间亮度，有足够的时间让人通过。它由电源电路、声光处理电路和控制 电路等部分组成。流程方框图如图1-1所示。图1-1设计方框图2.2声光信号处理声光信号处理电路就是对采集到的声信号和光信号进行处理后提供给控制电路。 2.1.1声音放大电路声音放大电路采用BJT三极管，常见的B
4、JT三极管的工作方式有三种：共射电 路、共集电路、共基电路。1 共射电路共射电路如图2-1所示，直流电源Vcc 方面通过Rc、Rb为三极管提供合适的 静态偏置电压，另一方面为电路提供能量，一般为几伏至几十伏。其中C1、C2为耦合电容，起到传递交流，隔断直流的作用。Cl、C2一般为电解电容器，一般为几微法到几十微法。Rc是集电极直流负载电阻，保证三极管有合适的静态偏置外，还可 将三极管的电流信号转换成电压信号。 Rc 一般为几百欧到几千欧。信号有三极管的 基极输入、输出。基极与发射极构成输出回路，而发射极是输出、输入的公共端，共 射工作方式具有电压和电流的放大作用，放大关系是 Uo= B Ui，
5、电流同样如此。2 共集电路共集电路如图2-2所示，信号从基极输入，从发射极输出，集电极是输入、输出 回路的公共端，共集电路因此而得名。图2-2共集放大电路电源Vcc给三极管V提供反偏电压，又通过基极偏置电阻 Rb给发射结提供正偏 电压，使三极管V工作在放大区。输入信号电压Ui通过输入耦合电容Ci加到三极管 V的基极，输出信号电压Uo从发射极通过输出耦合电容 C2送到负载Rl上。共集电 路具有电流的放大作用但是没有电压的放大主作用，所以又叫做射击跟随器。3.共基电路共基电路如图2-4所示，其中Rc为集电极电阻，Re为发射极偏置电阻，Rbi、Rb2 为基极分压偏置电阻，他们共同构成分压式偏置电路。
6、ClTUiRJLuo图2-3共基放大电路大电容Cb使基极对地交流短路。其信号从发射极输出，基极是输入、输出回路 的公共端。共基电路的输入电流大于输出电流， 没有电流放大作用，但电压放大倍数 较大。4.分析由于本次设计中声音信号产生的电压信号很小，因而只能用具有电压放大的电 路，再从电路的复杂程度等方面考虑，共射放大电路更适合作为声音信号放大电路。222声控电路设计声控电路由驻极体话筒、电阻 R3、R4、R5,晶体管VT、电容C3、C4组成如图 2-5所示。驻极体话筒将声音信号转化为微弱的电信号，微弱的电信号经C3滤波后导入由三极管VT组成的共射放大器进行放大，放大后的电信号经 C2隔直后输出。
7、 声控电路参数计算：一般情况下，人正常说话的声音的幅度约为 40-50分贝，经驻极体话筒转化为电 信号有效值约为Ubm40 mV，要使产生的信号经过放大后电压基本上在 5 V左右， 放大倍为：5 V卩二=1 25(2-1)40 mV放大倍数有125倍的三极管有9011、9013、9014、9015等。这些都是较为常见 的三极管，任意一种都可以用于这次设计，我选用9014型三极管，9014参数如表2-1 所示。表2-1 9014参数参数名称符号典型值单位集电极耗散功率Pcm300mW集电极最大电流Icm100mA电流放大系数B60 300特征频率fT150MHzlb =Ic(2-2)根据三极管放
8、大公式:由于9014允许最大电流Icm为100 mA所以:根据欧姆定律:所以:, IcmI bm =100 mA=100=1 mAR=U=12 V1 mA=12 K QR412K Q由于声音信号电流的叠加选择电阻 R4为200K Q。电阻R4的功率：Vcc2Wr4=0.96 mW R4(2-3)(2-4)(2-5)(2-6)要保证三极管输出电压在 5 V左右，那么Uce电压就应当为5 V左右。所以UR3 电压为7 V左右。又由于Icm为100 mA,同样根据欧姆定律得到 只370门，要尽量使 Ic小些，所以选择R3为3.9K Q。所以三极管的静态工作点为：VCCU BEQI bQ =R4Vcc
9、匚=80 “(2-7)(2-8)Ucq =Vcc IcqRc =31.2 mV(2-9)Icq = B Bq =8 mA电阻R3的功率:2WR3 = I R3 = 0.2496 W(2-10)由于R5是为BM提供一个偏置电压所以选择阻值为 3.9K Q的电阻，C2、C3都是 起隔直作用一般选择电容值为 33 yF的电容，R8为三极管后的负载电阻阻值为 8K Q。 2.2光控电路设计我们的题目中，是要使用一种光电探测器件来通过探测光的强弱达到一种可以开 关电路的目的，当光比较强的时候，可以关闭电路：当光比较弱的时候，可以打开电 路。我们从以下几个方面最终选择出了光敏电阻来作为我们要使用的光电探测
10、器件(1) 光电特性我们的要求中光电探测器件仅作开关使用，只要满足可以很好的区分白天和夜晚的照度即可，下面以我们所选择的 5516型光敏电阻来做分析。该光敏电阻的在10lx的光照下的阻值为5-10k欧姆，取10k欧姆计算， =0.5 查阅资料得到：在晴朗的天气室内照度为 100 2000lx，阴天室内照度为550lx， 月夜照度为 0.02 0.3lx，分别取为 1000lx，10lx，0.1lx根据实际情况，我们以阴天室内的照度为是否打开开关的界限。根据课本的公式，-(Ra/Rb)，其中B的照度是A的10倍。根据以上条件，我们可以求得在上面三种情况下光敏电阻的阻值。计算得到三种条件下的阻值分
11、别为1k、10k、100k。以上分析证明，使用光敏电阻可以很好的达到区分白天黑夜亮暗的目的。(2) 光谱特性由于我们的装置是要用于检测可见光的亮暗，可见对光的具体波段没有很大的要 求，只需要在可见光波段可以有较好的灵敏度即可，我们选择的光敏电阻峰值波长在 550nm正是用于可见光波段的光电器件(3) 频率特性我们的装置要用在楼道中来检测楼道中的亮度是否足够亮， 大致是以天为周期进 行亮暗的变化，而我们选用的光敏电阻的响应时间是不到秒的量级， 远远满足使用条 件。(4) 温度特性我们的装置使用在室外的楼梯中，考虑极端情况温度范围在负20摄氏度到40摄氏度之间，我们选用的光敏电阻的温度适用范围包含
12、了这一部分。(5) 功率限制仍然用我们选的5516型光敏电阻来做分析。由(1)中的分析，考虑到使用环境 楼道的密闭性，可以用1k欧姆作为光敏电阻可能拥有的最小阻值。由于光敏电阻的 最大功耗为90mW，计算可知光敏电阻两端能承受的最大电压为9.49V。我们只需要在设计时使用10V或者以下的电源为开关模块供电便可以达到光敏电阻的功率限制。(6) 价格因为我们的装置是要用在每个楼道的每个楼层，使用量非常之大，所以使用的光 电探测器要成本越低越好。虽然除了光敏电阻，还有很多种的光电探测器可以达到我 们的要求，但是光敏电阻的一个最大的优势是价格便宜。一下是随意截取的一家商家的图片，按照起批的价格，是不到
13、 1分钱一个光敏电阻，而且还量大从优。5MM全棗列光敢电阻胡酹琴80.00百|塩io K光敏电阻5516 CDS参数如表2-2所示。表2-2光敏电阻参数型号最大电压(VDC)最大功耗(mw)环境温度(C)光谱峰值(nm)亮电阻(K)暗电阻(M)5516CDS15090-30+705405-100.5光控制电路设计如图2-5所示，电路由电阻R2和Rg串联进行分压来提取光信号图2-5声光处理电路R2阻值计算:R2 _ 12-UrgRgUrg(2-11)只2 =(12-UrgRg=(12-5VZ5M J0.7MqUrg5V(2-12)根据计算，R2的阻值为0.7M Qo白天光较强时，光敏电阻 Rg的
14、阻值较低（约为5K Q）,这时它和R2 （0.7M Q） 的阻值相比较，R2远大于Rg, Rg上分的电压基本上为0 V，此时输出电压为0 V （低 电平）。晚上光线较暗时，光敏电阻 Rg的阻值变大（约为0.5M）, R2、Rg串联对12V电压进行分压，此时a点输出电压为5 V （高电位）2.3照明灯控制电路设计控制电路主要是由控制芯片74LS00，延时电路，可控硅组成如图 2-6所示。声 音信号进入13引脚，光信号进入12引脚，经过与非门从3引脚输出控制信号，控制 信号通过可控硅间接控制照明灯。图2-6控制电路电路2.3.1器件选择1 四-二输入与非门74LS00主控芯片74LS00外形如图2-7所示，它是采用晶体管制造工艺在硅晶片上生产 四个各自独立的二输入与非门电路如图2-8所示，然后采用DIP-14标准封装而成的双列14脚直插式结构。逻辑关系为：Y二AB oVet 4B冋丽匝141 3B3A 31 回fsl74LS0C j1图2-7 74LS00外形图2-8 74LS00内部排列2.可控硅可控硅也称作晶闸管外形如图2-9所示，它是由PNPN四层半导体构成的元件， 有三个电极，阳极A,阴极K和控制极G可控硅在电路中能够实现交流电的无触点 控制，以小电流控制大电流，并且不像继电器那样控制时有火花产生，而且动作快、 寿命长、可靠性好。在调速、调
