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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日河南化工职业学院毕业设计说明书摘 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、 Abstrac
2、tOpticallycontrolledlampandacousticcontrollampplayanimportantroleinourdailylife(likeincorridor,toilet,alleywayandsoon).Theymakeourlifemorecovenient.Byuseofthem,wecannotonlyprotectourselvesfromthehurtthatmaybecausedinlookingfortheswitchesoflightsinthedark,butalsoeliminatethephenomenonthatsomeoneturno
3、nthelightbutnobodyturnofftoavoidthewasteofresources.Itintroducestheprincipleofhowtousedynatronsandanandgatechiptoachievethepurposethatcontrolthelightsbylightandsound,andspeciallystressesthewaysandconcretedetailsabouthowtousethemtoachievethepurposeandthesolutionsoftheproblemsthatwillbemetintheprocess
4、ofmakingit.Key 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
5、，提高综合运用所学知识的能力，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
6、出电路图 （1）用protel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（w
7、t+）处于正半周期时，电流由D2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
8、音产生时，在麦克两端产生一个交流信号，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
9、为3.4V,0.3V延时T计算公式：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）
10、/R2 =1.4uA 在饱和工作区不满足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
11、流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，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
12、滤波电路后，既可保留直流分量、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，
