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1、贵州航天职业技术学院设计题目声光控开关学生专业班级飞行器学生姓名（学号）刘伦春(A103GZ042050101)指导教师喻尤芬完成时间2011年11月17日实习（设计）地点电子系实验室2011 年 11 月 17 日一、课程设计目的和任务设计目的：掌握光敏传感器及其电路应用原理 设计任务：声光控延时开关采用行人脚步，拍手或咳嗽声来控制灯的开启。灯光延时一定时间自动关闭。白天光线强时将其闭锁，即使有行人的脚步声开关始终处于闭锁状 态也不会开启。实现声来灯亮、声离灯灭，在灯头上装上白炽灯安装在走廊、楼 梯间或厕所里，白天不亮，晚上只要你发出声响灯就亮20 秒，人离开后灯熄灭。设计要求：（1）了解声
2、光控延时开关电路的组成及工作原理。（2）熟悉驻极体话筒和光敏电阻器的特性。（3）学习声光控延时开关电路设计。（4）光线暗时，声音触发开关接通灯亮，延时一定时间（20 秒左右）后自动熄灭二、分析与设计1. 设计任务分析 声光控开关电路应由电源电路、声控电路、光控电路、延时电子开关电路四 大部分组成。如图：控制门极形二 S子关电开LIf g照明灯1 声光控延时开关实现在白天呈关闭状态，只有在晚上且存在声响情况下（如 人的脚步声等）才开启，开启后延时一段时间后又能自动关闭。2. 设计方案论证： 通过查阅资料，得到当外部条件变化（天色变暗、有明显声响）时，光敏和 声敏元件电位及电阻明显变化，微弱信号经
3、放大器放大后足以使的控制开关 开启，是电路导通。我认为此设计方案可行。3. 详细设计：1. 电路工作原理：开关电路中声音检测采用驻极体话筒Mkl。当话筒MIC接收声响信号，控制亮灭。亮度检测由光敏电阻Rg完成。电路使用的CMOS数字集成电路CD4011，内含有四个2输入端G与非门。CD4011其中一个直接用为2输入端与非门作为判别电路，开关采用可控硅D5。 二极管D1D4与可控硅D5组成可控整流电路，当D5导通时，灯泡发亮；D5截止时，灯 泡熄灭。白天时，光敏电阻Rg受光照呈低阻态，CD4011输出O脚始终为高电平。经三次反相G后, D脚输出为低电平，可控硅D5截止，灯泡不亮。可见由于光敏电阻
4、Rg受光照作用，G 白天灯泡一直不会亮。晚上天黑时，光敏电阻Rg无光照呈高阻态，CD4011G脚始终为高电平。这时如果无声 G响，Q脚为低电平，贝I与非门输出O脚仍然为高电平，电路状态与白天相同。但当有声响 发生时，话筒 MK1 接收声响信号， 12脚为高电平，与非门输出11脚变为低电平，灯泡点声响消失后，延时一段时间灯炮熄灭。由此可见，灯泡发亮的维持时间主要取决于.的放电时间常数。改变电阻r6的阻值，26 可调整延时时间，通常设计延时4560秒左右。调整电阻R5，可改变电路白天到黑天的亮 度阈值。话筒灵敏度可由r2调整。2. 光控电路光控电路它是用外来的光源来控制电路的设备。其作用是把外来送
5、入的光源转换电信 号，从而用这种信号去控制所需要的电器设备。常用的电路有：发光器件电路、光敏器件电 路和光电显示器件电路。本次实验的中我们选用光敏电阻作为传感器来实现光控。光敏电阻器又叫光感电阻，其工作原理是基于内光电效应。光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而 改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，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）。3. 声控电路我们选择MK1做为接收信号源，工作原理：话筒将声音信号转化为负极 性的电信号。声控电路通过声音信号控制可控硅的导通状态，其特征在于，所述声控电 路包括电源部分，谐振放
6、大部分及触发器，电源部分通过电容降压、整流及稳压 提供声控电路所需的直流电压，谐振放大部分包括多极三极管放大，话筒接在第 一级放大三极管的基极上并由电容耦合，一个由电感和电容构成的振荡电路接在 末级放大三极管的基极上，放大后的信号影响触发器的翻转，并最终控制可控硅 的控制极的电位。当光线不足或黑夜时， MK1 接收到声信号，开始工作。4. 延时电子开关电路延时电子开关电路它是用电路中送入的信号进行控制电路的设备。其作用 是用送入来的信号去控制电路，使电路达到延时的效果。常用的延时电路有按键 延时电路、感应延时电路、开关控制延时电路、光控延时电路、声光双控延时电 路等。而本电路延时电子开关电路使
7、用主要的电路为声光双控延时电路部分。声 光双控电路是声、光控开关的组合。它是利用驻极体话筒是否采集到声音信号， 光敏电阻感应光线的明暗来改变信号的高低电平，以达到控制电路输出高低电平 的目的，再利用稳压管高电平导通的原理来控制灯泡的亮灭。延时电子开关电路的设计，采用集成 CD4011。当夜晚有响声（如脚步声、说话声等），话筒接收到信号后内阻增大， C D4011的8、9脚为高电平，10脚为低电平，VD9截止，C1通过R6放电，放 电的时间长短决定了灯亮的时间，直到C1上的电放完到CD4011,这时为低电 平，灯泡熄灭，等待下一次信号。集成电路CD4011是一个包含4个与非门的CMOS电路（如图
8、3-2），每个与非门有2个输入端一个输出端，与非门的特点是，输入端有低电平输出高电 平，输入端全部高电平输出低电平，逻辑表达式为：y7b图 3-2 CD4011 内部结构5. 整流电路的设计整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路。根据电压的充分利用整流 电路选用单向桥式整流电路。单向桥式整流电路是由电源变压器T, 4只整流二极管VD1VD4和负载 RL组成。电路图如2-1图所示。工作原理：利用4个二极管接成电桥使在U2的正负半周的电压经过两 只二极管交替导通，即在负载上形成了单方向的全波脉冲电压。其中单向桥式整 流电路对电压的利用率高。4. 原理图及元器件清单等1）电路原理图：2）元器件清单
9、：名称型号规 格位号数量序号名称型号规 格位号数量集成块40114011112电阻2MR81可控硅100-6D5113电解电容47UFC21二极管1N4007D1、D2、D3、D4414电解电容100UFC11二极管1N4148D6115瓷片电容103C31光敏电 阻3K-5MR5116瓷片电容104C41电阻6.2KR3117瓷片电容203C51电阻22KR2118驻极体话 筒MK11电阻100KR7119线路板电阻200KR1120外壳1电阻270KR6121外壳压片1电阻1MR422螺丝4三、系统实施 （系统实现与调试过程中遇到的主要问题分析和系统运行的结果） 根据电路原理图，选择出需要
10、的电子元器件，依据电路图正确焊接，焊接完 成后，重新检查电路板有没有虚焊、短路等问题。检查完毕后通电试验。在第一 次的试验中出现了一点问题导致灯泡不亮，后经改进后，又出现一些新的问题- 灯泡点亮时间太短没有进行延时。有关问题分析如下：1. 灯泡一直不亮 这种情况可能是灯泡断路也可能是电源或控制电路出现故障。在确认灯 泡正常的情况下先检查 C1 两端是否有 10V 以上直流电压。如果没有，说明整流 二极管VD1VD4或电阻或焊点出现开路性故障.或C1损坏.应逐一检查确诊。 若 C1 两端电压正常，再检查光敏电阻是否正常光敏电阻在用黑纸包裹起来后 测量其阻值应在1MQ以上。在有光照射下阻值应只有数
11、百欧姆.否则应予更换。 当确认光敏电阻正常后，用黑纸严密包裹起来然后在四个与非门输入端依次加 入人为触发信号并用万用表监测其输出端电平是否改变。若不变在外围元件 正常的情况下，说明CD4011损坏。若证明CD4011正常。在CD4011 (11)脚 有高电平输出的前提下灯泡仍不亮那只有是 R3 或可控硅出现开路性损坏。 若在 CD4011 各输入端人为加入触发信号， CD4011 能正常翻转且灯泡能点亮。 则应检查话筒、C3、VT1。2. 灯泡点亮时间太短这主要是 C2、 R6 时间常数太小常见原因是 C2 漏电其次是二极管 VD5 的反向漏电流太大。检查并更换后故障即可排除。四、总结与体会：
12、本次设计涉及到传感器和电子技术的一些理论知识。其中包括光敏电阻的结 构和工作原理，驻极体的工作原理等。通过本次设计加深了传感器的认识和应用 的能力，懂得如何设计整流电路最高效，如何设计延时电路等。学会如何分析电 路，解决实验中出现的问题以及分析问题解决问题的方法。另外，对于本次设计 在生活中的应用有以下想法。随着国家的可持续发展战略的实施，节能是可持续发展的手段。往常的开 关路灯，在无人的时候也亮着，无疑的是一种浪费。而在一些学校、办公楼、街 道设施等公共设施大多的灯都是通过开关电路控制，这种浪费不仅加大了财政支 出，且对于用电高峰时无疑是一种负担；为了节约用电大多数设施都采用节能灯。 同时，也越来越多的学校、企业重视这个问题，采用声光控来做为节能的一个重 要环节，未来生活中声光控电路不仅应用于灯开关，还可以应用很多的自动开关电 路，甚至还可以做成简易的报警电路；做为学电子信息的一名学生，我们还可在 这一领域探讨研究，将声光控电路加以改进。五、参考书目：1.光敏电阻 百度百科 http:/
