1、課 程 設 計 任 務 書 信息技術學 院 通信工程 專業 08 級，學號 20084074215 姓名 鄧招雄一、課程設計課題：聲光控制節能開關 二、課程設計工作日自 2011年11 月 21 日至2011年12月 9 日三、課程設計進行地點： 信息技術學院 四、 程設計任務要求： 1.課題來源:教師下發2.目的意義: 此次課程設計，有助于學生對模擬數字電路知識的整合和模擬數字電路設計能力的訓練，并為后繼課程的學習和畢業設計打下一定的基礎。3. 基本要求: 【1】設計一種由聲光控制的節能電路。 【2】由220v交流供電。 【3】由聲音和光線觸發，白天電路不工作，燈滅；天色較暗時和晚上電路可由

2、聲音觸發。 【4】亮燈30秒后，再無聲音觸發，自動熄滅。課程設計評審表指導教師評語：成績： 簽字： 日期： 通信工程基礎課程設計研究報告聲光控制節能開關學生姓名： 學生學號：20084074215指導教師：在學院：信息技術學院專業班級：通信工程（2）班中國大慶2011 年 12 月目錄摘 要11 系統方案設計與論證21.1 系統方案設計21.2 系統方案論證21.3 系統工作原理32 系統硬件設計42.1 總體電路圖與布線圖42.2 單元電路設計與計算說明42.3 元器件選擇和電路參數計算說明73 設計總結9參考文獻10附錄11 摘 要社會的快速發展，一種新穎、安全、節電、結構簡單、安裝方便的

3、升空走廊燈節能自動開關隨之產生。本設計是由電源電路、聲控電路、光控電路和延時控制電路組成。聲光雙控是通過光敏電阻來實現的，當光敏電阻在背光的的時候燈就會慢慢的熄滅，即這時也是人走過的時候。當人走過時只需用手輕拍一下燈就會自動點亮，人離開后又熄滅。這樣就給路人提供了相應的方便，同時，也達到了節電和節能的目的；延長燈的壽命。在實際生活中節電節能，能夠實現更多的自動化。關鍵詞： 光敏電阻 聲控電路 延遲控制電路 1 系統方案設計與論證1.1 系統方案設計方案1利用門電路來完成聲光控制的調節，電路圖如下： 圖1 利用門電路設計的電路圖方案2采用lm324運算放大器制作而成的聲光控制樓梯走道延遲照明開關

4、，采用二線接法，可以直接取代普通照明開關，而不必更改室內原有布線。其中接成四只電壓比較器的運放a1-a4可采用一塊單電源四運放集成電路lm324，其它元件無特殊要求。1.2 系統方案論證整流電路采用橋式整流電路，二極管穩壓電路加上濾波電容。可控硅開關起開關作用，由這個開關去控制整流電路的工作與否，從而控制燈的亮和熄。穩壓電路需8.2v穩壓電壓，要求不高，所以我們采用話筒放大。為實現聲控功能，要設置話筒放大電路，主要是有話筒拾音電路和放大電路組成。光敏控制電路為實現光控的功能，可以有光敏電阻來實現。延遲電路在燈點亮時需要有延遲，檢波輸出直流電壓通過延遲電路時電壓消失，保持一段時間，所保持時間的長

5、度由延遲電路的參數決定，實際上延遲電路由rc電路組成，時間常數t=rc，這是可控電壓，控制電路時控制可控硅柵極的開關電路，它的輸入由延時端的延時電路送來的電壓控制，輸出控制可控硅的導通情況。 論證方案：采用方案一。結構簡單，易于實現。聲源產生的聲音信號，mic將聲音信號接收后經vi1放大，再經整流電路裝變電壓信號。當有光照照在光敏電阻rgm上時，其電阻數值變小，對直流控制電壓衰減很大，導致vt2、vt3和r7、vd3組成的電子開關截止。而c4中無電荷，使單向可控硅mcr處于截止狀態，燈泡不亮。1.3 系統工作原理聲光聯控延時照明電路的主要原理就是利用光控部件控制電路白天不工作，而夜晚則由聲控部

6、件控制其工作，再由延時部件控制其工作時間。光敏電阻和話筒的高度也會使燈的時間收到影響，聲光控制燈開關，在白天或光線較亮時，開關呈關閉狀態，燈不亮；夜間或光線較暗時，開關呈預備工作狀態，當有人經過該開關附近時，腳步聲、說話聲、拍手聲等都能開啟電燈開關。220v的燈充電直接整流。在輸入端串接25w燈泡，輸出端接可控硅供電電路穩壓電路，穩壓電路時給話筒放大，音頻放大等提供8.2v直流電，話筒放大，可以把聲音信號裝換為電信號并放大，然后經音頻放大器使信號達到足夠大；檢波音頻信號的正周期，即把音頻信號裝換為直流信號。經過延時電路以后送到控制電路，由控制電路去控制可控硅，若可控硅斷開，則整流電路負載斷開，

7、若導通，則整流電路負載導通。光敏控制電路把光照變成電信號，從而去控制音頻信號往后邊輸出情況，可見，本電路燈泡要受可控硅的控制，可控硅受話筒取得的音頻信號和光敏電阻的控制，從而可以控制聲控和光控；燈亮的時間由延時電路的時間長短決定。2 系統硬件設計2.1 總體電路圖與布線圖 電路圖與工作原理圖2 系統電路圖工作原理：該聲控照明燈開關電路由話筒、聲音放大、倍壓整流、光敏電路、電子開關、延時電路、交流開關七大部分電路組成。當此電路周圍有聲音時，mic將聲音信號接收后經vt1放大，再經整流電路轉變成電壓信號。當有光照照在光敏電阻rgm上時，其電阻數值變小，對直流控制電壓衰減很大，導致vt2、vt3和r

8、7、vd3組成的電子開關截止。而c4中無電荷，使單向可控硅mcr處于截止狀態，燈泡不亮。2.2 單元電路設計與計算說明(1)聲音放大電路當mic獲取到聲音信號后，其會轉換成電信號，考慮到后面步驟，此信號需用控制電子開關，所以必須加放大器放大該信號。為了獲取較高的靈敏度，vt1的值選用大于100。話筒mic選用靈敏度高的。r3不宜過小，否則電路容易產生間歇振蕩。其電路如下所示：圖3 聲音放大電路獲取到聲音信號后，其會轉換成電信號，由聲信號轉換成的電信號控制電子開關，所以必須加三極管放大器放大該信號。為了獲得較高的靈敏度，q1的。聲信號選用靈敏度高的。r3不宜過小，否則電路容易產生間歇振蕩。三極管

9、 vt1的參數：三極管的放大倍數au=-rc/(rb+rbe)；r=164；rbe=rbb+(1+r)*ut/ice，ut=26mv；直流放大倍數100；vcbo=45；ic(max)=0.3經測得三極管的靜態工作點：ubeq=2.6v、uceq=3.91v、ibq=1.35ma、icq=330ma、=244.4(符合要求)(2)整流電路c2、vd1和vd2、c3構成倍壓整流電路。把聲音信號變成直流控制電壓。此部分電路如下圖所示： 圖4 整流電路(3)光敏電路光敏電路核心元件為光敏電阻，其通過對光線變化程度自動改變阻值從而改變電壓信號的大小，白天有光照光敏電阻阻值小，夜晚阻值大。 圖5 光敏電

10、路(4)電子開關當電壓信號達到一定值時，電子開關打開。當電壓信號小于此值時，電子開關關閉。其起到的主要作用是控制延時電路中的電容充放電。圖6 電子開關(5)延時電路與交流開關由于需要的燈泡持續時間并不是很長，大概幾十秒左右，所以用一個電容控制開關的狀態即可。當夜晚無光時，電子開關打開時，c4連通，即開始充電。當電子開關關閉后，c4開始放電。c5為抗干擾電容，用于消除燈泡發光抖動現象。r8、c5和單向可控硅mcr、vd5-vd8組成延時與交流開關。c4通過r8把直流觸發電壓加到mcr控制端，mcr導通，燈泡點亮。可控硅作為開關元件的優點是屬于無觸點開關元件使用壽命長。燈泡發光的時間是由c4、r8

11、的參數決定。 圖7 延時電路晶閘管參數如下:vdrm=vrrm=2600v 是最高電壓不能超過2600vit=500a 最大電流不能超過500aigt=220ma 觸發后最小維持電流小于220ma vgt=2.2v,控制觸發電壓小于2.2v (6)電源電路220v交流電通過燈絲，經過vd5-vd8整流后，和r9、r10、vd4降壓。c6為濾波電容，vw為穩壓值12-15的穩壓二極管，保證c6上的電壓不超過15v直流電壓。此部分電路作用提供穩定的工作電壓。電路圖如下：圖8 電源電路2.3 元器件選擇和電路參數計算說明 選用cmos數字集成電路cd4011，其里面含有四個獨立的與非門電路。內部結構

12、見圖10，vss是電源的負極，vdd是電源的正極。可控硅t選用1 a400v的進口單向可控硅1 00-6型，如負載電流大可選用3a、6a、10a等規格的單向可控硅。 圖 9 單向可控硅 圖 10 cd4011設pnp管和npn管集電極電流相應為ic1和ic2；發射極電流相應為ia和ik；電流放大系數相應為a1=ic1/ia和a2=ic2/ik，設流過j2結的反相漏電電流為ic0，單管放大電路參數的設置：經測試，得知r=164,實測9013的導通電壓為uon=ube=0.4v，給定電源電壓vcc=+6v。在靜態工作的時候，要使三極管發處于放大狀態，則vce一般取大于2v小于vcc的2/3。又由于

13、vce是根據公式 vce=vcc-vr4-vr5,vr4+vr5=(rc+re)*ice而得, 而ice=(vr3-0.4)/re,vr3=rb2/(rb2+rb1)*vcc先假定rb2=6.8k，則有：rb1=75k，rc=24k，re=2k。此時，ice=(vr3-0.4)/re=0.1ma,vce=vcc-(rc+re)*ice=3.43vvbe=0.4+ice*re=0.50v這些參數滿足使三極管工作在放大狀態。au的計算：au=uo/ui=-(r*rc)/rbe其中r=164, rbe=rbb+(1+r)*ut/ice,ut=26mv經計算得出：rbe=43.1k,au=95.47

14、。圖中c6的作用是對電源進行濾波，通常取得較大，這里取c6=100uf。r1=10k是為了給麥克風起保護作用。晶閘管的陽極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和：ia=ic1+ic2+ic0或ia=ia+ik+ic0若門極電流為ig,則晶閘管陰極電流為ik=ia+ig從而可得出晶閘管陽極電流為：i=(ic0+iga2)/（1-（a1+a2） （11）硅pnp管和硅npn管相應的電流放大系數a1和a2隨其發射極電流的改變而急劇變化。式（11）中，在晶閘管導通后，1-（a1+a2）0,即使此時門極電流ig=0,晶閘管仍能保持原來的陽極電流ia而繼續導通。晶閘管在導通后，門極已失去作用。在晶閘管導通

15、后，如果不斷的減小電源電壓或增大回路電阻，使陽極電流ia減小到維持電流ih以下時，由于a1和a2迅速下降，當1-（a1+a2）0時，晶閘管恢復阻斷狀態。3 設計總結本人通過這次課程設計深切體會到了掌握專業技能的重要性，作為通信工程專業的本科生，如果不能運用所學理論知識和專業技能通過實踐培養自我的動于操作能力，那么當就業的時候就會到處碰壁，讓你感覺無所適從，這時候你才會發覺其實在校同培養自己的實操動手能力和學好專業理論知識和技能的重要性。 這次課程設計讓我深深認識了自己，切實地說，以我現在的水平真的很難完成這次課程設計的硬件制作。該設計硬件制作需要到各方面的電子技術知識，囊括了模擬和電子技術基礎

16、、電子線路輔助設計、電子性能檢測、高頻電子線路、電子產品制造技術、數字通迅技術、電子設計與制作、智能電子產品設計等，本設計不僅需要對專業知識有深刻的認識和理解，同時還要求設計者具備嚴密的邏輯思維判斷能力，這些都是需要我們好好學習和總結經驗教訓的。 最后，再次感謝課程設計期間邸老師對我的悉心教導和幫助；對所有幫助、關心我的同學朋友們致以深切的謝意，感謝你們一路來的支持和鼓勵。參考文獻1榮君雅 數字電子技術 機械工業出版社2標準集成電路數據手冊ttl電路 電子工業出版社3康華光 電子技術基礎（數字部分） 高等教育出版社4黃繼昌 數字集成電路應用300例 人民郵電出版社5肖景和 數字集成電路應用精粹 人民郵電出版社附錄 元件清單及參數表序 號型號或參數 作 用序 號型號或參數 作 用vt19014（npn）信號放大r110k分壓限流vt29314（npn）開關r22m基極偏置vt