声光控开关设计报告

电 子 线 路 课 程 设 计 题  目: 声光控开关 作 者 姓 名：      邹孝松            学      号：      20012080249        学      院：  机械与电子工程学院      专      业：            电子信息工程              指导教师姓名：        王洪艳            2014年11月14 声光控开关 一、 设计和意义 本次设计的小组成员有邹孝松、胡景尤、若楠，在思考、设计、焊制、调试阶段，我们一直共同努力。此次我们组需要设计的电路是声光控制路灯电路，在此电路中，我们希望达到的目的是，使电路能根据声音和光线的作用自动发光，并且自动熄灭。在白天强光照射时，电路中灯泡不发光；而晚上无灯光或被遮光，并且有声响时二极管发光，且延续约30秒后熄灭。  此电路图的设计主要是基于用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，用途非常广泛。 课题分析：它主要由3部分组成：话筒,光敏电阻，555延时。能够通过调节电阻和电容的大小来改变灯亮的时间长短，如果，时间过长就应该减小电阻或电容的值，反之，则增大。光敏电阻和话筒的高度也会使灯的时间受到影响。声光控节电开关，在白天或光线较亮时,555触发器呈关闭状态,灯不亮；夜间或光线较暗时，555触发器呈预备工作状态，当有人经过该开关附近时，脚步声、说话声、拍手声等都能开启节电开关。灯亮后经过30秒左右的延时节电开关自动关闭，灯灭。该开关扩展型适用于楼道、走廊、洗涮间、厕所等公共场合，能节电并延长灯泡使用寿命。给人们的生活带来了很多的方便，受到了广泛的应用。 二、 设计 设计指标(要求)： 设计一个声光控制开关，用声音和光照同时控制，当光线很暗的时候有声音触发就打开开关，二极管发光，开关延迟时间在30秒左右。当光线较强的时候声控不起作用。 系统框图与方案选择： 图一 方案一 图二 本方案中MIC捕捉到声音信号时,产生出交流信号经过Q1的阻容耦合放大电路放大,然后经过C3的隔直耦合电容给Q2的基极一个偏置电压使Q2导通,Q2导通前555触发器2脚电压等于VCC等于5V当Q2导通后2脚电压低于1/3 VCC使555触发器进入工作状态LED亮当T=RC时555通过7,6脚放电完毕LED自动熄灭. 光控是通过光敏电阻和100K电阻串联分压控制4脚电位来实现当有光时光敏电阻阻值约为20K使4脚电压很小555触发器处于关闭状态LED不会亮,当没光时光敏电阻阻值约为150K 这时4脚处于高电位555处于预备工作状态当声音出发信号到达后LED灯亮并通过555达成延时熄灭. 不采用此方案的原因：  由于方案一中有2个三极管增大了电路的复杂程度，使参数的计算、元件封装和焊接等的难度大大增加所以不采用方案一。 方案二 图三 元器件选择: 驻极体话筒；光敏电阻；晶体管；定时器555；发光二极管；电阻、电容器、二极管若干，三极管。 当MIC获得声音信号后转换成电信号通过放大电路放大。为了获得比较高的灵敏度则放大倍数应该尽量大所以Q1选取S9013。光控电路中光敏电阻的阻值范围为20-150K所以选比较大的分压电阻使在有光时555触发器因4脚为第电平而处于关闭状态，无光时4脚高电平555能够工作。因为延时时间约为30秒，而延时时间由时间常数RC决定所以取R5=1M，C3=0.01u。 工作原理： 电路有声音信号输入时，MIC将声音信号转换成电信号后经由三极管VT1等元件构成的阻容耦合放大电路放大后送如555构成的单稳态触发器的输入端2脚，使2脚电位低于1/3Vcc从而使触发器进入暂稳态输出高电平LED亮，2脚原来的电位是由电阻串联分压提供的两电阻阻值比约为3：2使2脚电压略大于1/3Vcc触发器不工作，而声音信号经放大后的交流触发信号到来时刚好能使2脚电位低于1/3Vcc。LED亮后随着电容的充电当Uc>2/3Vcc时，电容开始迅速放电，当放电完成时触发器回到稳定状态LED熄灭。 方案二较比于方案一，第一电路简单，易于制作。第二所需元器件方便得到。如在调试时有损坏可方便更换。 三、 硬件电路设计 在设计好方案设计时，我们选择了方案二，其中方案二结构简单，电路简洁，易于制作，且制作成本低。在实际硬件电路设计时，我们考虑了所需元器件能否在实验室找到，布线的时候最大简洁，相关元件放一起，相同功能元件放一块，又保持各个独立元件的距离，防止元件与元件之间，线路与线路之间的干扰。附上原件清单图：表一 元件序号 型号 主要参数 数量 备注 R1-R6 RES1-1 10K 5.1K 1K 100K 1M 1K 6   MK1 驻极体   1   Radj1 3296 5K 1   D1 1N4148   1   C1-C3 Cap Pol1 10uF 47uF 0.01uF 3   RG1 光敏电阻 1 1   LED1 LED1-2 5mm 1   U1 NE555-2   1   J1 电源端子   1             图四 四、 电路的仿真 本实验仿真效果不佳，故没有仿真。 五、 电路的制作 图五 焊接： 在焊接时要注意第一不能焊接反了元器件，第二不能出现虚焊。 组装调试： 封装时摆放元器件也是十分重要的，将原件摆放到合适的位置有利于整体版面的美观大方，各个元件之间既不能紧凑在一起，又不能离得太远了，因为在一起会给焊接带来很多麻烦，离得太远又耗费导线，导线应该沿着电路板的边缘铺设，避免交叉。  调试时会出现一下几种问题：  1．无光条件下输入声音信号LED不亮。  这种情况的主要原因是阻容耦合放大电路的放大倍数太小，声控电路部分对声音信号的灵敏度比较低。解决这个问题要仔细计算提高阻容耦合放大电路的放大倍数。  2．无光条件下不输入声音信号LED仍然会亮  出现这种情况，是由于R2与R3构成的2脚分压偏置中R3的阻值过小使2脚电压始终小于1/3Vcc触发器一直处于暂稳态无论有无声音信号LED都会亮。所以应适当调整增大R3的阻值。  3．有光输入声音信号LED亮  这是由于与光敏电阻串联的分压电阻R4太小使有光条件下光敏电阻仍能分到较高的电压使555触发器能够工作。解决这个问题要适当增加R4的阻值。 实物图： 图六 图七 电路方案的优缺点及改进展望  本电路的优点是电路的结构和原理简单，易于操作制作。缺点在于电路系统的稳定性和灵敏度等不是很好，同时电路的应用范围存在局限性无法应用到实际的生产生活中，工程意义不大。 电路的改进可以加入一些能提高稳定性、灵敏度的电路如交流整流、稳压等电路以应用于实际工程设计。 六、 通过本次系统的设计,我大有收获，在制作过程中，一定要注意的每个工作步骤的检查，确保制作成功。该课题有很强的实践意义和价值，从中也能学到很多东西。首先，要做这个设计，就需要先做方案设计。在这次设计中我主要负责方案设计。其实方案设计的成功与否直接关系到设计实物的制作的难易与成功与否。在提出设计方案之前我和组员在一起讨论我们的设计目的，提出自己要求和建议，在明确设计目的之后，开始设计电路，提出不同的电路设计方案，其中我就提出方案一和方案二。其实在做方案设计时，我除了去图书馆借阅电子设计类的书籍也在网上搜集相关的资料。当中感触最深的是对电路图的分析。虽然大二的时候学习过《电路》和《模拟电子线路》可是现在看着并不复杂的电路图一筹莫展，更别提去设计电路了，没办法只能找回学过的笔记从头认真复习起，终于在自己的努力下，参考和设计出了设计方案。拿着设计好的两个电路，在电脑前我分析了每个电路的作用，各自的好处与弊端，和队员们讨论选择合适的方案。当队员想我问到具体每个元件的作用时，我都能一一分析下去，那时才真正体会到自己设计方案的自豪感。其实自己对电路图的理解再画电路图时，制作实物，调试时都很有帮助。理解了原理后，在设计电路时，我可以建议队友把电路设计的更合理更紧凑。在焊接调试时，我们出现了接通电路后提供了黑暗环境，大声叫喊后电路的二极管还是没有反应，在检查没有结果时，我和组员仔细分析了电路发现我们有部分电路出现了虚焊，导致功能没法实现。  还有，在这个过程里，我复习了Altium软件，重新基本掌握了原理图的设计，个人所需元器件的制作，PCB元件的制作。在新建PCB工程后，每一次对工程的修改，必须要先打开Altium PCB Project否则，就会导致出错，本人就是在没有打开母工程情况下绘制原理图，最终被迫要重新新建工程，重做了一次。还有，在PCB元器件制作时，必须主要自己是否用对了单位，自己一开始制作时也忘了改单位，按下键盘Q键就可以实现单位转换。还有，在使用自动布线时，也需要查看是否有漏线情况，看布线的信息表，是否为100%。最后还有一点很深刻的，就是元件排好之后呢，就该轮到最后铜线走线了。要注意线之间的距离，45度角转弯等。 在这次设计中，也感觉到了自己不但理论知识还有很多要补充的，动手能力还有很大的提升空间。在今后的学习实践中我要更加努力去提升自己。 七、 参考文献 童诗白,华成英.《模拟电子技术基础》（第四版）         杨志忠,卫桦林.《数字电子级数基础》（第二版）         胡晏如.《模拟电子技术》 高等教育出版社.2003     邱关源.《电路》 高等教育出版社.2006              周绍敏.《电工基础》高等教育出版社[M].2009           陈尔绍等《实用声光控制电子装置制作精选200例》人民邮电出版社，1995.8              百度百科传感器