1、 航運職業技術學院機電系模塊化課程項目研究報告課程名稱：項目名稱：班 級:姓 名： 學號：同組成員：成 績：教師簽名：一、引言目前公共場所和居民居住區的公共樓道燈的控制主要采用，按鈕式、觸摸式和聲光控制式。按鈕式開關控制的樓道燈,由于各種原因往往出現許多燈泡點亮長明的現象,故使燈泡壽命短,浪費電量,為國家、單位、個人造成經濟損失。另外，由于頻繁開關或其他人為因素，墻壁開關的損壞率很高，既增大了維修量、浪費了資金，又容易造成事故隱患。觸摸式的樓道燈開關，價格昂貴，而且用在公共樓道觸摸的人比較多，易損壞，不衛生。而聲光控制式開關采用集成電路，是一種電路新穎、安全節電、結構簡單、安裝方便的聲光雙控樓

2、道燈節能自動開關。它能自動控制公共樓道燈白天開關、夜間聞聲亮燈。具有靈敏、低耗、性能穩定、使用壽命長、節能等特點。這里介紹聲、光空自動節能開關，綜合了聲、光控制、工作穩定、節電并可延長燈泡壽命。在白天火光線較強的場合即使有較大的振動聲響也能控制燈泡不亮；晚上或光線較暗遇到聲響、振動后燈光自動點亮。二、方案的論證方案1 主要由555集成塊組成的聲光延時電路，系統框圖如下圖：主要包含四部份電路，分別為：電源電路、光控電路、聲控延時電路、晶閘管開關電路。電源部分主要為控制電路提供工作電壓，通過降壓、整流、濾波、穩壓，使電路輸出12V直流電壓供給控制電路。光控電路是根據光線的強弱愛優先決定電燈的亮滅。

3、該電路可以對聲控延時電路進行控制，光線較強時，光控電路輸出低電平將聲控電路封鎖；光線較暗時，光控電路輸出高電平，則聲控功能打開。采用光敏電阻和其他電阻組成的分壓電路來控制555定時器的觸發輸入端2腳，并且將555定時器的2腳和6腳連接在一起，通過一電容接地，555定時器的輸出控制聲控電路的555定時器的復位端。聲控延時電路在白天，該電路在光控電路的控制作用下，處于關閉狀態，對任何聲音信號都不響應；在晚上，光控電路將該電路的功能打開，使得該電路能根據外界聲音信號作出相應的響應。經放大處理后的聲音信號控制處于單穩工作模式的555定時器來實現聲控與延時功能。晶閘管開關電路 該電路受聲控電路555定時

4、器輸出端的控制。當其輸出低電平時，晶閘管截止，由于照明燈與晶閘管串聯，所以燈熄滅；當其輸出高電平時，晶閘管導通，照明燈點亮。繼電器電路放大電路單穩態電路方案2主要由三極管和繼電器構成，主要由三部分電路組成：放大電路、單穩態電路、繼電器電路。下面對其電路的工作原理作簡單的分析。MICMIC將聲音信號轉變成電信號，所轉換的電信號很微弱，只有通過三極管VT1放大電路把微弱的信號進行放大后，才能去觸發單穩態電路。放大后信號中的負脈沖作用在三極管VT2的基極上時，可以使單穩態電路翻轉。電路中的電容C3是電源退耦濾波電容器。在電路的穩態過程下，單穩態電路中的三極管VT2導通，三極管VT3截至。三極管VT3

5、的集電極為高電平，接在它上面的三極管VT4是PNP型三極管，所以三極管VT4沒有導通，繼電器不工作。一旦有外界的聲音來觸發電路，單穩態電路中三極管VT2的基極受到負脈沖的作用而截至，單穩態電路處在了暫態的過程中。這時三極管VT3導通，他的集電極電壓下降，導致與它連接的三極管VT4也導通，繼電器吸合。由于單穩態電路的暫態時間是由電阻R3與電容器C2的參數決定的，所以十秒后單穩態電路會自動恢復到穩態過程下，繼電器停止工作。方案3 主要由四與非門CD4011集成塊構成，電路由直流供電電路、控制電路、延時電路三部分組成?？刂齐娐凡捎没緮底诌壿媶卧M行設計。聲控燈原理框圖直流供電電路直流供電電路由D1

6、-D4組成橋式整流電路。交流220V電壓經橋式整流橋后變成脈動的直流電，供后續電路工作?？刂齐娐房刂齐娐酚伤呐c非門CD4011、駐極體話筒BM、光敏電阻R5、三極管9014、單向可控硅SCR等元器件組成。白天，由于光敏電阻R5阻值低，其兩端電壓低，CD4011的一腳為低電平， 3腳即變成高電平，導致11腳為低電平，即單向可控硅控制極G為低電平，單向可控硅截止，燈泡不亮。夜晚，由于光敏電阻沒有受到照射，其阻值很高，兩端電壓較高，即1腳變成高電平，此時3腳的狀態受1、2腳控制，若2腳為高電平，則3腳為低電平，若2腳為低電平，則3腳位高電平。當駐極體接收到聲音信號后，經C4的濾波，送一個信號到5、6

7、腳，而4腳變為低電平，使得13腳變為低電平，11腳輸出高電平，單向可控硅控制極變成高電平，單向可控硅導通，燈泡點亮。當駐極體沒有接收到聲音信號時，11腳為低電平，燈泡不亮，工作原理類同白天情況。延時電路由C2、R7組成，通過C2的充放電來維持燈泡的點亮狀態，延時的時間由C2的容量與R7的阻值來決定。方案選擇由于方案一電路設計過于復雜，需要兩個555計時器，并且需要變壓器實現低電壓來執行各個電路，所需要的元器件多，不易實現，可行性較差。方案二由于采用了繼電器電路中存在機械觸點，易產生電弧，存在安全隱患。而方案三設計簡單，易實現，所用元器件少，可行性好。故選擇三號方案。三、器件說明元件介紹與其在該

8、電路中組成的單元電路電阻英文名resistance，通常縮寫為r，它是導體的一種基本性質，與導體的尺寸、材料、溫度有關。電阻的基本單位是歐姆，用希臘字母“”表示，表示電阻阻值的常用單位還有千歐（k），兆歐（m）。電阻器的種類有很多，通常分為三大類：固定電阻，可變電阻，特種電阻。電容電容器是“儲存電荷的容器”,簡稱電容，用字母C表示。盡管電容器品種繁多，但它們的基本結構和原理是一樣的。兩片相距很近的金屬中間被某物質（固體、氣體或液體）所隔開，就構成了電容器。兩片金屬稱為的極板，中間的物質叫做介質。電容器也分為容量固定的與容量可變的。但常見的是固定容量的電容，最多見的是電解電容和瓷片電容。 在電子

9、線路中，電容用來通過交流而阻隔直流，也用來存儲和釋放電荷以充當濾波器，平滑輸出脈動信號。電容器的選用涉與到很多問題。首先是耐壓的問題。加在一個電容器的兩端的電壓超過了它的額定電壓，電容器就會被擊穿損壞。電阻和電容組成的延時電路C2、R8組成的延時電路二極管 半導體是一種具有特殊性質的物質，它不像導體一樣能夠完全導電，又不像絕緣體那樣不能導電，它介于兩者之間，所以稱為半導體。半導體最重要的兩種元素是硅和鍺。二極管最明顯的性質就是它的單向導電特性，就是說電流只能從一邊過去，卻不能從另一邊過來（從正極流向負極）。二極管種類有很多，按照所用的半導體材料，可分為鍺二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。根

10、據其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩壓二極管、開關二極管等。光敏二極管組成的光控電路光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導體二極管在結構上是類似的,其管芯是一個具有光敏特征的PN結，具有單向導電性，因此工作時需加上反向電壓。無光照時,有很小的飽和反向漏電流,即暗電流，此時光敏二極管截止。當受到光照時,飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強度的變化而變化。當光線照射PN結時，可以使PN結中產生電子一空穴對，使少數載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。因此可以利用光照強弱來改變電路中的電流。常見的有2CU、2DU等系列。四個二極管組成的硅整流橋整流電

11、路晶閘管可控硅也稱作晶閘管，它是由PNPN四層半導體構成的元件，有三個電極，陽極a，陰極k和控制極g ?？煽毓柙陔娐分心軌驅崿F交流電的無觸點控制，以小電流控制大電流，并且不象繼電器那樣控制時有火花產生，而且動作快、壽命長、可靠性好。在調速、調光、調壓、調溫以與其他各種控制電路中都有它的身影?？煽毓璺譃閱蜗虻暮碗p向的，符號也不同。單向可控硅有三個PN結，由最外層的P極和N極引出兩個電極，分別稱為陽極和陰極，由中間的P極引出一個控制極。單向可控硅有其獨特的特性：當陽極接反向電壓，或者陽極接正向電壓但控制極不加電壓時，它都不導通，而陽極和控制極同時接正向電壓時，它就會變成導通狀態。一旦導通，控制電壓

12、便失去了對它的控制作用，不論有沒有控制電壓，也不論控制電壓的極性如何，將一直處于導通狀態。要想關斷，只有把陽極電壓降低到某一臨界值或者反向。普通晶閘管的陽極與陰極之間具有單向導電的性能，其部可以等效為由一只PNP晶閘管和一只NPN晶閘管組成的組合管。晶閘管控制電路聲控元件本電路中采用駐極體話筒，駐極體話筒也稱駐極體傳聲器，它是利用駐極體材料制成的一種特殊電容式“聲電”轉換器件。其主要特點是體積小、結構簡單、頻響寬、靈敏度高、耐震動、價格便宜。駐極體話筒是目前最常用的傳聲器之一，在各種傳聲、聲控和通信設備（如無線話筒、盒式錄音機、聲控電燈開關、機、手機、多媒體電腦等）中應用非常普遍。常見的機裝型

13、駐極體話筒形狀多為圓柱形，其直徑有6mm、9.7mm、10mm、10.5mm、11.5mm、12mm、13mm多種規格；引腳電極數分兩端式和三端式兩種，引腳形式有可直接在電路板上插焊的直插式、帶軟屏蔽電線的引線式和不帶引線的焊腳式3種。如按體積大小分類，有普通型和微型兩種。駐極體話筒的部結構和原理圖:駐極體話筒的工作原理：當駐極體膜片遇到聲波振動時，就會引起與金屬極板間距離的變化，也就是駐極體振動膜片與金屬極板之間的電容隨著聲波變化，進而引起電容兩端固有的電場發生變化（UQ/C），從而產生隨聲波變化而變化的交變電壓。由于駐極體膜片與金屬極板之間所形成的“電容”容量比較?。ㄒ话銥閹资ǚǎ蚨?/p>

14、它的輸出阻抗值（XC=1/2fC）很高，約在幾十兆歐以上。這樣高的阻抗是不能直接與一般音頻放大器的輸入端相匹配的，所以在話筒接入了一只結型場效應晶體三極管來進行阻抗變換。通過輸入阻抗非常高的場效應管將“電容”兩端的電壓取出來，并同時進行放大，就得到了和聲波相對應的輸出電壓信號。駐極體話筒部的場效應管為低噪聲專用管，它的柵極G和源極S之間復合有二極管VD，主要起“抗阻塞”作用。由于場效應管必須工作在合適的外加直流電壓下，所以駐極體話筒屬于有源器件，即在使用時必須給駐極體話筒加上合適的直流偏置電壓，才能保證它正常工作，這是有別于一般普通動圈式、壓電瓷式話筒之處。部分常用駐極體話筒的性能參數表根據電

15、路分析選擇上表中的加黑框的型號。聲控電路CD4011CD4011是CMOS電路，部是四個與非門，14個引腳，工作電壓318V，頻率約5MHz，輸入/輸出為CMOS電平。CD4011引腳圖元件清單Lib Ref（元件名）Designator（元件序號）規格數量Part Type（元件標注）Footprint（元件封裝）BRIDGE1D14007整流橋1VD1VD4D-37DIODEVD54148二極管1DIODEDIODE0.4RES2R1180k、1180kAXIAL0.4RES2R224k、124kAXIAL0.4RES2R3、R62M、22MAXIAL0.4RES2R4120k、1120k

16、AXIAL0.4RES2R568k、168kAXIAL0.4RES2R76.2M、16.2MAXIAL0.4RES2R830k、130kAXIAL0.4POT2R910050滑動變阻器110050VR1ELECTRO1C1100uF/25V1100uF/25VRB.2/.4ELECTRO1C210uF/25V110uF/25VRB.2/.4CAPC31521152RAD0.1CAPC43332231333223RAD0.1CAPC56811681RAD0.1Component_1A1CD40111DIP14聲控MK聲控器件1聲控麥SCRMCR1008可控硅1SCRTO-92BPHOTO光敏器件

17、光敏二極管1PHOTODIODE0.4LAMP白熾燈1525W白熾燈11215WSIP2四、原理圖與PCB電路設計1自建元件庫與封裝庫因為本電路需要用到CD4011集成塊，而它是一個復合式元件，由四個與非門組成，所以需要自己創建它的元件庫。首先新建一個名為“我的元件庫.ddb”的設計數據庫，并保存。打開“我的元件庫.ddb”中的“Documents”，打開后在“Documents”新建一個名為“YFM.lib”的元件庫文件。打開“YFM.lib” 在編輯畫面的中心繪制第一個單元，單擊繪圖工具欄上的“矩形“按鈕，繪制元件的輪廓。然后放置引腳，在1、2引腳的屬性對話框中的“Electrical”欄

18、選為“Input”，3引腳選為“Output”3引腳的“Dot”項應被選中，所有引腳的引腳名“Name”欄設置為空，“Pin”欄寫入“30”。此時查看一下“Browse SchLib”選項卡中“Part”區域，顯示為“1/1”，說明此時4011元件只有一個元件，新建一個元件單元或子元件，執行菜單命令“Toos”“Nes Part”，于是出現一個新的編輯畫面。將第一個單元的圖形復制過來，按第二單元圖形修改引腳號即可。重復上述步驟，繪制第三、第四單元。全部單元符號繪制完畢后，在每個單元放置電源VCC（“Number”欄為“14”）和GND（“Number”欄為“7”），根據要求，隱藏其中的幾個腳，

19、最后保存。注意：各個單元的電源引腳的“Number”都是“14”和“7”。新建“我的封裝庫.ddb”，在其中新建一個“SK.lib”的封裝庫文件，根據所選的聲控器件的外形與引腳尺寸（9.7mm*6.7mm）繪制聲控器件的封裝。點擊“圓”按鈕，繪制一個直徑為9.7mm的圓，在圓的中間放置兩個焊盤，使其間距剛好為6.7mm。保存封裝庫。繪制原理圖重新新建一個名為“聲光控制樓道燈.ddb”的設計數據庫，并保存，在“Documents”中新建一個SGB.sch的原理圖文件，將其打開，根據元件清單中的各元件，裝載其元件庫，同時也將“YFM.lib”和“SK.lib”裝載進來。將所用到的元件依次都放置到繪圖區，并按要求擺放好位置，在用繪圖工具欄上的“導線”按鈕，將所要連接的點連接好。按元件清單中元件的序號和封裝名將原理圖中的元件進行標注和封裝，并根據原理圖生成網絡表。注意：元件管腳處理，將整流橋的四管腳，按封裝D-37中管腳的名稱進行修改:1腳和3腳改為AC，2腳改為+，4腳改為。二極管和光敏二極管按封裝DIODE0.4將管腳進行修改：1腳改為A，