1、湖南人文科技學院課程設計報告課程名稱：PCB板設計與制作設計題目：聲控延時燈電路設計系別：能源與機電工程系專業：自動化班級：2015級自動化2班學生姓名：滕蕓袁一翔陳征學號：154212481542123315421210起止日期：2017年6月12日2017年6月25日指導教師：陳新伍鐵斌教研室主任：岳舟指導教師評語：指導教師簽名：年月日成績評定項目權重成績滕蕓袁一翔陳征1、設計過程中出勤、學習態度等方面0.22、課程設計質量與答辯0.53、設計報告書寫及圖紙規范程度0.3總成績教研室審核意見：教研室主任簽字：年月日光控電路有著廣泛的應用。比如城市中的路燈或樓道照明等一般都是由人工操作的，如

2、果采用光控電路，根據光線的強弱來自動開啟和關閉照明燈，做到無人自動控制，可以減輕工人的勞動強度，有效的節約能源。但光控電路有其缺陷，就是夜晚無光線的時候，照明燈將一直工作著，這樣會造成資源的浪費，也會縮短照明燈的壽命。這時若在光控電路的基礎上添加一個聲控電路，使得照明電路在無光線的時候，只受聲音的控制，當有腳步聲或其它較強聲響的時候照明電路自動工作。當聲音消失的時候，照明燈自動熄滅，這就需要在光控電路和聲控電路聯合工作的條件下添加一個延時電路，使照明燈點亮后，延時一定時間后自動熄滅。聲控燈的制作目的是通過聲控燈的制作，提高學習電路知識的興趣，掌握元器件的測試方法，掌握自己制作印制電路板的方法，

3、鍛煉實際動手操作能力。目前許多聲控開關的平均使用壽命不長，主要是因為電路作頻繁的開關，啟動電流非常大，導致功率元件可控硅由于過載而損壞。本文中采用開關電壓過零保護技術，可消除白熾燈開啟瞬間的大電流沖擊，有效地防止可控硅元件啟動時的電流過載，大大地延長了開關的使用壽命，并且可以起到保護燈泡的作用。本次課程設計的任務是樓道聲控燈，根據模擬電子和數字電子所學的知識自主設計，在老師的指導下以小組為單位組裝實物并調試。如今，人們對聲控技術越來越熟悉。用聲音代替肢體動作給人們帶來了很多的好處和便利。因此，越來越多的聲控設備廣泛地應用到人們的生活當中。目錄1設計要求1.1.1 方案11.1.2 方案21.1

4、.3 方案比較和選擇2.2單元電路的設計3.2.1 聲控部分電路設計3.2.2 光控部分電路設計4.2.3 信號放大電路設計5.3系統軟件工作流程分析6.3.1 系統工作流程6.3.2 基于單穩態的電路分析7.4系統調試和分析8.5儀器清單9.6心得體會107致謝1.2參考文獻1.3附錄1PCB原理圖1.4附錄2:仿真設計圖1.5附錄3:PCB實物圖1.6聲控延時夜燈設計1設計要求(1)拍手掌能夠點亮夜燈。(2)具有一定的延時功能。1.1方案1(1)模塊組成：它是由聲強監測電路、聲強信號處理電路、延時控制電路、照明燈開關電路和電源電路5部分構成。(2)整個系統利用了聲學和電子學的原理即用聲音傳

5、感器將聲音信號轉換成電信號從而推動觸發器觸發使電路導通工作。如圖1所示：圖1方案1電路組成1.2 方案2(1)模塊組成：它是由光控電路、聲控電路、信號放大電路、延時電路和照明電路5部分構成。(2)整個系統利用了LM358進行信號放大和電壓比較，然后接入與非門給成單穩態電路的NE555提供一個低電平，觸發單穩態使其造成延時功能達到設計要求，如圖2所示：聲控+信號放大電路環節延時電塔環節>照明電路環節光控+信號放大電路環節圖2方案2電路組成1.3 方案比較和選擇上面的兩個方案在原理上都可以完成對聲控延時夜燈的設計。但是方案1為考錄到隱含條件，白天不能發光的夜燈，實際上和聲控樓道燈原理一樣，但

6、缺少一個光控的環節。在方案2中，利用非門與LM358進行輸入信號的處理給構成單穩態的NE555創造低電平的條件，能很好的達到需求，具電路簡單，操作使用方便，大大減輕了設計的工作量。所以選定方案2進行本次課程設計。2單元電路的設計2.1 聲控部分電路設計聲控電路由電源部分、諧振放大部分、比較器和觸發器組成。電源部分用于提供所需直流電壓，諧振放大部分用于將聲音信號轉換成電信號并進行放大。該部分包括振蕩電路，用于排除干擾信號對該燈狀態的影響，觸發器用于實現狀態保持與轉換。比較器用于給觸發器一個脈沖，當無光時，比較器輸出高電平；觸發器翻轉，給出脈沖，實現聲控功能。當有光時，輸出低電平，觸發器保持。如圖

7、3所示：圖3Mic端放大比較部分2.2 光控部分電路設計白天有光時，光敏電阻的阻值小于4.7K,則比較器5腳電壓小于6腳電壓，此時輸出低電平使得NE555觸發器復位，連接駐極體話筒的諧振放大器不能工作，則觸發器就不能給振蕩器一個脈沖，74LS122不能工作，LED燈不亮。當無光時，光敏電阻的阻值可近似看成無限大，就有比較器的5腳電壓大于6腳電壓，此時輸出高電平，觸發器無法實現復位功能，放大器開始工作。當給出一個聲音信號時，LM358的3腳接收近0.04V的電壓，經諧振放大器將其放大100倍后輸出。如圖4所示：圖4光敏設備放大比較部分配額電阻的具體計算如下:放大倍數計算燈亮時間計算AVo.&am

8、p;.47KAv=一=1一=1=101Vi4701t=RC150K'.147uf=7s（公式1）（公式2）2.3 信號放大電路設計圖5為LM358的內部接線圖。LM358包含兩個放大器。4角和8角為公共的接地端和接電端。分別負責聲信號放大和光敏電阻的電路放大。圖5LM358引腳圖LM358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模組,音頻放大器、工業控制、DC增益部件和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。內部示意如圖6所

9、示:圖6LM358內部結構3系統工作流程3.1 系統工作流程分析話筒(Mic)將聲音信號轉換成電信號，轉化為電信號后再由某一部件來接收，再用一個放大器來將這個信號放大，放大后再將其電信號送至一個觸發器，來控制LED燈的亮度。在此當中我們還要考慮一下讓電路判斷一下白天或黑大，也就是用一個光敏電阻來控制話筒的開關，這里要強調一下，也就是在光敏電阻被光擋住的時候，話筒有一個信號都可以驅使LED燈亮；當光敏電阻沒有處于黑罩狀態下時，無論多大的話筒信號都不會驅動LED燈亮。跟據以上的要求，選用LM358雙路放大電路來完成話筒和光敏電阻的信號放大，并選用相對應的電阻來放大信號；NE555時基電路，用于模擬

10、黑罩狀態；用非門來提供一個低電平，為后面的單穩態做鋪墊；利用NE555組成的單穩態制成延時的功能。3.2 基于單穩態電路NE555原理分析SN74LS122(TOPVIEW)(SEENOTES1THRU4)RextfVcc9的NCCgxtNCRinQI141I131|121|T_I1二TI-bTFCLRQ1Ij1rL7r"I；口；II；口；II：口*IkAlA2囹B2CLR0GNDNCNOINTERNALCONNECTION.圖7NE555引腳示意圖1腳為接地端；2腳為低電平觸發端，由此輸入低電平觸發脈沖；6腳為高電平觸發端，由此輸入高電平觸發脈沖；4腳為復位端，輸入負脈沖(或使其電

11、壓低于0.7V)可使555定時器直接復位；5腳為電壓控制端，在此端外加電壓可以改變比較器的參考電壓，不用時，經0.01uF的電容接地，以防止引入干擾；7腳為放電端，555定時器輸出低電平時，放電晶體管TD導通，外接電容元件通過TD放電；3腳為輸出端，輸出高電壓約低于電源電壓1V3V,輸出電流可達200mA,因此可直接驅動繼電器、發光二極管、指示燈等；8腳為電源端，可在5V18V范圍內使用。555定時器工作時過程分析如下：5腳經0.01uF電容接地，C1和C2的比較電壓為：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。當VI1>2/3VCC,VI2>1/3VCC時，比較器C1輸出低電平

12、，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發器置0,G3輸出高電平，放電三極管TD導通，定時器輸出低電平。當VI1<2/3VCC,VI2>1/3VCC時，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發器保持原狀態不變，555定時器輸出狀態保持不來。當VI1>2/3VCC,VI2<1/3VCC時，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出低電平，基本RS觸發器兩端都被置1,G3輸出低電平，放電三極管TD截止，定時器輸出高電平。當VI1<2/3VCC,VI2<1/3VCC時，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出低電平，基本RS觸發器置1,G3輸出低電平，放電三極管T

13、D截止，定時器輸出高電平。其真值表如圖8所示。INPUTSOUTPUTSCLEARA1A2B1B2QULXXXXLHXHHXXLHXXXLXHXXXXLHHLXTHHLXHTHXLtHHXLHTHHIHHHiIHHH1HHHTLXHHTXLHH4系統調試和分析4.1安裝電路：(1)首先要對整個電路元件的擺放要進行部局，要盡量使元器件之間有足夠的空間來部線(2)其次要檢查各元件是否能正常工作。(3)最后要在真正連接的之前檢查電線是否導通。(4)最后開始連接線路線。(5)連完線之后要檢查電路連接是否正確。(6)接電調試。在接電時要注意連接的電壓不要太高，以造成元器件的損壞4.2調試電路電路板焊接完

14、畢后，用數字萬用表測量電源與地線是否被誤接在一起，如果沒有就可接電源(5V)測試電路功能。起初我們的板子在有光的時候亮，無光的時候不亮，然后我們用數字萬用表測量LM358的7腳與地電壓，測出其值大于1/2VCC,與理論部符，發現LM358的7腳未與NE555的2腳和6腳連接上。連好以后就實現了電路功能。5元器件清單表1元器件清單數量1臺1個1個1個2個1個1個1個1個1個2個6個1個儀器名稱直流穩壓電源數字萬用表光敏電阻駐極體話筒集成運放LM358集成運放NE555非門74LS000發光LED電容0.0111F電容0.111F電容10卜F電阻4.7KQ電阻10KQ電阻1KQ電阻1MQ6心得體會

15、本學期我們的課設題目是樓道聲控燈的設計。設計要求（白天有光，就算有聲燈也不會亮，夜晚無光燈亮但是在有聲的情況下）自己查閱資料，設計出一套方案并制作。主要用到；LM358,NE555,74LS000還有駐聲筒。我們回去搜索相關資料，查閱有關LM358,NE555,74LS000這些器件的功能及其內部結構，根據其功能設計出一個能實現功能的電路，起初幾個人很沒有思路，而且設計的很不對路，但是一次次失敗，就注定了我們會邁向成功，當我們第三次課設時老師給出了準確的電路圖，和我們設計的思路是一樣的，我們每個人都喜出望外，而且對下一步的實踐充滿了興趣。等老師發完要用的工具后，我們開始在電路板上布局，我們每個

16、人都動手去畫電路布局圖，想要達到既美觀又能工作的效果，最后我們將方案在DXP中逐一畫出，然后生成PCB板并布線,生成3D效果圖，來驗證哪個布局好，最后決定了我設計的方案。讓后我們飯也不吃，開始動手焊接板子。過程是從剛開始的笨手笨腳到后來的熟練，突然間體會到結果并不是那么重要，重要的是過年過程中我們所收獲的，我們收獲了團隊合作精神，和動手實踐的能力。我做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內容有限，所以在這次課程設計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識并且對器件也有了全方位的

17、理解，讓我們收獲了理論與實際相結合的成果。經過兩個星期的課設，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我們也失落過，也曾一度熱情高漲。從開始時滿富盛激情到最后汗水背后的復雜心情，點點滴滴無不令我回味無長。生活就是這樣，汗水預示著結果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。通過課設，我才真正領略到艱苦奮斗”這一詞的真正含義，我才意識到前輩電子設計為我們的社會付出。我想說，設計確實有些辛苦，但苦中也有樂，在如今單一的理論學習中，很少有機會能有實踐的機會，但我們可以，而且設計也是一個團隊的任務，一起的工作可以讓我們相互幫助，配合默契，多少歡樂和10汗水在這里灑下，我感覺我和同學們之間的距離更加近了；我

18、想說，確實很累，但當我們看到自己所做的成果時，心中產生極大成就感；正所謂三百六十行,行行出狀元我們同樣可以為社會作出我們應該做的一切，這有什么不好？我們不斷的反問自己。也許有人不喜歡這類的工作，也許有人認為設計的工作有些枯燥，但我們認為無論干什么，只要人生活的有意義就可。社會需要我們，我們也可以為社會而工作。既然如此，那還有什么必要失落呢？于是我們決定沿著自己的路，執著的走下去。同時我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發揚團結協作的精神。某個人的離群都可能導致導致整項工作的失敗。實習中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可

19、能導致整個工作失敗。團結協作是我們實習成功的一項非常重要的保證。而這次實習也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。對我們而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財富,經歷是一份擁有。這次實習必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！117參考文獻1阮友德，等.電氣控制與PLC實訓教程M北京：人民郵電出版社,2006.2鮑祖尚，等.用PLD設計定時搶答器M.北京：高等教育出版社，2004.3王振紅.數字電路設計與應用實踐教程M.北京：機械工業出版社，2003.4廖常初.PLC基礎及應用M.北京：.機械工業出版社，2004.5康華光.電子技術基礎M.北京：高等教育出版社，1980.6閻石.數字電子技術基礎M.北京：高等教育出版社，2006.7付家才.ED