-.z.課程設計報題目：聲控燈開關班級：B110414：鵬08家柱09團結11日期：2013年12月第一章系統概述。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4第二章單元電路設計與分析。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5第三章電路的安裝與調試。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。12總結。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。13參考文獻。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。16附錄。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。14-.z.題目聲控燈開關1設計的目的和任務：1、穩固加深對模擬電子技術根底知識的理解，提高綜合運用所學知識的能力，培養學生獨立分析問題、解決問題的能力。2、通過查找資料、選方案、設計電路、仿真或調試、寫報告等環節的訓練，熟悉設計過程、步驟。為今后從事電子線路的設計、研制電子產品打下良好的根底。3、作為電力電子技術的入門，學習晶閘管的應用。4、設計模擬和數字電子混合電路，實現特定功能。學習這一技能，積累這方面的經歷。2設計要求：1、設計辦公大樓、寫字樓或居民住宅樓應用的聲光控燈開關。2、在白天照度較高時，即樓道光線充足時本開關不啟動，燈熄滅。3、夜晚樓道光線較差時，假設樓道充分安靜〔無人行動時〕，燈泡不啟動。4、假設在光線較差的樓道有人發出聲響，就啟動該裝置使燈泡點亮。5、畫出電路圖〔1〕用protel繪制電路圖〔2〕布局合理、排列均勻、圖面清晰、便于看圖、有利于對圖的理解和閱讀。〔3〕圖形符號要標準，圖中應加適當的標注。3總體框圖設計根據技術要求，此聲控燈開關可由以下幾個單元組成：感光感光檢音延時反相反相、放大整形控制門電子開關燈圖1整體框圖4功能設計圖2聲光控制電路圖根據圖2電路，原理如下：由四個二極管組成的橋式整流電路將輸入電路的220v50hz交流電壓變換成脈動直流。該脈動直流電壓一路由R3和R1、C3分壓并濾波后得到傳感及邏輯控制電路所用的電壓VCC；另一路接到晶閘管BT169的陽極。當BT169的控制極〔柵極〕為高電平且輸入的交流信號Vi=COS〔wt+Φ〕處于正半周期時，電流由D2→地→D4→燈流過而將燈點亮。當Vi處于負半周期時，電流由燈→D3→地→D1而將燈點亮。當BT169的控制極為低電平時，晶閘管截止，此時不會產生驅動燈的電流，此時燈是熄滅的。由此可見，燈的亮滅是由晶閘管的控制極電平決定的。因此，關鍵的問題是如何控制其柵極電平的上下。有光時燈滅；無光無聲時燈滅；無光有聲時燈亮。參見圖2，對光敏電阻RW而言，當有光時，RW<2kΩ，此時HD14011的1腳亦即第一個與非門的一個輸入端為低電平〔地〕，所以3腳為高電平、4腳為低電平，10腳為高電平，11腳為低電平〔后文設上述由左至右四個與非門的輸出分別為A,B,C,D〕，則此時晶閘管截止，燈泡是暗的。相反，如果無光時，RW>2MΩ，此時HD14011的1腳是高電平，此時第一個與非門的輸出取決于2腳的狀態，而2腳的狀態將由噪聲傳感器來決定，當沒有聲音時，2腳為低電平，因此A為高電平，B為低電平，C為高電平，D為低電平，此時晶閘管截止，燈泡為暗。當有聲音產生時，在麥克兩端產生一個交流信號，經過電容而將2腳置成高電平，此時A為低電平，B為高電平，C為低電平，D為高電平，從而將晶閘管觸發導通，燈泡點亮，同時由于B點為高電平，可對電容C2充電，這樣，當聲音消失之后，由于C2和R7的存在，使C點維持在低電平直到C2放電完畢，在此過程中，燈泡將會一直保持在亮的狀態直至此過程完畢。4.1VCC值確實定可由R3、R1的分壓作用將家用電壓經整流后所得電壓Vo=220ｘ1.414=311V輸入電壓的表達式為：Vcc=R1*Vo/(R1+R3)算得Vcc=5V4.2延時確實定圖3延時電路局部由R7、C2組成延時電路，要求延時為1min，與非門工作上下電平為3.4V,0.3V延時T計算公式：t=R7C2ln〔Vt+/Vt-〕算得R7=1.1MΩC24.3與非門的上下電平的輸入確定NPN的參數為：β=50Vce(sat)=0.3VVbe=0.7V如果無光時，RW>2MΩ，與非門有一腳是高電平，此時第一個與非門的輸出取決于另腳的狀態，此腳的狀態將由噪聲傳感器來決定。當沒有聲音時：燈不亮，要求第一個與非門的一腳為低電平，即使三極管工作在飽和區滿足條件，且輸出的電壓為0.3V。此時A為高電平，B為低電平，C為高電平，D為低電平，此時晶閘管截止，燈泡為暗。由三極管的工作參數得：Ibs=〔Vcc-Vce〕/R5β=0.18uAIb=〔Vcc-Vbe〕/R2=1.4uA在飽和工作區不滿足Ic=βIb且Ib>Ibs令Ib=10Ibs由此可得R8=510KΩR2=47kΩ當有聲音時：燈亮，要求第一個與非門的一腳為高電平，三極管工作在放大區且輸出高電平3.4V。在麥克兩端產生一個交流信號，經過電容而將腳置成高電平，此時A為低電平，B為高電平，C為低電平，D為高電平，從而將晶閘管觸發導通，燈泡點亮。R=R2//R4算得R=21.4ΩI=Ib+Vce/R算得I=12.2mA滿足聲音傳感器的額定電流I=12.2mA，電壓1～12V。圖4等效圖4.4整流電路設計整流電路有單相橋式整流電路，單相半波整流電路，單相全波整流電路等。本系統選用單相橋式整流電路。單相橋式整流電路是最根本的將交流轉換為直流的電路，其電路如圖5所示。在分析整流電路工作原理時，整流電路中的二極管是作為開關運用，具有單向導電性。根據圖5的電路圖可知：當負半周時二極管D1、D3導通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。當正半周時二極管D2、D4導通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。在負載電阻上正負半周經過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖5。圖5整流電路及波形圖4.5電容濾波電路濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現濾波。電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應該并聯在負載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L應與負載串聯。經過濾波電路后，既可保存直流分量、又可濾掉一局部交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數，改善了直流電壓的質量。濾波電路常有電容濾波，電感濾波和RC濾波等。本系統設計在單相橋式整流電路直接接并聯電容構成電容濾波電路，經過此電容濾波電路濾去整流輸出電壓的紋波。電容濾波電路如圖6所示濾波原理：假設電路處于正半周，二極管D2、D4導通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時C相當于并聯在v2上，所以輸出波形同v2，是正弦形。所以，在t1到t2時刻，二極管導電，Ｃ充電，vC=vL按正弦規律變化；t2到t3時刻二極管關斷，vC=vL按指數曲線下降，放電時間常數為RLC。圖6電容濾波電路圖7電容濾波過程當放電時間常數RLC增加時，t1點要右移，t2點要左移，二極管關斷時加長，導通角減小，見圖7中的曲線；反之，RLC減少時，導通角增加。顯然當RL很小，即IL很大時，電容濾波的效果不好，見圖7中的曲線。反之，當ＲL很大，即IL很小時，盡管C較小,RLC仍很大，電容濾波的效果也很好，見圖7中的曲線。4.6晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理分析：晶閘管可用兩個不同極性〔P-N-P和N-P-N〕晶體管來模擬，如圖G1所示。當晶閘管的柵極懸空時，BG1和BG2都處于截止狀態，此時電路根本上沒有電流流過負載電阻RL，當柵極輸入一個正脈沖電壓時BG2道通，使BG1的基極電位下降，BG1因此開場道通，BG1的道通使得BG2的基極電位進一步升高，BG1的基極電位進一步下降，經過這一個正反應過程使BG1和BG2進入飽和道通狀態。電路很快從截止狀態進入道通狀態，這時柵極就算沒有觸發脈沖電路由于正反應的作用將保持道通狀態不變。如果此時在陽極和陰極加上反向電壓，由于BG1和BG2均處于反向偏置狀態所以電路很快截止，另外如果加大負載電阻RL的阻值使電路電流減少BG1和BG2的基電流也將減少，當減少到*一個值時由于電路的正反應作用，電路將很快從道通狀態翻轉為截止狀態，我們稱這個電流為維持電流。在實際應用中，我們可通過一個開關來短路晶閘管的陽極和陰極從而到達晶閘管的關斷。等效圖如下：等效圖圖8晶閘管的工作原理圖5總原理圖根據上面各參數的計算，可得出實現此聲控開關的原理總圖如下：圖圖9總原理圖6調試調試時要用到萬用表測量各個點位上的電壓值，先將光敏電阻的光檔住，將AB分別接在電燈的開關上，用手輕拍聲音傳感器，這時燈應該亮。假設用光照射光敏電阻，再用手輕拍聲音傳感器，這時燈應該不亮。說明光敏電阻完好，這時表示制作成功。假設調試不成功，要先將焊好的電路板對照電路圖檢查一遍。不要有錯焊、漏焊、短路等現象。假設沒有上訴現象，用電壓表測試個點的電壓值，假設與理論值出入太大則可能是元器件問題，可能被燒壞或部短路等。7元器件清單序號元器件名稱型號位號數量1芯片CD401112噪聲傳感器HTDLs13二極管IN4007D1～D554光敏電阻隨光度變化RG15電阻120KΩR116電阻47ΩR217電阻47KΩR318電阻2.2MΩR419電阻1MΩR5110電阻10KΩR6111電阻470KΩR7112電阻5.1MΩR8113極性電容10ufC2～C3314電容0.1ufC1115燈泡220V/100W116晶閘管SCRQ118總結經過這為期兩周的電子技術課程設計，在設計“聲控開關〞的過程中，我終于知道了在做這樣的一個課程設計的時候，應該從什么地方著手，應該怎樣構造自己的思路，怎樣利用已學知識來實現自己的設計方案，并通過不斷地查找資料來實現它的功能。在此過程中，不但讓我體會到設計的繁瑣與艱辛，同時也讓我更好地穩固了以前所學的知識。以前我一直這樣認為，我們只要學好課本的專業知識就行，但我們并不一定要知道如何利用利用課本知識來完成*些設計，并實現它的功能。而通過這次的課程設計讓我大大改變了自己以前錯誤的想法。雖然這段時間臨近期末考試，讓我感到時間非常的緊迫，人也很疲憊，但當我通過自己的努力，去圖書館找資料，上網參考其他人的設計程序和同學共同來完成設計的那一刻，所有的緊，所有的疲憊都忘記了。我想這就是所說的成就感吧！也讓我深刻的體會到了“在設計中我們會穩固很多知識、學到很多知識〞。在電子技術的設計過程中，我也遇到了一些困難和迷惑。但是通過不斷努力，和同學克制了一個又一個的問題，保證了設計作業的順利進展。這次我不但收獲了努力的成果——“聲控開關〞，還從中充分感