北邮模电综合实验报告--简易声光控照明系统的设计与实现(3600字)

来源:m.fanwen118.com时间:2021.7.1

电子电路综合实验设计

简易声光控照明系统的设计与实现

学院: 电子工程学院

班级: 2011211202

学号: 2011210876

姓名: 孙月鹏

班内序号: 05

北邮模电综合实验报告简易声光控照明系统的设计与实现

简易声光控照明系统的设计与实现

一、摘要

声光控照明系统由整流稳压电路,可控硅开关MCR,话筒放大电路,光敏控制电路,音频放大电路,检波电路,延迟电路七部分组成,是一种利用声、光双重控制的的无触点开关照明电路。它的主要功能是把声信号转化为电信号,经过两级放大电路,在光控电路的控制下,由可控硅开关实现灯的亮灭,并且利用延时器实现一定的延时时间。是一种又节能又方便的自动开关电路,在生活中有广泛的应用。

关键字: 声光控制 自动照明 延时电路

二、设计任务要求

1、基本要求

a)当环境明亮情况下,照明系统自动关闭;

b)当环境昏暗情况下,可以通过声音自动触发照明系统; c)最小照明时间要求不低于10s;

d)用PROTEL 软件绘制电路的印刷电路板图(PCB)。

2、提高要求

a) 最小照明时间可调节,调节范围为:5~60s;

b) 照明亮度根据环境亮度可以调节,分为3个等级:暗、普通、高亮。 3、 探究要求

采用非本资料提供的原理及方法,另外设计一种简易自动照明控制系统。

北邮模电综合实验报告简易声光控照明系统的设计与实现

亮灭。在光照的情况下,可控硅只能达到低电压,灯泡不亮。在光暗的情况下,当MIC得到外界的一个声音信号,经由两级放大电路发大,是可控硅通过控制电路得到一个高电压,灯泡导通。并且由于延迟电

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四、电路的设计过程

1

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、电路图

2、电路分块分析

(1) 整流稳压电路: 由桥式整流电路(由D1~D4 组成),二极管稳压电路D5,加上稳压管DW 12V 和滤波电容C1 构成。目的是将家庭中常见的220V交流电压转换成稳定的12V直流电压。

(2) 可控硅开关 MCR: 起开关作用,由这个开关去控制整流电路的工作与否,从而控制灯的亮和灭。它的栅极受控制电路的控制:当栅极得到一个高电压时,则可控硅导通,灯亮;高电压消失,则可控硅断开,灯灭。

(3) 话筒放大电路: 为实现声控功能,要设制话筒放大电路。由R2,MIC 组成话筒拾音电路,话筒上端得到音频信号,通过C2 藕合到BG1 组成的放大电路,C3 是输出耦合电容。改变电路中R2 阻值大小和C2 容值大小,可调节声控的灵敏度;

(4) 光敏控制电路: 由光敏电阻GM 来实现,音频输出电压通过C3,R5 耦合送到音频放大电路,光敏电阻接地。GM 有光照时,电阻非常

小,音频信号被GM 短路,无法往后传输,白天灯不亮;晚上无光照时GM 电阻很大,达到兆级以上,相当于开路,音频信号不受影响,灯受声音控制。

(5) 音频放大电路: 由两个三极管来组成放大电路,即由一支N PN 三极管BG2 和一支PN P三极管BG3 互补,实现放大。

(6) 检波电路: 音频信号是交流信号,不能用交流信号控制可控硅,需转换为直流信号,才能控制可控硅,这里采用了1N4148 二极管,由于两级音频放大电路输出信号大,足以使D6 导通,输出音频信号的正半周对延时电容C4 进行充电。

(7) 延迟电路: 由 R8,C4 组成,检波二极管D6 取得音频信号正半周时,对C4 充电,C4充电后得到的直流电压,就是控制电压。要放电必须经过R8 和可控硅,放电完的时间就是延迟时间,主要由C4, R8的参数控制。检波后的音频信号经过延时电路以后,去控制可控硅,若可控硅断开,则整流电路负载断开,灯不亮;若导通,则整流电路负载导通, 灯亮。

可见,电路中灯泡要受可控硅的控制,可控硅受话筒取得的音频信号和光敏电阻的控制,从而可以实现声控和光控,而灯亮的时间由延时电路的时间长度决定。

3、电路搭建面包板

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五、功能实现及扩展

1基本要求:

(1)当外界有光时,照明系统关闭。

(2)当外界黑暗时(用盒子遮住光敏电阻),但无声时,照明系统关闭。

(3)当外界黑暗时(用盒子遮住光敏电阻),轻拍手掌或者高声说话,照明系统开启,灯亮。

(4)灯亮,25秒后,照明系统关闭。

2提高要求

将控制电阻R8换作电位器后,可实现照明时间的调节。如需要照明时间20秒,则电位器R8为200K。

3探索要求 利用NE555实现声光自动照明电路

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该电路的声控电路、光控电路等与本实验相同,唯一不同的是用到了555定时器。

话筒声控电路和光敏控制电路共同控制555定时器的触发输入端, 实现了声光两信号的逻辑“与”, 即声光双控功能。具体而言, 在光线强的时候, 不论是否有声音, 触发输入端的电位总在VCC/3 以上, 不能触发555 定时器;在光线弱的时候, 若有声音信号, 则使触发输入端的电位拉低至VCC/3 以下, 从而触发555 定时器。

定时器在此电路中用作单稳态触发器。当触发输入端低于

VCC/3( 3V) 时, 555 定时器进入暂稳态, 输出高电平8V, 触发单向可控硅MCR22-8 导通使灯炮点亮。灯泡点亮后,光敏电阻值减小, R9两端电压升高, 使定时器触发输入端电位上升至VCC/3 以上。灯泡点亮时间约为12秒。

六、测试

1、可控硅的选择与测试:

单向可控硅有阴极(K)、阳极(A ) 和控制极(G) 三个极。可控硅使用时应注意:

①极性的判别:先任测两个极,若正、反测指针均不动(R×10 档),可能是A , K 或G,A 极; 若其中有一次测量指示为几十至几百欧,则红笔所接为K 极,黑笔接的为G 极,剩下即为A 极。

②性能的判别: 将旋钮拨至R ×10 挡,红笔接K 极,黑笔同时接通G、A 极,在保持黑笔不脱离A 极状态下断开G 极,指针应指示几十欧至一百欧,此时可控硅已被触发,且触发电压低;然后瞬时断开

A 极再接通,指针应退回∞位置,则表明可控硅良好。

2、三极管的选择与测试:

电流放大倍数(B) 用万用表可以测量,将量程开关拨到hFE 位置,并使两表笔分开,把被测三极管插入测试插座,即可读出管子的放大倍数。

3、其他元器件的选择与测试

包括电阻的阻值、电容的容值、二极管的正负极等等。

七、故障及问题分析

1) 灯泡常亮不灭: 一般由于桥式整流二极管或可控硅击穿所致。

2) 灯泡一直不亮: 一般由于桥式整流二极管连接不当;R9太大或可控硅开路所致。

3) 灯泡周期性亮灭:R9太小。

4) 声音灵敏度降低或无效: 一般由于麦克风或三极管性能变差所

致。

5) 声音灵敏度升高:一般由于R2电阻过小导致经整流后的波动电压

加在MIC两端的细微变化过大,经放大触发可控硅控制级所致。

6) 光线灵敏度降低或无效: 一般由于光敏电阻暗阻变小所致。

7) 发光延时过长:一般由于延时电阻阻值过大或者声音信号过大所

致。 发

8) 光延时过短:一般由于延时电容容量小或者触发的声音过小所致。

八、总结和结论

本次试验是综合设计性实验,要求我们将以前学过的知识都综合 运用起来,融会贯通, 设计出具有一定综合功能的电路。在选题时, 我考虑到声光控照明系统与生活联系较大,做起来比较有成就感,选择了这个实验。一开始,心里还有些忐忑。由于这个实验教材中并没有,且被老师归为较困难的一类,做的人并不多。好在在研究了一段时间后,发现电路结构清晰明了,并不是太困难。

这次实验与以往的实验不同,规模更大,更复杂,对我们的要也很高。在前期搭电路板的过程中,由于各种原因,几次从头再来。特别是做完后与实验结果不符,但又找不出原因,很是锻炼人的耐心,同时我的发现问题的能力和动手能力也不断提高。

这次实验,我收获到的不仅仅是可控硅的测试与使用、光敏电阻的使用等等,而是学会了一种学习方法,一种对待知识的态度,一种面对问题时钻研的精神。从一开始的什么也不懂,到最后验收时的成竹在胸,仿佛经历了很多。一连几天泡在实验室里,尽管枯燥,尽管辛苦,但与最后的成绩相比,都显得微不足道。这让我明白,这就是科研,这就是学习,这也是生活。我们会遇到各种各样的问题,有些我们不知道答案,只能打破从来。但只要我们坚持下去,终究会等到成功的那一天!

九、 Altium绘制的原理图和电路板

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电路原理图

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PCB电路板图

十、所用元器件及测试仪表清单

1、仪器仪表清单

2、元器件清单

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北邮模电综合实验报告简易声光控照明系统的设计与实现

北邮模电综合实验报告简易声光控照明系统的设计与实现

十一、 参考文献

1.《电子电路综合设计实验》 北邮电路中心

2.《电子电路基础》 高等教育出版社 刘宝玲

3.北京邮电大学电路实验中心网站

http://cclab./index.php


第二篇:声光控开关报告书 4200字

课程设计说明书(论文)

课程设计题目:声光控制开关电路

学生姓名:

学 号:

院 系:

专业班级:

指导教师姓名及职称

起止时间:

一、课题名称:声光控制开关电路

二、设计意义:随着电子技术的发展,尤其是数字技术的发展,用数字电路技术实现灯的自 动发亮、节能节电、延长灯的寿命变得越来越重要,而且贴近我们的实际生活。 声光控灯已成为人们日常生活中必不可少的必需品,它不需要开关,在晚上当有 人经过时会自动的亮;它广泛应用于走廊、楼道招待所等公共场所,给人们的生 活、带来极大的方便。因此,得到了广泛的应用。声光控电路是声音和光控制电 路工作的电子开关。它将声音(如击掌声)和光转化为电信号,经放大、整形, 输出一个开关信号去控制各种电器的工作, 在自动控制工业电器和家用电器方面 有着广泛的用途。由于,本电路广泛应用于人们的日常生活中,所以,有很大的 重用作用。 该设计主要是通过对声光控灯的电路设计来介绍有关器件的用法和一般电 路的设计。声光控制是通过光敏电阻来实现的,当光敏电阻在背光的的时候即使 这时也是人走过了(有声音时)的时候灯也不会亮 。在有的电路中这种原理也 可以通过声音的振动来实现,这样就给路人提供了相应的方便,同时也达到了节 电和节能的目的,延长灯的寿命,同时也实现了不用人工去管理路灯的开关,节约了人力成本。在实际生活中节电节能,能够实现更多的自动 化,也具有良好的经济潜力。

三、设计内容及要求:

1.内容

用声与光控制路灯,白天光线强,路灯不亮,只有光线暗时,通过声音触发路灯亮,并且灯点亮一定时间后,自动熄灭。

2.主要要求

(1)电路稳定性和可靠性要高。这是控制电路性能的最基本要求,否则自控 能力弱,严重时会失去自动控制功能。

(2)功耗要小。控制电路一直接于交流220伏电路上,若功耗特别是静态功 耗大,则不利于节能,甚至还会大大缩短控制电路的寿命。

(3)灵敏度要能调节。这是控制电路正常工作时,对声光控制信息信号的最低要求,控制信号的灵敏度应满足不同的环境要求。

(4)带负载能力要强。被控灯的功率不尽相同,因此要求控制电路的一定范围的驱动能力。

(5)触发延时时间要能按要求调节。延时时间至少在1分钟内可以调节。

四、比较和选定设计的系统方案,画出系统框图:

声光控开关报告书

如图 1 所示,全波整流电路将交流 220V 电压变为约 200V 的直流电压,为 后面的控制电路供电,例如桥式整流电路;受控开关受触发延时电路输出信号的 控制,从而控制加于灯上的交流电压,达到控制开关灯的目的。例如可控硅,继电器触头等;降压滤波电路将输出的直流200V电压进行降压后滤波,从而为其 后的电路提供平滑直流工作电压,如电阻降压,电容滤波;声光控制元件将声光控制信息变成电信号,为放大触发延时电路提供输入控制信号,例如,驻极体话 筒和蜂鸣器等声控元件,光敏二极管和光敏电阻等光控元件;放大电路将较微弱 的声光控制信号进行放大,以推动触发延时电路工作,例如各种放大电路;触发 延时电路将放大电路输出的电压去推动触发延时电路工作,控制受控开关的闭合,达到控制灯亮时间长短的目的,实现声光控制功能。

五、画出完整的原理图以及PCB图:

原理图:

声光控开关报告书

PUB图:

六、描述电路的工作原理:

声光控制电路原理如图2所示,D1-D4组成桥式整流电路,将220V交流电压变成200V左右的直流电压后,经R1降压,C1滤波得到约5V的直流电压,供U1(CMOS)门和MU1等工作使用。R3为MU1提供偏置电压,R4使U1A工作于放大状态,由于U1A与U1B直接相连,所以U1B也处于放大状态, C2和C3为耦合电容。R5、R6和R9对U1B输出的信号进行分压,以触发U1C、U1D、U1E和U1F工作,D5对C4单向充电,R7、C4决定延时时间,R8和C5使U1F翻转果断。单向可控硅受U1F输出电平的触发控制,R2为限流保护电阻。

白天,光线明亮,光敏电阻R9的阻值较小,U1C输入端的电位很低,即使MIC送来的声音电信号经过两级放大后也不足以使U1C输入端为高电平,经U1C、U1D、U1E、U1F的传输处理后,U1F的输出端为低电平,可控硅V1的栅级G得不到触发

电压,关断不工作,灯不亮。

晚上,光线暗淡,电阻R9的阻值较大,但R6的存在,U1C输入端对地的电阻值使其输入端的电位为低电平范围的某一固定值。由MIC送来的声音电信号经过两级放大,与U1C输入端固定电平相迭加后,使U1C的输入端出现高电平,经过U1C、U1D、U1E、U1F的处理后,U1F的输出端为高电平,可控硅触发极G得到高电平触发电压,而导通工作,灯亮。此时输出的高电平迅速通过D5对C4充电,达到某一高电平值,保持U1E的输入端为高电平,使U1F的输入为低电平,输出为高电平,给可控硅控制极以导通所需的高电平,期间可控硅继续导通,保持灯亮。之后C4通过R7放电,由于R7的阻值较大,放电速度慢,以致U1E输入端能够维持一定时间的高电平,U1F输出维持可控硅导通所需的触发电平,从而保持灯亮一定的时间,时间的长短可以由C4和R7的乘积调节。

MIC为驻极体话筒,4069为六反相器,R6用于调节灵敏度,R7用于调节延时时间的长短。可控硅CR3AM可以用NEC2P4M和BT148代换。

元器件的选择

IC选用COMS数字集成电路CD4069,CD4069有四个独立的与非门电路,内部功能见图3,VSS是电源的负极,VDD是电源的正极。可控硅T选用BT169型,如负载电流大可选3A、6A、10A等规格的单向可控硅,它的测量方法是:用RX1档,将红表笔接可控硅的负极,黑表笔接正极,这时表针无读数,然后用黑表笔接触一下控制极K,这时表有读数,黑表笔马上离开这时表仍有读数(注意触控制极时正负表笔是始终连接的)说明可控硅是完好的。驻极体选用的是一般收录音机的小话筒,它的测量方法:用RX100档将红表笔接外壳的S,黑表笔接D,这时用口对着驻极体吹气,若表针有摆动说明该驻极体完好,摆动越大灵敏度越高;光敏电阻选用的是R9,有光照时电阻为20K以下,无光时电阻值大于100M,说明该元件是完好的。二极管采用普通D1-D4组成桥式整流电路。总之,元件的选择可灵活掌握,参数可在一定的范围内选用。

下面

声光控开关报告书

图3 CD4069的内部结构

七、组装调试(软硬件)的内容。

1.测试与调试前的准备工作

(1)电阻R6焊接在印刷板的背面,不要正面焊接,以便调试灵敏度;

(2)4069 集成块先不插入集成块座上;

(3)准备一小块黑布;

(4)焊接好其它元件。

2.有关电压测试

(1)灯与控制电路一块接上220V电源,如原理图示;

(2)用直流250V档测量 R1两端的电压,大小应在175V左右,C1两端电 压应为 25V 左右,否则电路不正常;

(3)断电后插上4069集成块,再通电测C1两端大小应为+5V 左右,否则电路不正常;

(4)用小块黑布盖住R9光敏电阻,拍手发声音,使灯亮,再测C1两端电压应为1.8V左右则正常,否则不正常;

(5)移开黑布,用直流+5V档在线测U1A的输出电位(即2脚对地7脚的电位)同时,对着驻极体话筒拍手发声音,此时万用表指针会有一定角度的摆幅,否则电路有问题。

3.灵敏度的调节

(1)盖住光敏电阻R9,使之不被光照射;

(2)整个电路接上220V交流电源;

(3)调试R6阻值的大小,使有适当的声音,就能够触发灯亮;

(4)确定R6的阻值大小后,正面插入焊接好R6。

八、总结设计电路和方案的优缺点,指出课题的核心及实用价值,提出改进、意见和展望:

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,必须做学焊接工艺,老师虽然讲得很详细,但自己还是犯了很多错误,比如,有时候忘了点松香,导致锡散开了,还有焊接时间过长,导致板的塑料变形,铜片脱落了,导致无法再焊接。经历一系列的错误,让我积累了一些经验。其次,在做板时,要用砂纸把铜板擦光亮,砂纸擦时要保持同一方向,擦光亮后要赶快拿去腐蚀,腐蚀时最好用温水,能够提高腐蚀速度。板做好了,要尽快焊接元件,因为铜板氧化了会导致焊接后导电效果不好。第一次把开关电路焊好了之后,发现一个很严重的问题,麦克风的两个引脚居然接错了,无奈重新焊了一遍,让我懂得,做电子工艺,必须要细心。弄好了拿去老师那里检测效果,遇到一个很大的问题,就是灯亮了就不会熄灭,我就用万用表把元件检测了一次,没发现电阻存在短路,电容也没问题,很苦恼,后来根据老师所说的,我知道了原因,就是电路里存在短路的地方。于是,我仔细地观察了电路板,的确发现有几处焊的不好,靠的太近了,于是重新仔细焊了一次,最后,虽然反应不够灵敏,但也勉强实现了它的功能。

还有,在这个过程里,我学习了DXP2004软件,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

声光控开关报告书

,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。software 有一个自动走线的功能,点击菜单 Auto Route-->All...会弹出一个框,那个框就是自动布线

声光控开关报告书

还有,在此特别要感谢助理实验师,他教会我们很多焊接

还有软件使用上的细节,有他的指导下,让我们少走了很多弯

路,对他的感谢难以用言语表达。

九、列出系统需要的元器件与图标:

CD4069:

声光控开关报告书

极性电容:

声光控开关报告书

十、参考文献:

1 周永明.一种性能优良的路灯声光控制电路[J].南方冶金学院学报,20xx年第二期

2 陈尔绍等 编著《实用声光控制电子装置制作精选200例》.人民邮电出版社,19xx年8月

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