XX 学 院 

 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：20##年3月——20##年6月

一、课题名称：声光控制开关电路

二、内容摘要：    

       一种声光控制开关装置，它包括：声光控制电路、延时电路、可控硅开关电路等。本实验采用新型分离元件，且电路设计简单，克服了现有的声光控制开关成本高、体积大等缺点，优点是一、省电，灯泡大部分时间不工作，因此节电效率很高，达80%左右；二是方便，工作时不用接触，全自动智能控制；另外，接线简单、安装方便，是一种家庭及公共场所理想的照明开关。

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：

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、单元电路设计、参数计算和元器件选择说明：

IC选用COMS数字集成电路CD4069，CD4069有四个独立的与非门电路，VCC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。选用收录音机的小话筒，；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。其他原件按设计电路图选择。

所需元件清单：

六、画出完整的电路图，并说明电路的工作原理

       PCB版图

图2 电路原理图

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、BT169、BT148代换。

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：

对于刚接触这门课程的我们，感觉这个课题非常复杂，但学了之后很实用。实验中接线较为复杂，因此可就更考验动手能力和全局布线的统筹观。通过线路布局优化，避免了很多不必要的接线交叉，使得线路接线更简单，接线的工艺也因为接线简单而相应提高，更容易验证电路设计的合理性和科学性、可行性。由于利用protel软件接线较为复杂，因此更能体现实践课程的特色。这次课程设计让我学会了一种设计电路的思想，就是分成多个模块，逐一解决问题。在完成课题的过程中，我们的实践能力增强了许多，而且在理论上也有了更深的认识，特别是在学习protel软件时，实践与理论必须好好地结合。实践的过程实际是能力提高的过程，在调试电路，分析故障，性能测试的过程中，我们学到了许多课本上无法获得的经验。

九、列出系统需要的元器件：

9 个电阻 R1-R9，

4 个 1N4007 二极管 D1-D4，

   1 个 1N4148 二极管 D5，

3 个电解电容 C1、C4 和 C5，

2 个瓷片电容 C2-C3，

1 个单向可控硅SCR，

1 个传声头MIC，

1 个灯泡Lamp，

1 个芯片 4069ICD

收获、体会：

这次的学习中，我们接触到了protel2004版，从中学会了一些简单的原理图的绘制和PCB板的制作过程。

一进入软件环境，摆在我们面前的第一个难题就是protel全英文的操作界面，这就给我们应用软件带来了极大的障隘。但在陈老师精心的讲解下，我们逐渐了解每个菜单下不同项目的作用，也慢慢熟悉了各种操作，跟随老师从建立原理图到创建PCB文件，一步一步细心体会，认真练习。

我觉得该软件最重要也是最难学习的一部分：对元件的查找和对元件库的管理和添加以及CB封装的绘制。这主要是因为我们是初学者的缘故，对各种功能太陌生，对们这部分学习产生了难度，单正因为如此，我们所有人才更加认真的跟随着老师的思维向下做，生怕错过了那个关键步骤。即使有短暂的走神，也会导致后面的工作无法进一步进行。

随着对Protel接触时间的增长,我们也慢慢地开始熟练起来了。开始学习原理图元件的绘制了,原理图绘制首先要打开原理图绘制界面,在绘制原理图元件时要注意元件一般的尺寸大小,不能太大也不能太小了,还有元件管脚电气属性的设置的方法。原理图的绘制完成后便是修改名称和添加元件库了。这些基本方法都掌握后, 就可以绘制一些基本的原理图了, 绘制图形要注意元件的摆放和整体的布局,绘制的原理图要求美观、清晰。

接下来便是学习制作PCB的封装了,封装的目的是作为“芯片的保护者”，其主要起着两个重要作用：（1）保护芯片，使其免受物理损害。（2）重新排布I/O，获得更易于装配种处理的引脚距离。对封装的学习也是Protel 2004很难也很关键的一步,制作PCB要以元件实物的型号和大小为依据,实物元件的种类繁多,以种类的不同大小又不一,所以要以具体情况具体要求来制作PCB封装。PBC封装尺寸的大小更注重在管脚的距离上,管脚距离的大小决定了实物元件能否安装在电路板上。要从原理图生成PCB就要保证每个元件都有对应的封装,不仅大小要对应符号也要一一对应。在这些步骤都完成后就可以从原理图生成PCB了,在从原理图生成PCB时要保证每个元件都是正确的,保证每个元件都被导入了,才算成功。

PCB生成后最主要的工作就是对元件的布局和布线了, 虽然Protel DXP能够自动布局，但实际电路板的布局几乎都是手工完成的。手工布局时一般遵循如下规则：（1）应尽可能按照原理图中元件安排对元件进行布局：信号从左边进入、从右边输出、从上边输入、从下边输出。（2）数字电路部分应该与模拟电路部分分开布局，以每个功能电路为核心，围绕这核心电路进行布局，元件安排应该均匀、整齐、紧凑、原则是减少和缩短各个元件之间的引线和连接。（3）元件离电路板边缘距离应满足：元件均放置在离电路板边缘3mm以内位置，或者至少距电路板边缘的距离等于板厚。（4）先放置固定位置的元件，如电源插座、开关和连接插件等。再放置其它元件。最后元件摆放要整齐,美观。元件布局好后就是布线了。元件布线规则：电源、地线尽量的粗，高频信号线拐弯时不能走直角。布线可以是单层,双层和多层的。布线后尽量不要存在飞线,若布线存在极少飞线, 一块较简单的电路板，可以选择自动布线加手工调整，也可以选择完全手工布线；而对于一块较复杂的电路板，特别是多层板，需要自动布线加手工调整。布线完后添加泪滴和敷铜,PCB就制作完成了。

这次完全实践性的实习过程中我体会到：学习任何知识都要注重多练习，练习可以发现问题，随后解决问题的过程会使你很深刻的了解出现问题的原因，使你以后不在会犯同样的问题。

通过这次电子工艺实习，使我们对电子工艺的理论有了初步的系统了解。掌握了常用元器件及材料的类别、型号、规格、符号、性能及一般选用知识，熟悉了常用仪器仪表的作用及其测量方法；掌握了电子产品安装焊接的基本工艺知识，掌握了手工焊接技术，能够独立的焊接电子产品，掌握了电子产品的一般调试原理，能够独立的完成制作产品的调试工作；了解了印制电路板的制作工艺及生产流程，也对自己的动手能力是个很大的锻炼。实践出真知，在实习中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。

我觉得自己在以下几个方面与有收获：

1、对电子工艺的理论有了初步的系统了解。我们了解到了焊普通元件与电路元件的技巧、收音机的工作原理与组成元件的作用等。这些知识不仅在课堂上有效，对以后的电子工艺课的学习有很大的指导意义，在日常生活中更是有着现实意义。

2、对自己的动手能力是个很大的锻炼。在实习中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。比如在焊接芯片时，怎样把那么多脚分开焊接对我们来说是个难题，可是经过训练后，我们做到了。虽然在实习中会遇到难题，但是从中我学到了很多，使自己的动手能力也有所提高，我想在以后的理论学习中我就能够明白自己的学习方向，增进专业知识的强化。

十一、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，20##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，1995年8月

 

第二篇：机电传动与控制变频实验报告书20xx

桂林航天工业学院学生实验报告

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