声光控灯课程设计论文

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2012年 06月 25 日
目录
第一章绪论 (1)
第二章系统总体设计及方案论证 (2)
2.1 设计思路 (2)
2.2 设计方案 (2)
2.2.1 声控电路 (2)
2.2.2 光控制的电路如图2-2 (3)
2.2.3 延时的确定 (3)
2.3方案论证 (4)
2.4硬件的仿真测试 (4)
第三章硬件设计及仿真实验 (6)
3.1 原件清单 (6)
3.2 原器件介绍 (6)
3.2.1 74HC123 (6)
3.2.2 LM358 (7)
3.2.3 NE555定时器 (8)
3.2.4 光敏电阻 (9)
3.2.5 驻极体话筒 (9)
第四章硬件电路安装及调试 (10)
4.1 硬件电路的安装 (10)
4.1.1焊接顺序及方法 (10)
4.1.2焊接方法： (10)
4.2 硬件电路的调试 (11)
第五章总结 (12)
参考文献 (13)
附录I (14)
附录II (15)
附录III (16)
第一章绪论
光控电路有着广泛的应用。

比如城市中的路灯或楼道照明等一般都是由人工操作的,如果采用光控电路,根据光线的强弱来自动开启和关闭照明灯,做到无人自动控制,可以减轻工人的劳动强度,有效的节约能源。

但光控电路有其缺陷,就是夜晚无光线的时候,照明灯将一直工作着,这样会造成资源的浪费,也会缩短照明灯的寿命。

这时若在光控电路的基础上添加一个声控电路,使得照明电路在无光线的时候,只受声音的控制,当有脚步声或其它较强声响的时候,照明电路自动工作。

当声音消失的时候,照明灯自动熄灭,这就需要在光控电路和声控电路联合工作的条件下添加一个延时电路,使照明灯点亮后,延时一定时间后自动熄灭。

声控灯的制作目的是通过声控灯的制作，提高学习电路知识的兴趣，掌握元器件的测试方法，掌握自己制作印制电路板的方法，锻炼实际动手操作能力。

声控灯顾名思义，声控灯即是用声旨束控制电灯亮灭或亮度强弱的一种灯具，控制某一用电负载的方法多种多样，用光的强弱控制的称光控，用温度高低控制的你温控，用磁场强弱控制的称磁控，还有依靠压力、湿度的等等。

使用这种照明电路,人们就不必在黑暗中摸索开关,也不必再担心点长明灯费电和损坏灯泡了。

夜间只要有脚步声或其它较强的声响时,灯便自动点亮,延时一定时间后自动熄灭。

特别适用自动控制路灯照明以及走廊和楼道等处的短时照明。

第二章系统总体设计及方案论证
2.1 设计思路
在白天光线即使很亮，有人经过，灯也不会亮，相当于感应到低电平，发光二极管不亮，当夜晚降临，有人经过有声音，灯会亮设定的秒数，相当于感应到高电平，发光二极管亮，并持续亮5秒钟。

2.2 设计方案
利用声控，光控电路将声音信号，光信号转化为电信号，其中的运放LM358将收到的信号放大，用555构成的施密特触发器对波形进行整形，使其输出为方波，用74HC123单稳态触发器控制延时时间，接LED发光二极管，从而实现整个电路的设计。

总的电路的设计是将声控放大电路、光控电路、555构成的施密特触发器和74HC123构成的单稳态触发器组合起来，这样即可以实现声控、光控、波形整形和延时的功能。

2.2.1 声控电路
本放大器输入是音频信号，经过计算大约可知道声波的幅植是100mv左右，要使此信号能够控制后面的单稳态电路的话，就的要求放大器要有大约50倍的放大的倍数，另外，要求白天灯不亮时，这就可用光敏电阻做放大器的偏置电阻，白天光敏电阻阻值较小，基流大，使运放处于深度饱和，致使话筒传过来的声音信号，不能使其退出饱和达到放大的目的。

晚上光敏电阻很大运放处于放大状态，为此，它就能够输出信号使达到要求。

其原理图如图2-1
图2-1声控电路原理图
2.2.2 光控制的电路如图2-2
图2-2光控电路原理图
2.2.3 延时的确定
为使NE555输出的一群脉冲信号转变为开关的单一状态控制信号。

要求声光信号到达后使灯亮后，延迟一段时间后自动熄灭，可采用74HC123可以通过控制定时电阻和定时电容的大小来控制输出脉冲信号低点平的持续时间的长短，由此来控制灯亮的时间长度其原理图如图2-3。

图2-3灯亮延时原理图
2.3方案论证
声控灯包括灯负载RL、光敏电阻、话筒MIC及声控电路，灯负载RL与光敏电阻串接后与电源相连，话筒将声音信号转换成电信号，声控电路通过声音信号控制光敏电阻的导通状态，其特征在于，所述声控电路包括电源部分，谐振放大部分及触发器，电源部分通过电容降压、整流及稳压提供声控电路所需的直流电压，谐振放大部分包括多极三极管放大，话筒接在第一级放大三极管的基极上并由电容耦合一个由电感和电容构成的振荡电路接在末级放大三极管的基极上，放大后的信号影响触发器的翻转，并最终控制可控硅的控制极的电位。

220V交流电通过灯泡H及整流全桥后，变成直流脉动电压，作为正向偏压，加在可控硅VS及R支路上。

白天，亮度大于一定程度时，光敏二极管D呈现底阻状态≤1KΩ，使三极管V截止，其发射极无电流输出，单向可控硅VS因无触发电流而阻断。

此时流过灯泡H的电流≤2.2mA,灯泡H不能发光。

电阻R1和稳压二极管DW使三极管V偏压不超过 6.8V，对三极管起保护作用。

夜晚，亮度小于一定程度时，光敏二极管D呈现高阻状态≥100KΩ，使三极管V正向导通，发射极约有0.8V的电压，使可控硅VS触发导通，灯泡H发光。

RP是清晨或傍晚实现开关转换的亮度选择元件。

2.4硬件的仿真测试
在proteus程序中将声控电路，光控电路，延时电路与NE555定时器，74HC123连接.由于protues中没有驻极性话筒无法产生脉冲信号，于是只好入一信号发生器代替话筒产生脉冲信号，当输出正弦波模仿有声时状态，断开正弦波来模仿无声时的状态。

利用示波器来检测声音是否输入。

应用LM358集成电路的5脚和6脚作为输入，7脚作为输出接成声控放大电路，2脚和3脚作为输入，1脚作为输出接成光控电路。

将NE555电路2引脚和6引脚连在一起使其具有施密特触发器功能，后一并与接成放
大电路的LM358集成块7引脚相连，NE555电路控制端4引脚与接成放大器电路的LM358集成块1引脚相连。

将74HC123可重复触发单稳态触发器的1引脚与NE555电路输出端相连，2、3引脚与电源高电平相连，4脚接发光二极管和电阻。

电路的延时功能体现在单稳态触发器的波形整理功能及连接在其14和15引脚的电容与电阻的适当组合上，选择150K欧及47uF电容串联方式，经计算其延时时间约为5秒。

74HC123为可重复触发单稳态触发器，只要是在无光有声的情况下给声音信号，灯就会亮。

要使LM358的声控放大电路的放大倍数为30～50，即,可选用=4.7K、=150，此时算得。

，要使LM358的2脚和5脚的电压为相同，必须选用两对阻值一样的电阻，这里在5引脚选用4.7K，在2引脚选用1K。

要使延时时间为5s，即使=5s，选用150的电阻和47uF的电容，即在14脚和15脚间接入47uF的电容，在47uF电容和5v电压之间加一150k电阻。

连接好的电路图见附录I
当光线充足时，光敏电阻阻值很小，LM358的3脚分压小，电压比较器输出1脚为低电平。

NE555电路4引脚为低电平有效，此时不管2脚和6脚输入为高或低，OUT输出端直接复位为0。

74HC123的1脚和2脚也为低，其Q端输出也为低，Q’端为高电平，发光二极管负端为高，因此无论有声还是没声灯都不会亮。

其仿真图见附录II
当光线不充足时，光敏电阻阻值很大，LM358的3脚分压大，故电压比较器反相输入，输出为高电平，NE555的直接复位端4脚无效。

这时若有声音信号通过驻极体话筒输入，通过电容滤波后输入LM358声控放大电路，经放大后输入NE555的2脚和6脚，正弦波形被施密特变换为反相矩形波。

NE555的2脚和6脚输入大于的电压，3脚输出OUT由低变为高，74HC123的1脚和接收到一个上升沿脉冲，输入到74HC123单稳态触发器后再次经波形变换，Q端产生一个上升沿脉冲。

由于LED接入74HC123的Q’引脚，故其在Q’引脚是一个下降沿脉冲，此时发光二极管负端为低，灯会亮，亮时延迟时间为脉冲宽度。

声音信号消失，Q端上升沿维持5s后灯会自动熄灭。

其仿真图见附录III。

第三章硬件设计及仿真实验3.1 原件清单
74HC123 1 LN358 1 NE555 1 150KΩ电阻 1 100KΩ电阻 1 10 KΩ电阻 1 4.7KΩ电阻 5 2 KΩ电阻 1 1 KΩ电阻 2 330Ω电阻 1 47uF电容 1 10uF 电容 2 LED灯 1 光敏电阻1驻极体话筒1
3.2 原器件介绍
这次课程设计主要用了74HC123、LM358和NES555三个集成器件，发光二极管，光敏电阻，电容，电阻，驻极体话筒以及电烙铁，焊锡，万用表。

3.2.1 74HC123
74HC123是单稳态触发器。

其RxCx (7,15) 和Cx 端
(6,14) 接定时的电阻和电容, 即决定触发后Q 端产生的单脉冲宽度. Rbar (3,11) 是低电平复零, 不作复零时为高电平。

Abar (1,9) 是下降沿触发输入端, 通过Abar 用负脉冲触发, 不用时保持高电平. B (2,10) 是上升沿触发输入端, 通过 B 用正脉冲触发, 不用时置低.。

Q (5,13) 与Qbar (4,12) 分别输出正负定时单脉冲。

74HC123单稳态触发器。

它有两种输入，A为低电平有效，B为高电平有效。

有两种输出，正好相反。

用外接的电阻电容作定时元
件，时间自己定，比74LS电路易用。

单稳态触发器74HC123及外围电路来实现该功能。

74HC123为双可重复触发的单稳态，其输出脉冲的宽度主要取决于定时电阻R与定时电容C，脉宽的计算为电容值与电阻值的乘积即：WP=R´C，在实际设计中R=5kW，C=80pF，输出脉宽为400ns、幅度约5V。

脉冲快沿放大与射极跟随输出电路，主要作用是对整形与展宽后的触发脉冲进行加速和放大，以便得到有较高幅度和较快上升沿的脉冲信号去触发场效应管。

74HC123实物图和引脚图如图3-1
图3-1 74HC123
3.2.2 LM358
LM358里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。

NE555引脚图介绍如下：1地 GND 2触发 3输出 4复位 5控制电压 6门限7放电 8电源电压Vcc LM358原理图和引脚图如图3-2
图3-2 LM358
3.2.3 NE555定时器
集成定时器555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。

它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个5K电阻，故取名555电路。

其电路类型有双极型和CMOS型两大类，二者的结构和工作原理类似。

二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。

555定时器由3个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G4组成。

虚线边沿标注的数字为管脚号。

其中，1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.7V）可使555定时器直接复位；5脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V—3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；8脚为电源端，可在5V—18V范围内使用。

图3-3 NE555定时器
3.2.4 光敏电阻
光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。

常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。

光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1~10M欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。

光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。

设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。

光敏电阻实物图如图3-4
图3-4 光敏电阻图3-5驻极体电阻
3.2.5 驻极体话筒
驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。

属于最常用的电容话筒。

由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。

驻极体话筒实物如图2-5
第四章硬件电路安装及调试
4.1 硬件电路的安装
安装元件，把他们的位置摆放好。

两两之间的关系在电路板上有一个好的体现，使人一目了然，而且要达到美观和线路连接简易，尽量用到最少的线，是它看起来不乱。

然后要做的就是分析电路图，在电路板上配线，用到的工具有各种钳子，镊子等。

焊接，一般常用焊锡做焊料。

它具有较好的流动性和附着性。

在一定温度、湿度及振动冲击下有足够的机械强度。

而且具有耐腐蚀性，使用方便等优点。

4.1.1焊接顺序及方法
测量电阻，作好记录清洁，挂锡焊接，最后在检查测量。

4.1.2焊接方法：
1、右手持电烙铁。

左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线。

焊接前，电烙铁要充分预热。

烙铁头刃面上要吃锡，及带上一定量焊锡。

2、将烙铁头刃面紧贴在焊点处。

电烙铁与水平面大约成60度角。

以便于熔化的锡从烙铁头上流到焊点上。

烙铁头在焊点处停留的时间控制在2~3秒钟。

3、抬开烙铁头。

左手仍持元件不动。

待焊点处的锡冷却凝固后，才可松开左手。

4、用镊子转动引线，确认不松动，然后可用偏口钳剪去多余的引线
4.2 硬件电路的调试
电路在焊接好之后，还需要进行电路的调试，检验其是否好使。

初步检查电路板，用表笔查看是否有虚焊等情况，在上一步的基础上，用表笔查看原件正负极有无接反，还要注意观察话筒和光敏电阻的位置是不是达到要求的位置，是否有被挡住。

检查完毕后进行测试
1接上电源，把焊接完的电路板放在光线线明亮的地方，并加上信号，如走路声，看二极管是否亮。

若亮了，说明有问题，首先看接线是否有断开，元件是否完整，接下来看是否错焊，漏焊，虚焊等问题。

2把焊接完的电路板放在光线线阴暗的地方（如用手遮住光线），并加上信号，如走路声，看二极管是否亮。

若不亮，则如上述方法进行检验
第五章总结
通过这次课程设计，让我对所用到的器件有了进一步的了解，以前做数电实验时，只知道如何连接，并不明白其内部构造及工作原理，但是在实际的运用中，必须要知道更多的东西，也了解了发光二极管，光敏电阻的外形，知道了如何检测其正负极，也培养了严谨认真的态度，每焊完一个器件，就要用万用表对其进行检测，检测器是否虚焊，哪怕一点虚焊或者是正负极弄反了，都会产生问题，无法达到想要的效果。

虽然学习数字电路时，学到了很多，但是具体的操作并不清楚，通过这次数字电路课程设计，让我意识到了操作能力的重要性，理论知识学得再好只是一方面，动手能力相当重要，尤其是对我们工科学生而言。

解决实际问题的能力也很重要，经常在实验室的学生焊出来的板子确实布局合理，线路清晰，以后也要在这方面多锻炼锻炼自己。

这次饱含我汗水的综合课程设计。

通过这次课设我也发现了自身存在很多缺点。

理论知识太少了，还有总是不能完全浸下心来学习，这是一个很大的缺点，但是，俗话说，有错就改善莫大焉，在今后的学习过成我会尽力改正这些点，也尽力去学习别人的优点。

最后在这里忠心的感谢老师安排了这次综合课程设计，感谢各位指导老师的辛勤付出。

这种综合型的设计课，不仅对我们今后的发展有着重要的影响，也是对我们过去所学的一个总结，还是非常感谢老师的指导与帮助，让我学到了很多和成长了许多。

参考文献
[1]杨欣,王玉凤,电子技术从零开始第二版北京：清华大学出版社，2010—10
[2] 阎石，数字电子技术基础第五版北京：高等教育出版社，2006—5.
[3]董诗白，华成英，模拟电子技术基础第四版北京：2006—5.
[1] 乔瑞萍，林欣. Lab VIEW 6i实用教程.北京:电子工业出版社,2003.
[2] 肖玲妮，袁增贵.Protel99SE印刷电路板设计教程.北京:清华大学出版社.2003.
附录I 声光控灯原理图
附录II
图2-5 白天无声仿真图
附录III
黑天有声仿真图黑天无声仿真图。