(完整word)声控光控灯的设计

赣南师院物理与电子信息学院
数字电路课程设计报告书
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时间：201年 4月20日
声控光控灯的设计
一、设计要求及原理
1、设计要求：
实现一个由声音和环境亮度共同控制的开关,其功能是在白天,电路总是关断。

在黑暗条件下，电路处于等待工作状态，当有声音出现时（或有人经过），可控硅导通，驱动灯泡发光，并开始进入延时状态，一段时间后可控硅自动关断，灯泡熄灭，节电环保。

2、设计思想：
上光线较亮时，光控部分将开关断开,声控部分起不了作用。

当光线较暗时光控部分将开关自动打开,负载电路的通断受控于声控部分。

电路能否接通就看声音信号强度。

当声音强度达到一定程度是，电路自动接通，白炽灯点亮，并开始延时，延时时间到开关9动关闭，等下一次声音信号触发。

4：设计原理：
220V 市电通过灯丝、D3-D7、降压整流后，经过R7限流、D2、C3稳压滤波为电路提供稳定的工作电压
.R4、
RG 组成分压电路，白天由于光照RG 阻值变小，YFA1脚电位被拉低，由与非门的逻辑关系可知此时YFA3脚输出为高电平，经过YFA2反相变为低电平，D1截止后级电路不动作。

晚上光线暗RG
阻值变大，YFA1脚电位升高,如果此时有声音被MIC 接收，经C1耦合T1放大，在R3上形成音频电压，此电压如高于1/2电源电压，则YF13脚输出低电平,经YFB 反相，4脚输出的高电平经D1向C2瞬间充电，使YFC 输入端接近电源电压，10脚输出低电平，由YFD 反相缓冲后经R6触发可控硅导通，电灯正常点亮。

（此时则由C2向电路供电）如此后无声被MIC 接收，则YFA 输出恢复为高电平，C2通过R5缓慢放电，当C2电压下降到低于1/2电源电压时（按图中参数约一分钟）YFC 反转、YFD 反转,可控硅（SCR)截止电灯关闭，等待下次触发.
5：设计方案：
感应电路对信号进行采集后将信号传至控制与延时电路,进而控制可控硅通断，实现课题所要求的功能与指标.
图2 电路图
三、设计方案与比较
方案一：
原理方框图如图3所示：
图3原理框图
方案一电路原理图如下图4所示,电路用驻极体采集声音信号并用运放LM324对采集到得信号进行放大处理再输入到与非门，采用光敏电阻（R5代替)采集光信号转换为电平信号并经过运放LM324进行发大输入到与非门进行逻辑处理。

延时功能通过555单谐震荡实现。

原理图4 方案二：原理图如下图5所示,感应电路对信号进行采集后将信号传至控制与延时电路,进而
控制可控硅通断，实现课题所要求的功能与指标
图5 原理框图
方案二仿真电路图如下图6所示
检音 放大
光敏
电路
控制门 延时电路 电子开关
220V
控制电路 信号采集
延时电路
图6
使用了数字集成电路TC4011(74LS00）,其内部含有4个独立的与非门VD 1～VD4，使电路结构简单，工作可靠性高,价格便宜。

方案比较：
两个方案一和方案二原理基本相同但是考虑到电路的复杂性和器件的价格以及两个电路延时的效果所以此次采用的是方案二进行设计。

四、单元电路的设计
1、声音放大电路：
当MIC获取到声音信号后,其会转换成电信号，由声信号转换成的电信号控制电子开关，所以必须加三极管放大器放大该信号。

为了获得较高的灵敏度，Q1的β值选用大于100。

声信号选用灵敏度高的。

R3不宜过小，否则电路容易产生间歇振荡。

声音放大单元电路图7所示：
图7 声音放大单元电路图
2、光敏电路：
当环境有一定亮度时，LR阻值很小，所以1处于低电位,不论2是什么电位，YFA的输出总是高电位，二极管IN4148因为电压反偏而截止， C2和R4下端始终处于高电位，也就是使3、4的四个并联输入端都处于高电位,它们的输出端处于低电位，所以电路在有光亮环境下不论出现多大强度音响灯都不会发光.
光敏电路单元电路图8所示:
图8 光敏电路单元电路图
3、开关电路：
当电压信号达到一定值时,电子开关打开。

当电压信号小于此值时，电子开关关闭。

其起到的主要作用是控制延时电路中的电容充放电。

声音信号变成直流控制电压，光控电路在有光照射时，光控电路阻值变小,对直流控制电压衰减很大。

4、延时电路：
由于需要的灯泡持续时间并不是很长,大概几十秒左右，所以用一个电容控制开关的状态即可.当夜晚无光时,电子开关打开时，C2连通，即开始充电.当电子开关关闭后，C2开始放电。

当C2电压下降到低于1/2电源电压时（大约一分钟）YFC,YFD反转,可控硅截止电灯关闭,等待下次触发。

延时电路单元电路图9所示：
图9 延时电路单元电路图
5、整流滤波电路:
D2和C3起稳压滤波作用，D2是7.5V 的稳压管,C3用100UF 的电解电容，D2，C3钧接地。

整流电路单元电路图如图10所示：
图10 整流电路单元电图
五：参数计算:
延时电路采用RC 振荡实现延时功能，TC4011为CMOS 管的供电电压为5V ，翻转电压为2.5V 。

延时时间计算如下所示：
*
5*2R C dt
dUc
=Uc m
C R T t U Uc C R C R 702ln *2*5)
*(exp *02
*511*2*5≈=-==
=ααα
理论情况下电路延迟时间约为70秒，可改变R5和C2来改变延时。

此次设计所得到的实际延时时间为80秒.
六、安装调试
1、焊接与安装:
设计好电路图后，根据电路图先在面包板上连接电路，调试成功后再在电路板上焊接，安装过程中要细心，不能出现短路和断路问题。

出现问题后仔细检查电路的连接问题。

连接过程中不能出现三极管管脚连接错误,可控硅的连接也要正确，否则会出现烧毁元器件的情况,出现危险。

D3~D6、R7、D2、C3组成稳压二极管稳压电路产生7。

5V 直流电压给控制电路供电。

准备好全套元件后,用万用表粗略地测量一下各元件的质量，做到心中有数。

焊接时注意先焊接无极性的阻容元件，电阻采用卧装，电容采用直立装，紧贴电路板，焊接有极性的元件如电解电容、话筒、整流二极管、三极管、单向可控硅等元件时千万不要装反，注意极性的正确，否则电路不能正常工作甚至烧毁元器件。