声光控制开关电路设计报告论文
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声光控制开关电路设计报告论文
设计背景与意义： 声光控开关具有很多实际意义：一是省电，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，首先，不用接触，全自动智能控制；另外，接线简单、安装方便， 是公共场所照明开关的理想选择，被人们誉为“长明灯的克星”。 再者，随着科学技术的发展，公共场所照明控制手段也将逐步更新，除现在已有的声光 控开关外，还有微波感应开关和热释远红外感应开关。目前，微波感应开关的抗干扰性能尚 不理想，红外感应开关在性能上较为理想，但安装复杂，比较娇气，价格也偏高，比较适合 在一些管理完善的场所如宾馆、大饭店楼道及居家庭走廊应用，在普通住宅楼、办公楼道等 场所的照明控制考虑到价格、管理及安装方便等因素，根据我国国情，可以预计在相当一段 时期内，声光控延时开关将是首选的主流产品。 所以，对于这一课题的研究是必要的。 世界的发展离不开能源，声光控开关能较好的为解决世界能源危机提供一点帮助。有利 于我国实现可持续发展，构建节约社会型，造福于子孙后代，造福于全人类。 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 用新型采用分离元件，且电路很简单，因而克服了现有的声光控 制开关成本高、体积大等缺点，是一种家庭及公共场所理想的照明开关。 关键字： 自动控制 信号放大 光电开关 声控电路 光控电路
一、设计任务和要求 1.任务 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。
二、电路的原理 1. 原理框图
图1
电路原理框图
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。 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， U1C、 经 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。
图2
声光控制电路原理图 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，R
6 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。 三、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。其他原件按图 2 所示的标注即可。
图3
CD4069 的内部结构
四、安装工艺 1.电路元件的安装工艺 1）功率不大的电阻、二极管等两脚元件，尽量平卧插入印刷板上后焊接，空间面积不够 时，才竖起插入印刷板后焊接； 2）电容尽量插到底后焊接； 3）三极管、可按硅等三脚元件也尽量插到底后焊接； 4）本电路中光敏电阻及驻极体话筒的脚插入印刷板的深度要视安装情况确定，不能任意 剪短脚的长短； 5）集成块插到底后再焊接。 2.盒盖加工尺寸见下图 3.光敏电阻要尽量伸出来采光，但要和盒盖表面齐平 4.驻极体话筒与采声孔的距离要合适，使驻极体话筒感声灵敏度最高 5.电源线出孔大小要适中
五、测试与调试 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，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。 六、所需元器件清单
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
元器件名称 集成块 话筒 二极管 二极管 电解电容 电解电容 瓷片电容 瓷片电容 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 光敏电阻 单向可控硅 灯泡
型号 CD4069
位号 IC MIC
数量 1块 1个 1只 4只 1个 2个 1个 1个 1个 1个 2个 1个 1个 1个 1个 1个 1只 1个
IN4148 IN4007 100uF/16V 1uF/16V 104 331 180K 100K 4.7K 330K 56K 200-100K 15M
D5 D1-D4 C1 C4、C5 C2 C3 R1 R2 R3、R8 R4 R5 R6 R7 R9 SCR LAMP
七、收获和体会 经过两周的努力，基本上完成了课题的设计。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。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。刚开始设计时， 觉得无从下手，在图书馆经过一番资料查找后，我发现它其实很简单，只是还不会灵活运用， 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。 回头看看我自己的设计作品，其实还存在着一些问题，还有待改进。在本次课程设计中， 老师只对我们进行宏观的基本指导，再设计过程中，完全放手让我们自己去搞。针对老师提 出的课程这几问题 ，自己独立进行设计。通过动手动脑及查阅图书资料文献等多种途径解决
问题，巩固和运用了在《电子工艺》《数字逻辑》等课程中所学的理论知识和实验技能，基 、 本掌握了常用电子电路的一般设计方法，提高了设计能力和实际技能，为以后从事电子电路 设计、研制电子产品打下了基础。 与其他课题相比较，这个课题中接线较为复杂，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。电路的 接线工艺师本设计可以实现的很重要的因素。由于接线较为复杂，因此更能体现实践课程的 特色。 最后还要感谢周永明老师对本次课程设计的指导，谢谢！ 八、 参考文献 1）杨志忠; 《电子技术课程设计》北京 ，机械工业出版社 ，2008.6 2）朱定华 3）童白诗 蔡苗 黄松； 《电子技术工艺基础》北京，清华大学出版社，2007.8
华成英； 《模拟电子技术基础》清华大学电子教研组编，第四
版，北京；高等
教育出版社，2006.5 4）阎石 ； 《数字电子技术基础》清华大学电子教研组编，第五版，北京；高等教育出版 社，2006.5
韶 关 学 院 课程设计说明书（论文）
课程设计题目： 课程设计题目： 声光控制开关电路设计与制作 学生姓名： 学生姓名：邓淑湘 学 院 号：08201031004 系：物理与机电工程学院电子系
专业班级： 专业班级：08 级应用电子技术 01 班 指导教师姓名及职称 周永明 起止时间： 起止时间：2010 年 3 月——2010 年 7 月 课程设计评分： 课程设计评分：
（教务处制） 教务处制）
1本文由飘逸的腾腾贡献
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一、设计目的 用声控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道， 发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼 道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目 的。 二、电路的原理 1. 原理框图
图1
电路原理框图
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。 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， U1C、 经 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。
图2
声光控制电路原理图 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。 三、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。其他原件按图 2 所示的标注即可。
图3 四、所需元器件清单 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 元器件名称 集成块 话筒 二极管 二极管 电解电容 电解电容 瓷片电容 IN4007 电阻
CD4069 的内部结构
型号 CD4069
位号 IC MIC
数量 1块 1个 1只 4
只 1个 2个 1个 1个 1个
IN4148 IN4007 100uF/16V 1uF/16V 104 331 180K
D5 D1-D4 C1 C4、C5 C2 C3 R1
10 11 12 13 14 15 16 17 18
电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 光敏电阻 单向可控硅 灯泡
100K 4.7K 330K 56K 200-100K 15M
R2 R3、R8 R4 R5 R6 R7 R9 SCR LAMP
1个 2个 1个 1个 1个 1个 1个 1只 1个
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