声控LED旋律灯设计说明书

模拟电子技术

课程设计报告

现代测试技术课程课外作业设计说明书LED旋律灯

院系：机电工程学院

专业：电子信息工程

年级（班级）：2班

姓名：黄晨溦

学号: 201540821015

指导教师：

完成日期：2016年9月23日

成绩：

目录

摘要 (2)

引言 (3)

1、方案论证 (6)

1.1、控制方法选择 (6)

1.2、放大电路选择 (6)

1.3、设计框图 (7)

2、电路原理 (7)

3、器件选型 (8)

3.1、声音传感器选型 (8)

3.2、三极管的选型 (9)

3.3、器件校验 (10)

4、制作与调试 (10)

4.1、确定参数 (10)

4.2、PROTEUS仿真方法 (10)

4.3、焊接方法 (10)

4.4、元件清单 (11)

4.5、制作结果 (11)

5、使用说明 (12)

参考文献 (12)

摘要

LED旋律灯是各种公众场合渲染气氛的常用的一种辅助工具，它通过感受外

界声音的变化而产生光强的变换，人身在其中自然而然的就能享受到光带给人的美感，因而广受人们的青睐。

本LED旋律灯设计采用驻极体话筒作为声音传感器，通过模拟电子技术直接用三极管和电解电容等硬件实现LED灯的亮度控制，无需加入单片机之类的控制器，大大节约了成本，也不需要复杂的软件编程，并能很好的实现所要求的功能，真正做到了简单实用、成本低的效果。

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，属于最常用的电容式话筒。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。

关键字：驻极体话筒、三极管、电解电容

引言

随着人们的生活水平的不断提高，人们越来越希望生活中的各种物质都能为我们所享受，声音与光就是其中的两种。而使声音与光结合起来，则更能给人们带来无穷的美妙享受。为了实现声音与光的有机结合，就必须要有中间连接载体，传感器就是这些载体中最常用的一种。

人类为了从外界获取信息, 必须借助于感觉器官。人类依靠这些器官接受来自外界的刺激,再通过大脑分析判断, 发出命令而动作。随着科学技术的发展和人类社会的进步, 人类为了进一步认识自然和改造自然, 只靠这些感觉器官就显得很不够了。于是, 一系列代替、补充、延伸人的感觉器官功能的各种手段就应运而生, 从而出现了各种用途的传感器。

以电量作为输出的传感器，其发展历史最短, 但是随着真空管和半导体等有源元件的可靠性的提高,这种传感器得到飞速发展。目前只要提到传感器, 一般是指具有电输出的装置。由于集成电路技术和半导体应用技术的发展, 研究开发了性能更好的传感器。随着电子设备水平不断提高以及功能不断加强, 传感器也越来越显得重要。世界各国都将传感器技术列为重点发展的高新技术, 传感器技术已成为高新技术竞争的核心技术之一, 并且发展十分迅速。

展望未来, 传感器将向着小型化、集成化、多功能化、智能化和系统化的方向发展, 由微传感器、微执行器及信号和数据处理器总装集成的系统越来越引起人们的广泛关注。传感器市场将会迅速发展, 并会加速新一代传感器的开发和产业化。

国家标准GB 7665-87对传感器下的定义是:

“能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置, 通常由敏感元件和转换元件组成”。

敏感元件, 是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分; 转换元件, 是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和（或）测量的电信号的部分。

传感器种类繁多, 功能各异。由于同一被测量可用不同转换原理实现探测, 利用同一种物理法则、化学反应或生物效应可设计制作出检测不同被测量的传感器, 而功能大同小异的同一类传感器可用于不同的技术领域, 故传感器有不同的分类法。具体的分类方法如下表所示：

续表

本次的LED旋律灯设计使用的就是其中的声音传感器。声音传感器就如同人的耳朵一样能感受外界的声音，从而将收到的信息输入到处理电路进行处理，以使执行机构执行相应的动作。

在声音传感器中，驻极体话筒是比较实惠的，在网上购买只需要几毛钱一个。而且驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中，属于最常用的电容式话筒。

本次设计的LED旋律灯的功能要求如下：

通过驻极体话筒（声音传感器）检测外界的声音变化，控制LED灯的亮度随着外界声音的大小变化而变化。

将之放在喇叭旁，然后让音乐响起，可以看到LED灯随着音乐的节奏闪动，使您感受到音乐与灯光的美妙结合，从而得到更舒适的享受。

1、方案论证

1.1、控制方法选择

本设计有两种控制方法，其一是使用电容、电阻以及三极管用模拟电路的方式控制，其二是使用单片机的数字电路的方式控制。

1.1.1 使用电容、电阻以及三极管用模拟电路的方式控制。

这种控制方法电路简单，只需要三个电阻、两个电解电容及两个三极管就可以简单的实现控制。

由于使用的元器件少，所以焊接容易。

最重要的还是经济实惠，一个三极管只需要一毛钱就能买到，而单片机却需要五块钱一个。

但缺点是需要仔细计算电路中使用的电阻电容及三极管的参数以使之符合预期的要求。

1.1.2 使用单片机的数字电路的方式控制

这种控制方法电路也简单，因为在单片机中本身就集成有各种放大等实用的电路，故只需要一个单片机主控制就能实现预期目标，并且还能在目标条件不变的情况下，通过写入单片机的程序来增加LED灯的多种花样。

不需要复杂的参数计算，只要用软件的方法即可轻松控制。

缺点主要就是前面提到的成本高，其次焊接难度较大，因为使用单片机必须要制作单片机最小系统，且需要编写软件。

综上所述，从经济和简易的角度出发，本次设计选择用模拟电路的方式来控制。

1.2、放大电路选择

由于驻极体话筒的输出信号非常微弱，为方便后级电路处理要先行放大。

放大电路可以选择三极管放大，也可以选择运算放大器。

三极管单管的放大效果对于后级负载较重的情况不是很明显，这时候就需要多级放大，但其中的耦合问题是比较困难度的。而运算放大器则没有这个顾虑，但运算放大器的引脚较多，焊接难度稍大一些，且价格也高出三极管很多，一个音频专用的NE5532AN NE5532 运算放大器的价格居然要13.5元。

本次设计的后级电路简单，只有三个LED灯，最大只需要将驻极体话筒的输出电压放大到3V即可，故选用三极管放大既经济又能满足要求。