声控光控灯的设计

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1 原理框 图
二、电路图如图2所示
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。
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。
电路板与220V高压连接在一起，在接220交流电时，必须接上灯泡（220V，60W），特别注意防止触电。
2、调试问题处理：
①灯泡一直亮着：
灯泡一直亮着的问题，多是三极管被击穿，造成继电器中一直有电流通过，从而灯泡回路一直处于导通状态；或者是继电器和灯泡回路的接法不正确，使得继电器中一直有电流通过或者灯泡直接接在电源回路上，从而使灯泡一直处于导通状态。若没有上述错误，则极有可能是集成电路TC4011损坏。
设计一开始不知如何下手，经过广泛查阅资料方 我们无论是生活还是学习都离不开外界的力量，当然也要有自己的努力，我们自知这次的设计有很多的不足，做得比较辛苦效果却不是很好，很多东西平时学得也不透彻，我觉得做一次课程设计从每一个细节都在锻炼着我们。我希望我们都能从中收获良多，能把知识真正变成自己的东西。
硬件设计的过程是个知识与实践相结合的过程，光有知识没有过去的时间积累也是不行的，在过去的课程中我们已经有过电子设计和金工实习的经验，了解到在实践中需要的注意事项，这对我们的这次硬件课程设计有很大的帮助，让我们更加有信心完成这次设计。设计的过程中会遇到许多的问题，许多的问题一时解决不了会让我们感觉很沮丧，在是在热情唐红文老师的帮助下我们靠着自己的耐心解决了许多难题，最终取得了成功。设计的过程中要严格的执行安全规则，也要细心、耐心，不然会产生错误，因为元器件有许多的管脚，如果不细心的话很容易连错管脚，这样就很容易产生错误，无法实现设计功能，还有可能烧毁元器件，产生危险，所以这次硬件课程设计也让我们再一次体会到了科学的严谨。
七：注意事项
1、接好声光控延时开关与灯泡，再通过整流电路接入220V交流电源，分别在白天及模拟上天黑的环境下测试电路关键点电压及波形，并测量灯泡点亮维持时间t（延时时间）。记录测量数据时注意标明灯泡是在点亮还是熄灭状态。
2、测量时要注意人身安全，当没有使用隔离变压器时，特别要注意身体任何部位均不能接触电路板任何裸露的铜箔部分，包括测量公共点即“地线”。
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。
3、操作要胆大心细，固定好开关电路板，选择好合适的万用表直流电压档测量，黑笔接好测量参考点，防止表笔接触引起电路短路
。
八、小结
经过一个多月的硬件课程设计使我学会了许多，课本上的知识经过实践后很有一种成就感，又学会了许多课本上学不到的东西。这次硬件设计是对过去两年知识的总结和运用，也是对我们的一次考查。理论知识和实践相结合才能发现知识的魅力，也更能激发出兴趣。
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。
3：实验所需器件：表1
普通日光灯
=Uc
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。
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。
赣南师院物理与电子信息学院
数字电路课程设计报告书
姓名：
班级：
学号：
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。
这是延时电路的电容器C2或电阻器R5有问题，可用容量大点的电容替换C2，或对电阻器R6进行替换。若更换后，延时时间还是较短，则有可能是二极管D1不良。
注：在实际电路中，由于电容器本身有电阻，再加上其放电并不是放到零为止，所以其放电时间比理论计算少。
灯泡响应灵敏度低。
如果需要很大响声，灯泡才能触发点亮，则说明触发电路元件性能下降，此时应着重检查三极管的放大倍数β值，以及检查电阻R1-R4、电容器C1等。
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
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VD1～VD4，使电路结构简单，工作可靠性高,价格便宜。
灯泡始终不亮
出现这一问题，先检查灯泡是否正常。如果灯泡正常，就说明开关电路中有元件损坏。可先焊开光敏电阻器的一个脚，在想话筒送入声音信号的同时，用万用表侧集成电路2脚的电压，看指针是否摆动。若摆动很小或不摆动，就应检查声音触发控制电路中的各元件，包括话筒、电阻器R1到R4、电容器C1、三极管T1。
② 发光时间短：
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。
1
MIC用驻极体话筒
1
一般光敏电阻
1
普通二极管（IN4007）
5
稳压二极管（7.5V）
1
极管（IN4148）
1
三极管NPN（9014）
2
普通电阻
22K/33K/2.7M/20K/270K/56K/4.7M 1
瓷片电容
104 1
电解电容
10UF/100UF 1
集成芯片74LS00
1
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。
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：