声控夜灯延时设计完整版

湖南人文科技学院

课程设计报告

课程名称: PCB板设计与制作

设计题目：声控延时灯电路设计

系别：能源与机电工程系

专业：自动化

班级：2015级自动化2班

学生姓名: 滕芸袁一翔陈征

学号: 15421248 15421233 15421210起止日期:2017年6月12日~ 2017年6月25日指导教师:陈新伍铁斌

教研室主任：岳舟

摘要

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。目前许多声控开关的平均使用寿命不长，主要是因为电路作频繁的开关，启动电流非常大，导致功率元件可控硅由于过载而损坏。本文中采用开关电压过零保护技术，可消除白炽灯开启瞬间的大电流冲击，有效地防止可控硅元件启动时的电流过载，大大地延长了开关的使用寿命，并且可以起到保护灯泡的作用。

本次课程设计的任务是楼道声控灯，根据模拟电子和数字电子所学的知识自主设计，在老师的指导下以小组为单位组装实物并调试。如今，人们对声控技术越来越熟悉。用声音代替肢体动作给人们带来了很多的好处和便利。因此，越来越多的声控设备广泛地应用到人们的生活当中。

目录

1 设计要求 (1)

1.1 方案1 (1)

1.2 方案2 (1)

1.3 方案比较和选择 (2)

2 单元电路的设计 (3)

2.1 声控部分电路设计 (3)

2.2 光控部分电路设计 (4)

2.3 信号放大电路设计 (5)

3 系统软件工作流程分析 (6)

3.1 系统工作流程 (6)

3.2 基于单稳态的电路分析 (7)

4 系统调试和分析 (8)

5 仪器清单 (9)

6 心得体会 (10)

7 致谢 (12)

参考文献 (13)

附录1 PCB原理图 (14)

附录2：仿真设计图 (15)

附录3：PCB实物图 (16)

声控延时夜灯设计

1 设计要求

（1）拍手掌能够点亮夜灯。

（2）具有一定的延时功能。

1.1 方案1

（1）模块组成：它是由声强监测电路、声强信号处理电路、延时控制电路、照明灯开关电路和电源电路5部分构成。

（2）整个系统利用了声学和电子学的原理即用声音传感器将声音信号转换成电信号从而推动触发器触发使电路导通工作。如图1所示：

图1方案1电路组成

1.2 方案2

（1）模块组成：它是由光控电路、声控电路、信号放大电路、延时电路和照明电路5部分构成。

（2）整个系统利用了LM358进行信号放大和电压比较，然后接入与非门给成单稳态电路的NE555提供一个低电平，触发单稳态使其造成延时功能达到设计要求，如图2所示：

图2方案2电路组成

1.3 方案比较和选择

上面的两个方案在原理上都可以完成对声控延时夜灯的设计。但是方案1为考录到隐含条件，白天不能发光的夜灯，实际上和声控楼道灯原理一样，但缺少一个光控的环节。在方案2中，利用非门与LM358进行输入信号的处理给构成单稳态的NE555创造低电平的条件，能很好的达到需求，其电路简单，操作使用方便，大大减轻了设计的工作量。所以选定方案2进行本次课程设计。

2 单元电路的设计

2.1 声控部分电路设计

声控电路由电源部分、谐振放大部分、比较器和触发器组成。电源部分用于提供所需直流电压，谐振放大部分用于将声音信号转换成电信号并进行放大。该部分包括振荡电路，用于排除干扰信号对该灯状态的影响，触发器用于实现状态保持与转换。比较器用于给触发器一个脉冲，当无光时，比较器输出高电平；触发器翻转，给出脉冲，实现声控功能。当有光时，输出低电平，触发器保持。如图3所示：

图3 Mic端放大比较部分

白天有光时，光敏电阻的阻值小于4.7K ，则比较器5脚电压小于6脚电压，此时输出低电平使得NE555触发器复位，连接驻极体话筒的谐振放大器不能工作，则触发器就不能给振荡器一个脉冲，74LS122不能工作，LED 灯不亮。 当无光时，光敏电阻的阻值可近似看成无限大，就有比较器的5脚电压大于6脚电压，此时输出高电平，触发器无法实现复位功能，放大器开始工作。当给出一个声音信号时，LM358的3脚接收近0.04V 的电压,经谐振放大器将其放大100倍后输出。如图4所示：

图4 光敏设备放大比较部分

配额电阻的具体计算如下：

放大倍数计算 101470471156=Ω

Ω

+=+==

K R R Vi Vo Av （公式1）

灯亮时间计算 s uf K RC 747150=⨯Ω==τ （公式2）

图5为LM358的内部接线图。LM358包含两个放大器。4角和8角为公共的接地端和接电端。分别负责声信号放大和光敏电阻的电路放大。

图5 LM358引脚图

LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。内部示意如图6所示：

图6 LM358内部结构