声光控延时开关的课设.doc

华北科技学院课程设计报告
声光控延时开关的设计报告
目录
一． 设计任务和要求---------------------------------(2)
1.1. 设计任务---------------------------------------(2)
1.2. 设计要求---------------------------------------(2)
1.2.1. 作品要求---------------------------------------(2)
1.2.2. 报告要求---------------------------------------(2)
二． 设计的方案的选择与论证-------------------------(3)
2.1.设计思路-----------------------------------------(3)
2.2.总体方框图---------------------------------------(3)
2.3.主要电路-----------------------------------------(3)
2.4.设计原理分析-------------------------------------(4)
三． 电路设计计算与分析-----------------------------(5)
3.1.声控电路-----------------------------------------(5)
3.2.光控电路-----------------------------------------(5)
3.3.稳压电路-----------------------------------------(6)
3.4.延时,触发电路------------------------------------(7)
3.5.开关电路-----------------------------------------(8)
3.6.电源电路----------------------------------------(12)
3.7.其他电路----------------------------------------(13)
四． 心得与体会------------------------------------(14)
五． 附录------------------------------------------(15)
六． 参考文献--------------------------------------(17)

一． 设计任务和要求
1.1.设计任务
利用模电的知识设计一个声光控延时开关.
1.2.设计要求
1.2.1.作品要求
①具有光控功能，白天光线较亮，即使有声音灯也不亮，光线较暗，有声音时灯点亮。
②具有声控功能，晚上光线较暗，有声音时路灯点亮，声音消失后延长照明一段时间后自动熄灭。
1.2.2.报告要求
①画出电路原理图
②元器件及其参数选择
③元器件清单

二.设计的方案的选择与论证
2.1设计思路
整个电路由电源电路，声控电路，光控电路及延时电路等部分组成。电源由直流稳压电源提供。光控电路对外界光亮程度进行检测，输出与光亮程度相对应的电压信号，从而实现白天灯泡不亮晚上遇到声响时，通过声控电路使灯泡自动点亮。声控电路主要将声音信号转变为电信号，从而实现自动控制。延时电路使得声音消失后灯泡延长一段光照时间。必要时可加一个手动开关，以增强电路的实用性。总体方框图如图1所示。
2.2总体方框图

图1
2.3.主要电路
声光控路灯控制器原理如图2所示

图2
2.4.设计原理分析
电路中集成块74LS00的脚1和脚2、脚13和脚12接成“与”输入用以鉴别输入动态。由555定时器构成的单稳态触发器用于电路延时及低电平触发固态继电器。按逻辑功能只有当脚13和脚12两输入端都呈高电平时，脚11的输出才为低电平，单稳态触发器被触发，555定时器3脚输出高电平激发固态继电器，接通灯路。白天因光敏电阻受光线照射，74LS00的13脚呈低电位，74LS00的11脚输出为低电平，继电器处于关断，灯路关闭。这时，无论外界声音再高灯都不会亮；到夜晚，GR的电阻随环境光线减弱而增大，脚13变为高电平，当人走动的脚步声传到传声器BW时，声波转换成电信号经三极管VT放大，使1、2脚电位由高变低，脚11输出高电平，与其连接的单稳态触发器的2脚也呈现高电平，单稳态触发器不被触发，其3脚输出低电平，固态继电器处于关断状态，灯泡不被点亮。
三.电路设计计算与分析
3.1.声控电路
该电路结构如右下图3所示，主要由驻极体话筒连接电路及放大电路组成。
话筒将声音信号转换为电信号，但话筒传输的电信号及其微弱，输出阻抗极高。因此不能直接接放大电路，我们在这里用R1,C1组成话筒的连接电路，实现阻抗的变换及放大电路的输入变换，使得放大电路是对信号的电压进行放大。当没有声音时，放大电路无输入信号，三极管处于静态工作状态。此时声控电路的输出为高电平，经74LS00的1、2脚反相后3脚输出为低电平，即74LS00的12脚为低电平。此时即使是夜晚状态，单稳态触发器也不会被触发，继电器任工作于关断状态，灯泡也不会亮。每个声音信号转换来的电压信号，我们将其看作无数个正弦信号，有正负半周之分。声音信号到来，三极管处于放大状态。当信号处于正半周时，放大后的电压与静态工作状态下的电压相叠加，电路任输出为高电平；当信号处于负半周时，放大后的电压与静态工作下的电压叠加后呈低电平，经74LS00的1、2脚反相后3脚输出高电平。如此时为夜晚状态，74LS00的13脚也为高电平，74LS00的11脚输出为低电平触发单稳态触发器，继电器被导通，灯泡被电亮。我们选择的驻极体话筒工作电压为5V，测得话筒工作时的电阻为20K，电源电压为10V，故R1选择阻值为20K的电阻。为达到信号向正弦电压的转换，选择0.1uF的无极性电容。转换来的电压很微弱，为使电路输出变化明显，我们将三极管的放大倍数设置为9013三极管的最大值144倍。并为得到较大的灵敏度，我们选择的基极电阻及集电极电阻分别为4.8兆、33K欧姆.

图3
3.2.光控电路
该电路结构如图4所示，由光敏电阻GR,电阻R4、R1以及三极管Q1组成。白天或光照强时，GR的电阻很小，Q1的基极呈现高电位，Q1导通。光控电路输出为低电平，即与其相连接的74LS00的13脚输入为低电平。此时即使有声音，固态继电器也不会被导通，灯泡不亮。夜晚或光线较暗时，GR的电阻达到１兆左右，Q1
基极电位低，Q1截止。此时，电路的输出为高电平，与其相连接的74LS00的13脚呈高电平。如此时遇到声音触发，74LS00的12脚呈高电平，11脚输出低电平触发单稳态触发器。单稳态触发器输出高电平，固态继电器迅速被激发导通，灯泡被点亮。我们测得GR的亮电阻为20K，暗电阻为1兆。欲使Q1导通，Q1基极电压需达到0.7V。通过分压公式，计算得R4取1.5K欧姆合适。为保证夜晚时三极管截止时，光控电路的输出为高电平，我们在回路中接上阻值为10K的上拉电阻R2。

图4
3.3.稳压电路
该稳压电路部分由一个三端集成稳压器及电容C4构成。电路结构如右下图5所示。因为74LS00集成块正常工作时需要的工作电压为5V，而1脚处的输入电压约为10V，所以在设计中选择了此稳压管稳压，使3脚输出约5V的电压供给74LS00集成块，使其正常工作。为得到更加稳定的电压，输出端并联一个滤波电容C4,其值为10uF。

图5
3.4.延时,触发电路
该延时电路是由555定时器组成的单稳态触发器，它具有一个稳态和一个暂稳态。其电路结构如图6所示

图6单稳态触发电路
在我们的设计电路中，该延时、触发电路如右下图7所示当没有触发信号时，Vi（2脚）处于高电平（Vi>VCC/3）,如果接通电源后Q=0，V0(3脚)=0，T导通，电容通过放电三极管T放电，使Vc=0,V0保持低电平不变。如果接通电源后Q=1，放电三极管T就会截止，电源通过电阻R向电容C充电，当Vc上升到2VCC/3时，由于Vc1=0,Vc2=1时，锁存器置0，V0为低电平。此时放电三极管T导通，电容C放电，V0保持低电平不变。因此，电路通电后在没有触发信号时，电路只有一种稳定状态V0=0.若触发输入端施加触发信号（Vi<VCC/3）,电路的输出状态由低电平跳变为高电平，电路进入暂稳态，放电三极管T截止。此后电容C充电，当C充电至Vc=2VCC/3时，电路的输出电压V0由高电平翻转为低电平，同时T导通，于是电容C放电，电路返回到稳定状态。
电路的工作波形如下图8所示： 如果忽略T的饱和压降，则
Vc从零电平上升到2VCC/3的时间，即为输出电压V0的脉宽Tw=RCln3=1.1RC.此Tw也为触发电路中的延时时间。由于要让单稳态触发电路的V0能够由高电平翻转为低电平，则需要6脚的输入电压即Vc>2VCC/3;且考虑在调试时能够容易判断出电路设计的正确性，所以在设计中我们要求延时较短2s，即Tw=2s=1.1RC；而通常R的阻值在几百欧至几百兆欧之间，电容取值为几百皮法到几百微法。所以我们的参数选择为R6=2K,C5=100uF。

图7如下：

图
图8
3.5.开关电路
该电路主要由固态继电器组成。固态继电器是一种无触点电子开关，由分立元器件、膜固定电阻网络和芯片，采用混合工艺组装来实现控制回路(输入电路) 与负载回路(输出电路)的电隔离及信号耦合，由固态器件实现负载的通断切换功能，内部无任何可动部件。主要由输入(控制)电路，驱动电路和输出(负载)电路三部分组成。其内部电路如下图9所示。 1、2为输入端，3、4为输出端。R0为限流电阻，光耦合器将输入与输出电路在电气上隔离开，V1构成反相器，R4、R5、V2和晶闸管V3组成过零检测电路，UR为双向整流桥，由V3和UR用以获得使双向晶闸管V4开启的双向触发脉冲，R3、R7为分流电阻，分别用来保护V3和V4，R8和C组成浪涌吸收网络，以吸收电源中带有的尖峰电压或浪涌电流，防止对开关电路产生冲击或干扰。

图9

如图所示，当输入端未加电压信号时，光耦合器的光敏晶体管因未接收光而截止，V1饱和，V3和V4因无触发电压而截止，此时SSR关闭。当加入输入信号时，光耦合器中的发光二极管发光，光敏晶体管饱和，使V1截止。此时若V3两端电压在适当内时，只要适当选择分压电阻R4和R5，就可使V2截止，这样使V3触发导通，从而使V 4的控制极上得到从R6→UR→V3→UR→R7或反方向的触发脉冲，而使V4导通，使负载接通交流电源。考虑到固态继电器的过流、过压保护措施，我们选用规格为400伏、5安的继电器。
3.6.电源电路
该部分是由一个输出为9V的变压器和整流滤波电路组成电路结构如下图10所示。

图10
220V的交流信号经过变压器，变压为9V的交流信号IN，而桥式整流电路将交流电压IN变换成脉动的直流电压。再经过由电容C7构成的滤波电路滤除纹波，输出直流电压U1约为10V。为确保电路直流电源的稳定，我们用到了稳压二极管D1。经桥式整流来的电压按公式计算应为10.8V。为保护D1的完好，我们选择了阻值为100欧姆的限流电阻。因为声光控电路部分需要10V的直流电压供电，因此在设计中选择了输出为9V的变压器，输入为
9V桥式整流器；确保供给声光控电路部分的电压为10V,因此我们用到10V的稳压二极管D1。
3.7.其他电路
(1)负载电路 负载电路上接上一定功率的灯泡。
(2)数字电路 与非门集成块用于鉴别输入动态；脚11输出低电平时，单稳态触发器被触发，从而3脚输出高电平，激发固态继电器导通。

四．总结及心得
通过近两周的课程设计，我们觉得自己的确学到了许多知识
以前学习模拟电子技术的时候，总觉得没有什么实用性，而现在才发现那种想法是完全错误的。例如我们课设时要求我们设计的
抢答器.报警器.路灯控制器，音频放大器等都离不开模拟电子技术基础这门重要的学科。这些知识完全能够使本来很暗淡的世界，变得丰富多彩。使我们的生活更加绚丽，使我对模电课程更加迷恋。
通过两周的课程设计，我学会了许多专业知识。遇到困难时，
我就去积极的看教材，去图书馆查阅资料，去网上搜索相关信息，直至把每一个细节，每一个原理都搞清楚弄明白为止，大大增强了我的自学能力和独立能力。更重要的是，我拓展了思路，开阔了视野，活跃了思想。
以前学习模电时总觉得自己傻傻的，不知所措，无从下手，
不知如何学起，思路很狭窄，视野也不开阔，学的东西很死板，也很僵硬，根本不能够运筹于帷幄之中，更不用说去自己设计个电子线路了，那简直是天方夜谈。现在我就对自己充满了信心，敢于去动手，敢于去实践，敢于去偿试，敢于去面临挑战，不怕失败，不再放过自己每一个灵感的火花。更为重要的是我深深地体会到了友谊的力量，在我们实习过程中，同学们互帮互助，相互关心，相互体贴，手挽手，肩并肩，风雨中同舟共济，克服了种种困难，最终为我们的实习画上了圆满句号，充分体现了拼搏精神和团队精神，使我终身难忘。

五．附录
附录一
元件清单

附录二
原理图

六．参考文献
【1】、《电子技术基础实验与课程设计》
【2】、《电子技术基础（数字部分）》
【3】、《电子技术基础（模拟部分）》
【4】、《电子线路CAD实用教程》
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