1、学号 2011301714 毕业设计说明书设计题目 声光控灯设计 系 部 机械电子系 专 业 机电一体化 班 级 机电 1107 姓 名 王志坤 指导教师 白金柯 2013年 10 月 29日1河 南 化 工 职 业 学 院 毕 业 设 计 说 明 书摘 要光控灯和声光控灯是居家照明的重要组成部分（如楼道、卫生间、小巷等），它们的出现使我们的生活方便许多，既可避免摸黑找开关造成的摔伤碰伤，又可杜绝楼道灯有人开、没人关浪费能源的现象。介绍了用三极管和与非门芯片实现光控灯和声控灯的原理，重点介绍了二者的实现方法和具体细节，及制作过程中遇到的问题和相应的解决方案。关键词：光控灯、声控灯、光敏电阻、麦
2、克风、导通、截至、 2河 南 化 工 职 业 学 院 毕 业 设 计 说 明 书AbstractOptically controlled lamp and acoustic control lamp play an important role in our daily life(like in corridor,toilet,alleyway and so on).They make our life more covenient.By use of them,we can not only protect ourselves from the hurt that maybe caused
3、in looking for the switches of lights in the dark,but also eliminate the phenomenon that someone turn on the light but nobody turn off to avoid the waste of resources.It introduces the principle of how to use dynatrons and a nand gate chipto achieve the purpose that control the lights by light and s
4、ound,and specially stresses the ways and concrete details about how to use them to achieve the purpose and the solutions of the problems that will be met in theprocess of making it.Key words ：Optically controlled, acoustic control, mircphone, light dependent resistor breakover, cutoff3河 南 化 工 职 业 学
5、院 毕 业 设 计 说 明 书目 录摘 要 .1Abstract .2目 录 .31 设计的目的和任务 .42 设计要求 .43 总体框图设计 .44 功能设计 .54.1 VCC 值的确定 .64.2 延时的确定 .64.3 与非门的高低点评的输入确定 .64.4 整流电路设计 .74.5 电容滤波电路 .84.6 晶闸管的工作原理 .95 总原理图 .116 调试 .137 元器件清单 .148 总结 .15致 谢 .16参考文献 .174河 南 化 工 职 业 学 院 毕 业 设 计 说 明 书1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSi
6、zeBDate: 2-Jan-2009 Sheet of File: C:Usersfan_DesktopSheet1.DDB Drawn By:R110KR23MR3590KR418KR635R71MR8510KR943KC10.1uC222uD5IN4007D1IN4007D2IN4007D3IN4007D4Q1SCRBT169C322uNPNQ2VCCDS声声RwIN4007C522uCZN-15E220V1 设计的目的和任务1、巩固加深对模拟电子技术基础知识的理解，提高综合运用所学知识的能力，培养学生独立分析问题、解决问题的能力。2、通过查找资料、选方案、设计电路、仿真或调试、写报告等
7、环节的训练，熟悉设计过程、步骤。为今后从事电子线路的设计、研制电子产品打下良好的基础。3、作为电力电子技术的入门，学习晶闸管的应用。4、设计模拟和数字电子混合电路，实现特定功能。学习这一技能，积累这方面的经验。2 设计要求1、设计办公大楼、写字楼或居民住宅楼内应用的声控灯开关。2、在白天照度较高时，即楼道内光线充足时本开关不启动，灯熄灭。3、夜晚楼道内光线较差时，若楼道内充分安静（无人行动时） ，灯泡不启动。4、若在光线较差的楼道内有人发出声响，就启动该装置使灯泡点亮。5、画出电路图 （1）用 protel绘制电路图（2）布局合理、排列均匀、图面清晰、便于看图、有利于对图的理解和阅读。（3）图
8、形符号要标准，图中应加适当的标注。3 总体框图设计根据技术要求，此声控灯开关可由以下几个单元组成：图 1 整体框图4 功能设计5河 南 化 工 职 业 学 院 毕 业 设 计 说 明 书图2 声光控制电路图根据图 2电路，原理如下：由四个二极管组成的桥式整流电路将输入电路的 220v50hz交流电压变换成脉动直流。该脉动直流电压一路由 R3 和 R1、C 3 分压并滤波后得到传感及逻辑控制电路所用的电压 VCC；另一路接到晶闸管 BT169的阳极。当 BT169的控制极（栅极）为高电平且输入的交流信号 Vi=COS（wt+）处于正半周期时，电流由 D2地D 4灯流过而将灯点亮。当 Vi处于负半
9、周期时，电流由灯D 3地D 1 而将灯点亮。当 BT169的控制极为低电平时，晶闸管截止，此时不会产生驱动灯的电流，此时灯是熄灭的。由此可见，灯的亮灭是由晶闸管的控制极电平决定的。因此，关键的问题是如何控制其栅极电平的高低。有光时灯灭；无光无声时灯灭；无光有声时灯亮。参见图 2，对光敏电阻 RW而言，当有光时，R W2M，此时 HD14011的 1脚是高电平，此时第一个与非门的输出取决于 2脚的状态，而 2脚的状态将由噪声传感器来决定，当没有声音时，2 脚为低电平，因此 A为高电平，B 为低电平，C 为高电平，D 为低电平，此时晶闸管截止，灯泡为暗。当有声音产生时，在麦克两端产生一个交流信号，
10、经过电容而将 2脚置成高电平，此时 A为低电平，B 为高电平，C 为低电平，D 为高电平，从而将晶闸管触发导通，灯泡点亮，同时由于 B点为高电平，可对电容 C2 充电，这样，当声音消失之后，由6河 南 化 工 职 业 学 院 毕 业 设 计 说 明 书1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleN u m b er R ev isio nSizeBD ate: 3 1 -D ec-2 0 0 8 Sh eet o f File: C :Pro g ram FilesD esig n Ex p lo rer 9 9 SE L ib rary Sch M iscellan eo u
11、 s Dev ices.d d bD raw n B y :R 6 R 2 R 8C 1N PNV C C声声声声R 7C 2声声声声D 3D 2D 4D 1R声声声声于 C2 和 R7 的存在，使 C点维持在低电平直到 C2放电结束，在此过程中，灯泡将会一直保持在亮的状态直至此过程结束。4.1 VCC值的确定可由 R3、R1 的分压作用将家用电压经整流后所得电压 Vo=2201.414=311V输入电压的表达式为：Vcc=R 1*Vo/(R1+R3) 算得 Vcc=5V4.2延时的确定图3 延时电路部分由 R7、C 2组成延时电路，要求延时为 1min，与非门工作高低电平为 3.4V,0.3
12、V延时 T计算公式：t=R 7C2ln（V t+/Vt-） 算得 R7=1.1M C 2=22uf4.3与非门的高低点评的输入确定NPN的参数为：=50V ce(sat)=0.3V Vbe=0.7V如果无光时，R W2M，与非门有一脚是高电平，此时第一个与非门的输出取决于另脚的状态，此脚的状态将由噪声传感器来决定。当没有声音时：灯不亮，要求第一个与非门的一脚为低电平，即使三极管工作在饱和区满足条件，且输出的电压为 0.3V。此时 A为高电平，B 为低电平，C 为高电平，D 为低电平，此时7河 南 化 工 职 业 学 院 毕 业 设 计 说 明 书1 2 3 4 5 6ABCD654321DCB
13、ATitleN u m b er R ev isio nSizeBD ate: 3 1 -D ec-2 0 0 8 Sh eet o f File: C :U sersfan _ _ D esk to p M y Desig n .d d bD raw n B y :R 2R 6 R 8C 1R b eV i1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATi t leN u m b e r R e v i s io nS i z eBD a te : 3 1 -D e c -2 0 0 8 S h e e t o f F i l e : C : P ro g ra m F i le s D
14、 e s ig n Ex p lo re r 9 9 S E L ib ra ry S c h M i s c e ll a n e o u s D e v ic e s . d d bD ra w n B y :R 6 R 2 R 8C 1N P NV C C声声声声R 7C 2声声声声D 3D 2D 4D 1 R声声声声晶闸管截止，灯泡为暗。由三极管的工作参数得： I bs=（Vcc-Vce）/R 8=0.2uAIb=（Vcc-Vbe）/R 2 =1.4uA 在饱和工作区不满足 Ic=I b 且 IbIbs 令 Ib=10Ibs 由此可得 R8=510K R 2=3M当有声音时：灯亮，要求
15、第一个与非门的一脚为高电平，三极管工作在放大区且输出高电平3.4V。在麦克两端产生一个交流信号，经过电容而将脚置成高电平，此时 A为低电平，B为高电平，C 为低电平，D 为高电平，从而将晶闸管触发导通，灯泡点亮。R=R6/R2 算得 R=35I=Ib+Vce/R 算得 I=20mA满足声音传感器的额定电流 I=20mA，电压 112V。图4 等效图4.4整流电路设计整流电路有单相桥式整流电路，单相半波整流电路，单相全波整流电路等。本系统选用单相桥式整流电路。单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其电路如图 5 所示。在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单
16、向导电性。根据图5的电路图可知：8河 南 化 工 职 业 学 院 毕 业 设 计 说 明 书1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber Revisio nSizeBDate: 31 -Dec-200 8 Sh eet of File: C:Prog ram FilesDesig n Exp lo rer 99 SELib rarySchMiscellaneo us Dev ices.dd bDrawn By:R6 R2 R8C1NPNVCC声声声声R7C2声声声声D3D2D4D1R声声声声1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber R
17、evisionSizeBDate: 31-Dec-2008 Sheet of File: C:Program FilesDesign Explorer 99 SELibrarySchMiscellaneous Devices.ddbDrawn By:C3R1R3VCC当负半周时二极管D 1、D 3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当正半周时二极管D 2、D 4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见图5。图5 整流电路及波形图4.5电容滤波电路 滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容
18、器 C对直流开路，对交流阻抗小，所以 C应该并联在负载两端。电感器 L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此 L 应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。滤波电路常有电容滤波，电感滤波和 RC滤波等。本系统设计在单相桥式整流电路直接接并联电容构成电容滤波电路，经过此电容滤波电路滤去整流输出电压的纹波。电容滤波电路如图 6所示滤波原理：若电路处于正半周，二极管 D2、D4 导通，变压器次端电压 v2给电容器 C充电。此时 C相当于并联在v2上，所以输出波形同 v2 ，是正弦形。所以，在 t1到 t2时刻
19、，二极管导电， 充电， vC=vL按正弦规律变化； 图 6 电容滤波电路t2到 t3时刻二极管关断， vC=vL按指数9河 南 化 工 职 业 学 院 毕 业 设 计 说 明 书曲线下降，放电时间常数为 RLC图 7 电容滤波过程当放电时间常数 RLC增加时， t1点要右移， t2点要左移，二极管关断时加长，导通角减小，见图 7中的曲线；反之， RLC减少时，导通角增加。显然当 RL很小，即 IL很大时，电容滤波的效果不好，见图 7中的曲线。反之，当 L很大，即 IL很小时，尽管 C较小, RLC仍很大，电容滤波的效果也很好，见图 7中的曲线。4.6晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理分析：晶闸管
20、可用两个不同极性（P-N-P 和 N-P-N）晶体管来模拟，如图 G1所示。当晶闸管的栅极悬空时，BG1 和 BG2都处于截止状态，此时电路基本上没有电流流过负载电阻 RL，当栅极输入一个正脉冲电压时 BG2道通，使 BG1的基极电位下降，BG1 因此开始道通，BG1 的道通使得 BG2的基极电位进一步升高，BG1的基极电位进一步下降，经过这一个正反馈过程使 BG1和 BG2进入饱和道通状态。电路很快从截止状态进入道通状态，这时栅极就算没有触发脉冲电路由于正反馈的作用将保持道通状态不变。如果此时在阳极和阴极加上反向电压，由于 BG1和 BG2均处于反向偏置状态所以电路很快截止，另外如果加大负载电阻 RL的阻值使电路电流减少BG1和 BG2的基电流也将减少，当减少到某一个值时由于电路的正反馈作用，电路将很快从道通状态翻转为截止状态，我们称这个电流为维持电流。在实际应用中，我们可通过一个开关来短路晶闸管的阳极和阴极从而达到晶闸管的关断。等效图如下：
