1、课程设计(论文)题 目 名 称 声光触摸三控延时照明电路 课 程 名 称 电子技术课程设计 学 生 姓 名 魏超达 学 号 1541202058 系 、 专 业 电气工程系自动化 指 导 教 师 彭霞 2017 年 5 月 8 日邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 魏超达 学 号 1541202058 系 电气工程系 专业班级 自动化 2 班 题目名称 声光触摸三控延时照明电路 课程名称 电子技术课程设计 一、学生自我总结在整个课程设计过程中我懂得了许多东西，知道了理论付诸实际是会遇到很多麻烦，通过和同学的合作和老师的知道克服这些困难，培养了我团队合作的能力，也树立了对自己工作能力的信心。
2、设计过程中，不仅培养了我们的独立思考，也大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。各个其它能力上也都有了提高。不足的是对仿真软件还没有熟练掌握，不能独立自主的完成本次课程设计的仿真要求。学生签名： 年 月 日二、指导教师评定评分项目 平时成绩 论文 答辩 综合成绩权 重 30 40 30单项成绩指导教师评语：指导教师（签名）： 年 月 日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。目录摘要引言.11 设计任务与要求21.1 基本功能21.2 声光
3、触摸三控延时照明电路的总体框图.22 设计方案简述22.1 电路工作原理简述33 单元电路设计43.1 光控电路.43.2 声控电路.63.3 延时电路103.4 人体触摸控制电路.104 声、光、触摸三控自动灯使用说明及仿真结果.114.1 声、光、触摸三控自动灯的使用说明.114.2 仿真结果及其分析115 声、光、触摸三控自动灯设计总结.12附录.13致谢.14参考文献15摘要随着电子技术的发展，尤其是数字技术的发展，用数字电路技术实现灯的自动发亮、节能节电、延长灯的寿命变得越来越重要，而且贴近我们的实际生活。声光控电路已成为人们日常生活中必不可少的必需品，它不需要开关，当有人经过时会自
4、动的亮；广泛应用于走廊、楼道招待所等公共场所，给人们的生活、带来极大的方便。因此，得到了广泛的应用。声光控电路是声音和光控制电路工作的电子开关。它将声音（如击掌声）和光转化为电信号，经放大、整形，输出一个开关信号去控制各种电器的工作，在自动控制工业电器和家用电器方面有着广泛的用途。由于，本电路广泛应用于人们的日常生活中，所以，有很大的重用作用。关键词 光敏电阻；声控传感器；延时自熄开关0引言声光触摸三控延时照明电路是一种新颖、安全节电、结构简单的稚嫩那个电路。目前市场上的自熄开关主要有声光控延时开关，天黑以后，当有人走过楼梯发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮提供照明，当人们走过楼道延时几
5、秒钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，既可以达到节能的目的，但在有光无声的状态下开灯检查却不行。我设计的声、光、触摸三控延时电路就解决了这个问题，在任何状态下用手摸到触摸开关铜片，人体的静电感应电压经电子线路放大后就能将开关启动，实际使用价值更大。触摸电极片用 12 平方厘米的铜片做成代替触点开关，使用寿命长。声控灵敏度高，夜间的脚步声、说话声等均可将开关启动。电路光控强度可调，性能可靠，电路稳定。 在本设计中介绍了声光触摸三控自动灯的组成、性能、适用范围及工作原理，给出各电路原理图及元件参数选择，节电效果十分明显，同时也大大减少了维修量、节约了资金，使用效果良好。其电路主要是
6、由电源电路、声控电路、光控电路、触摸控制电路等 4 大部分组成。在做电路设计时运用了模拟电子线路的基本知识与数子电子技术的基础知识。其知识的普遍性、实用性运用的非常好。各部分电路的结构清晰、明了、直观，这对电路的分析起了很大的帮助。11 设计详细任务与要求1.1 基本功能利用声，光，控制及人体触摸控制的延时照明灯电路，将该装置安装在楼道，走廊或卫生间等场所。在夜间，有人走动或发声时，灯会自动点亮延时数秒后自动熄灭。在白天，若触摸开关 B，则自动灯会亮。1.2 声光触摸三控延时照明电路的总体框图该声、光、触摸三控延时照明灯电路由电源电路、声控电路、触摸控制电路、延时电路、继电器驱动电路等组成。框
7、图如图 1-1。图 1-1 声光触延时电路总体框图由电源给框图提供所有电路的电源，整个电路分为五个部分，分别为光控电路、延时电路、触摸电路、延时电路和继电器电路组成。声控延时和触摸电路去控制继电器的通断。每次断开后一段时间，由延时电路供给继电器电路电源一段时间，使灯延时数秒后再熄灭。2 设计方案简述图 2-1 所示是一款简单、实用的自动灯控制电路，可以由声、光控制及人体触摸控制。将该装置安装在楼道、走廊或卫生间等场所，在夜间，有人走动或发声时，灯2会自动点亮延时数分钟后自动熄灭。在白天，若触摸电极片 A，则自动灯也会受触发而点亮。图 2-1 简单延时照明电路控制电路2.1 电路工作原理简述整个
8、控制电路由电源电路、声控电路、光控电路、触摸控制电路、延时电路、继电器驱动电路等组成。电源电路由 5V 高电平，照明灯 X1 与继电器 K1 的常开触头 K1。提供 5V 电压，供给继电器和整个控制电路。声控电路由传声器（V3 代替）、声控开关 、非门电路 U1A、非门电路 U5A、电阻器 R1 R3、电容器 C1、C2 等组成。光控电路由光敏电阻器 R6、电位器 R5、非门电路 U2A、二极管 D1 等组成。触摸控制电路由触摸开关 A、电阻器 R9、R10、非门电路 U4A 及二极管 D3 等组成。延时电路由电阻器 R7、电容器 C3、非门电路 U3A 等组成。接通电源后，整个控制电路工作在
9、守候状态，非门电路 U3A 输出低电平，使三极管 Q1 截止，继电器 K1 的常开触头不吸合，照明灯 X1 不亮。当有人走近该自动灯或有声响发出时，传声器（V3 代替）将声音信号变换成电信号，此电信号经非门电路 U1A变成低电平，非门电路 U5A 输出端（非门电路 U2A 的输入端）为高电平，从而非门电路 U2A 的输出端变为低电平，二极管 D1 导通，非门电路 U3A 的输出端变为高电平，使三极管 Q1 饱和导通，继电器 K1 的常开触头 K11 吸合，照明灯 X1 发光。3在白天，即使有人脚步声或其他声响，也不会有高电平加入非门电路 U2A 的输入端，因为光敏电阻器 R6 受光照而阻值变小
10、，非门电路 U2A 的输入端始终为低电平，输出端也保持高电平，二极管 D1 和三极管 Q1 均处于截止状态，照明灯 X1 不亮。夜晚，光敏电阻器 R6 的阻值变大，此时若传声器（V3 代替）拾取到声音信号，则会有高电平加至非门电路 U2A 的输入端，使二极管 D1 和三极管 Q1 导通，继电器 K1 触头吸合，照明灯 X1 点亮。用手触摸开关 A 后，人体感应信号将使非门电路 U4A 的输入端变为高电平，其输出端变为低电平，又使二极管 D3 导通，非门电路 U3A 的输入端变为低电平，输出端变为高电平，三极管 Q1 饱和导通，继电器 K1 动作，照明灯 X1 点亮。在二极管 D1 或 D3 导
11、通瞬间，电容器 C3 通过 D1 或 D3 被迅速充电，非门电路 U3A的输入端立即为低电平。当非门电路 U2A 或 U4A 的输出端由低电平变为高电平(随后又同时变为低电平)使 D1 或 D3 截止时，电容器 C3 通过电阻器 R7 缓慢放电，使非门电路U3A 的输入端仍维持一段时间的低电平，照明灯 X1 不会马上熄灭，直到 C3 放电结束，U3A 输人端变为高电平，输出端变为低电平，三极管 Q1 截止，继电器 K1 释放，照明灯 XI 才熄灭。在白天，调节电位器 R5 的电阻值，使非门电路 U2A 输入端电压低于 Vcc3 以下，使其驱动端保持高电平，同时，还可以调节光控的灵敏度。R7、C
12、3 为时间常数元件，改变 R7 的电阻值和 C3 的电容量，使灯亮至灯灭的延迟时间为 30s。电阻值电容量越大，延迟时间越长。3 单元电路设计31 光控电路光电传感器是指能将光能转变成为电信号的半导体传感器。常用的光敏器件有光敏电阻、在电子电路中，常用光敏器件构成光控电路。所谓光敏器件通常光敏二极管和光敏三极管。311 光敏电阻的制作材料及其结构原理光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上
13、制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的4电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。
14、光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。在本设计中光敏电阻用滑动变阻器 R6 代替，正如原理所说，在白天由于光照强度大，RL 光敏电阻的阻值很小，前一级电信号来时，由于阻值小使得 RL 两端的电压很低，无法使后一级电路正常工作，从而使灯炮在白天无论声控电路是否检测到信号灯都不会自动亮；在而夜晚光敏电阻 RL 的阻值很大，前一级来信号时，由于阻值大使得RL 两端的电压高，所以能够使下一级正常工作。而用滑动变阻器可以到达这个作用。所以，在晚上当有人发出声音时灯会亮。312 光敏电阻器的特性及主要参数光敏电阻器是根据半导体的光敏导电效应制成的，使用时给它施加以直
15、流或交流偏压。它是用硫化镉(CdS )或硒化镉(CdSe )材料制成的特殊电阻器，它对光线非常敏感。无光线照射时呈高阻态，暗阻值一般可达 15M 欧姆以上；有光照时材料中变激发出自由电子与空穴，使其电阻减小，随着照度的增高，电阻值迅速降低，亮阻值可小至 1K 欧姆以下。可见光敏电阻的暗值与亮阻值之比约为 1500 倍，暗阻愈高愈好。光敏电阻器的外型及符号如图所示。其结构特征是把条状的光敏材料封装在圆形管壳内，有的还用玻璃透明材料制成防护罩。和普通电阻器一样，它也有两根引线。图 3-1 光敏电阻器的主要参数图5通过对表中各光敏电阻参数的对比，本次设计选择了消耗功率比较低的、型号为JN54C384
16、 光敏电阻。313 光敏电阻的检测用一黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住，此时万用表的指针基本保持不动，阻值接近无穷大。此值越大说明光敏电阻性能越好。若此值很小或接近为零，说明光敏电阻已烧穿损坏，不能再继续使用。将一光源对准光敏电阻的透光窗口，此时万用表的指针应有较大幅度的摆动，阻值明显减些小此值越小说明光敏电阻性能越好。若此值很大甚至无穷大，表明光敏电阻内部开路损坏，也不能再继续使用。将光敏电阻透光窗口对准入射光线，用小黑纸片在光敏电阻的遮光窗上部晃动，使其间断受光，此时万用表指针应随黑纸片的晃动而左右摆动。如果万用表指针始终停在某一位置不随纸片晃动而摆动，说明光敏电阻的光敏材料已经损坏。314
17、 光控电路设计光控电路由光敏电阻 RL（滑动变阻器 R6 代替）、电位器 R5、非门电路 U2A、二极管 D1 等组成，如图 3-2 所示。图 3-2 光控部分电路仿真图32 声控电路声控电路声传感器（交流源 V3 代替）、六非门芯片 CD4609 内部的非门电路 U1A和 U5A、电容 C1、C2、开关、电位器 R5、滑动变阻器 R6 和若干电阻器等组成，如图3-3 所示。6图 3-3 声控部分电路仿真图321 声传感器(驻极体话筒)声传感器是声控电路的重要器件，它的作用是用来接受声控信号，把声控信号转换成电信号。常用的声传感器有驻极体电容话筒、压电蜂鸣器及扬声器等，使用的较多的是驻极体电容
18、话筒。驻极体电容话筒是一种有源声音传感器，它具有灵敏度高、体积小、使用方便等特点。（1）驻极体话筒的结构与原理话筒的基本结构由一片单面涂有金属的驻极体薄膜与一个上面有若干小孔的金属电极构成。驻极体面与背电极相对，中间有一个极小的空气隙，形成一个以空气隙和驻极体作绝缘介质，以背电极和驻极体上的金属层作为两个电极构成一个平板电容器。电容的两极之间有输出电极。由于驻极体薄膜上分布有自由电荷。驻极体话筒的工作原理如图 3-4 所示。图 3-4 驻极体话筒工作原理图7当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时；改变了电容两极版之间的距离，从而引起电容的容量发生变化，由于驻极体上的电荷数始终保持恒定，根据公式：
19、Q=CU 所以当 C 变化时必然引起电容器两端电压 U 的变化，从而输出电信号，实现声电的变换。实际上驻极体话筒的内部结构如图 3-5 所示。图 3-5 驻极体话筒内部结构由于实际电容器的电容量很小，输出的电信号极为微弱，输出阻抗极高，可达数百兆欧以上。因此，它不能直接与放大电路相连接，必须连接阻抗变换器。通常用一个专用的场效应管和一个二极管复合组成阻抗变换器。内部电气原理如图 3-6 所示。图 3-6 内部电气原理图电容器的两个电极接在栅源极之间，电容两端电压既为栅源极偏置电压 Ucs，Ucs变化时，引起场效应管的源漏极之间 Idc 的电流变化，实现了阻抗变换。一般话筒经变换后输出电阻小于
20、2 千欧。（2）驻极体话筒极性的判别8驻极体话筒体积小，结构简单，电声性能好，价格低廉，应用非常广泛。驻极体话筒的内部结构如图 3-6 所示。由声电转换系统和场效应管两部分组成。它的电路的接法有两种：源极输出和漏极输出。源极输出有三根引出线，漏极 D 接电源正极，源极 S 经电阻接地，再经一电容作信号输出；漏极输出有两根引出线。（3）驻极体话筒的特性参数工作电压 Uds1512V，常用的有 15V，3V， 45V 三种。 工作电流 Ids011mA 之间。 输出阻抗一般小于 2K（欧姆）。 灵敏度单位：伏 /帕，国产的分为 4 档，红点（灵敏度最高）黄点，蓝点，白点（灵敏度最低）。 频率响应一
21、般较为平坦。 指向性全向。 等效噪声级小于 35 分贝。在本次设计中选择的是一个交流源代替声传感器 BM 为 CRZ2-113F 型驻极体话筒。322 声控电路设计声控电路的组成电路如图 3-7 所示。图 3-7 声控电路的组成在白天，即使有人脚步声或其他声响，也不会有高电平加入非门电路 U2A 的输入端，因为光敏电阻器 R6 受光照而阻值变小，非门电路 U2A 的输入端始终为低电平，输出端也保持高电平，二极管 D1 和三极管 Q1 均处于截止状态，照明灯 X1 不亮。夜晚，光敏电阻器 R6 的阻值变大，此时若传声器（V3 代替）拾取到声音信号，则会有高电平加至非门电路 U2A 的输入端，使二
22、极管 D1 和三极管 Q1 导通，继电器 K1触头吸合，照明灯 X1 点亮（仿真灯泡变黄色）。93.3 延时电路在二极管 D1 或 D3 导通瞬间，电容器 C3 通过 D1 或 D3 被迅速充电，非门电路 U3A的输入端立即为低电平。当非门电路 U2A 或 U4A 的输出端由低电平变为高电平(随后又同时变为低电平)使 D1 或 D3 截止时，电容器 C3 通过电阻器 R7 缓慢放电，使非门电路U3A 的输入端仍维持一段时间的低电平，照明灯 X1 不会马上熄灭，直到 C3 放电结束，U3A 输人端变为高电平，输出端变为低电平，三极管 Q1 截止，继电器 K1 释放，照明灯 XI 才熄灭。延时电路
23、如图所示图 3-8 延时电路图3.4 人体触摸控制电路触摸控制电路由触摸开关 A、电阻器 R9、R10、非门电路 U4A 及二极管 D3 等组成。人体触摸控制电路工作原理：用手触摸电极片 A 后，人体感应信号转变成为电信号，将使非门电路 U4A 的输入端变为高电平，其输出端变为低电平，又使二极管 D3 导通，非门电路 U3A 的输入端变为低电平，输出端为高电平，晶体管 Q1 饱和导通，继电器 K1 闭合，照明灯 X1 点亮。相反，没有触摸信号时照明灯 X1 灯则不亮。加上人体触摸控制电路以后，就可以像正常的灯一样可以再任何时候都打开。触摸电路是独立于声光控电路之外的独立控制灯的电路。触摸控制电
24、路如图 3-9 所示。10图 3-9 触摸控制电路当人触摸开关后，灯会自动打开，并延时一段时间。延时的长短有电容的大小决定。4 声、光、触摸三控延时照明电路使用说明及仿真结果4.1 声、光、触摸三控延时照明电路的使用说明将该装置安装在楼道、走廊或卫生间等公共场所，在夜间，有人走动或发声时，灯会自动点亮延时数分钟后自动熄灭。在白天，若触摸电极片 A，则自动灯也会受触发而点亮并延时。4.2 仿真结果及其分析通过运用 protues 仿真表明电路能正常工作，能够满足设计的要求。仿真结果如图4-1 所示。11图 4-1 仿真结果图结果分析：在白天，即使有人脚步声或其他声响，照明灯 X1 不亮。夜晚，只
25、要有人或发出声音，照明灯 X1 就会点亮。用手触摸开关 A 后，照明灯 X1 点亮（仿真灯泡变黄色）。5 声、光、触摸三控延时照明电路设计总结经过了一个多星期的查阅资料及理论分析，终于完成了课程设计的仿真和论文完成了。经过这次课程设计，大大地提高了我的动手能力以及分析问题的能力，从中也学到了很多书面上所没有高清楚的问题。这次课程设计，让我学到了很多有用的知识和能力，这对以后的学习和工作都是非常有益的。通过这次的课程设计，我知道了很多有关课题设计小细节：要设计一个电路总是要先仿真成功了后才实际接线，但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为在实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且在仿真中无法
26、成功的电路接法，在实际中因为芯片的本身的特性而能够成功。所以在设计时一个考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。 当然，在设计的时候耐心是必不可少的，没有足够的耐心是无法完成这个即复杂又简单的数字电路的。 总之，这次试验让我受益匪浅，不仅仅是书本上面的固定知识结构，还有遇到问题解决事情的能力，还有和同学，老师的交流也让自己原来很差的语言能力得到了一定的提升。12下面对本设计的思路进行总结：（1）声、光、触摸三控自动灯由电源电路、声控电路、光控电路、触摸控制电路、延时电路、继电器驱动电路等组成。（2）更加熟悉设计的过程和思路，先分模块。（3）体会到学习要虚心，要静心的向老师和同学学习。13附录
27、元件清单电阻器 六个滑动电阻器 两个电容 三个灯 一个继电器 一个三极管 一个非门电路 五个开关 两个二极管 三个14致谢通过这两星期彭霞老师的悉心指导下完成的课程设计，设计中遇到的问题，老师细心详细的解答，让我重新学到了本专业不少的知识同时也让我受益匪浅。本设计中主要硬件包括声控电路、光控电路、人体触摸控制电路、继电器驱动电路。数字电路、电子技术等多领域知识。这次设计是对大学两年的学习知识系统化、深层次化，得以灵活的应用。通过这次设计学会了分析问题、处理问题的方法，可以说达到了举一反三的目的。当然也要感谢在这次课程设计中给予我帮助的老师和同学，在此要特别感谢魏成龙，邢泽等同学在实物制作过程中
28、给予的帮忙和协助。在此衷心感谢彭霞老师的耐心教导和栽培，正是有了彭霞老师的教导和同学们的无私帮助，才使我顺利的完成了声光触摸三控开关的设计。谢谢大家！15参考文献1 张克农.数字电子技术基础M.西安交通大学电子学教研组 2003.42 杨志中，数字电子技术（第二版），高等教育出版社，2009.103 康光华，电子技术基础（数电部分），华中理工大学电子学教研室4 彭介华，电子技术课程设计指导M. 北京：高等教育出版社5 李玲远，范绿蓉，陈小宇。电子技术基础实验。北京：科学出版社6 梁宗善，电子技术基础课程设计M. 武汉：华中理工大学出版社7 高吉祥，数字电子技术北京：电子工业出版社8胡宴如，模拟电子技术基础（第二版），高等教育出版社16
