聲光控?zé)粽n程設(shè)計論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　光控?zé)艉吐暪饪責(zé)羰蔷蛹艺彰鞯闹匾M成部分（如樓道、衛(wèi)生間、小巷等），它們的出現(xiàn)使我們的生活方便許多，既可避免摸黑找開關(guān)造成的摔傷碰傷，又可杜絕樓道燈有人開、沒人關(guān)浪費能源的現(xiàn)象。</p><p>　　介紹了用三極管和與非門芯片實現(xiàn)光控?zé)艉吐暱責(zé)舻脑?，重點介紹了二者的實現(xiàn)方法和具體細節(jié)，及制作過程中遇

2、到的問題和相應(yīng)的解決方案。</p><p>　　關(guān)鍵詞：光控?zé)?、聲控?zé)?、光敏電阻、麥克風(fēng)、導(dǎo)通、截至、</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Optically controlled lamp and acoustic control lamp play an important role in our da

3、ily 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 in looking for the switches of lights in the dark,bu

4、t also eliminate the phenomenon that someone turn on the light but nobody turn off to avoid the waste of resources.</p><p>　　It introduces the principle of how to use dynatrons and a nand gate chip to achiev

5、e the purpose that control the lights by light and sound,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 the process

6、 of making it.</p><p>　　Key words: Optically controlled, acoustic control, mircphone, light dependent resistor </p><p>　　breakover, cutoff</p><p><b>　　目 錄</b></

7、p><p>　　引言 ·································&

8、#183;······················1</p><p>　　1 光控?zé)?#183;········

9、;····································

10、83;·····2</p><p>　　1.1 光控?zé)舻脑?·························&

11、#183;···························2</p><p>　　1.2 實際電路 ···&

12、#183;····································

13、;·················2</p><p>　　1.3 光控?zé)舻膶崿F(xiàn) ·············&#

14、183;····································

15、···3</p><p>　　1.4 光控?zé)艨偨Y(jié) ····························

16、;···························4</p><p>　　2 聲控?zé)?····&#

17、183;····································

18、··········5</p><p>　　2.1 聲控?zé)舻脑?………………………………………………………………………5</p><p>　　2.1.1實際電路 ……………………………………………………………………………5</p><p>　　2.1.2光控電路

19、 ……………………………………………………………………………6</p><p>　　2.1.3聲控電路 ……………………………………………………………………………6</p><p>　　2.1.4邏輯電平翻轉(zhuǎn)及觸發(fā)電路 …………………………………………………………7</p><p>　　2.1.5延時電路 ……………………………………………………………………………7

20、</p><p>　　2.2 聲控?zé)舻膶崿F(xiàn) ………………………………………………………………………8</p><p>　　2.3 電路調(diào)試 ……………………………………………………………………………9</p><p>　　2.4 聲控?zé)艨偨Y(jié) …………………………………………………………………………9</p><p>　　謝辭 …………

21、………………………………………………………………10</p><p>　　參考文獻 ……………………………………………………………………11</p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的高科技節(jié)能產(chǎn)品出現(xiàn)在我們生活的方方面面，聲控?zé)?、光控?zé)羰蔷蛹艺彰鞯闹匾M成部分，光控?zé)羰怯晒饪亻_關(guān)和LED

22、燈組合而成。聲控?zé)粲甥溈孙L(fēng)，放大電路和LED燈組成。在地球資源日漸衰竭的今日，環(huán)保、節(jié)能是當(dāng)今各產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重心，尤其是需要消耗大量電力的照明產(chǎn)業(yè)，基于此目的的研發(fā)工作更是趨向環(huán)保、節(jié)能的特性上著眼。因此，開發(fā)新型高效、節(jié)能、壽命長、環(huán)保的電路對居家照明節(jié)能具有十分重要的意義。由此聲控、光控LED燈的諸多優(yōu)點在現(xiàn)在正逐漸取代傳統(tǒng)的照明設(shè)備，是照明產(chǎn)品的新興光源，有「綠色照明」光源之稱，未來將光芒耀眼，發(fā)展?jié)摿o限。聲控、光控LED具有節(jié)能

23、、體積小、發(fā)熱量低、壽命長、耗電量小、反應(yīng)速度快、易控制等眾多優(yōu)點，極大的滿足了人們?nèi)粘Ｉ畹男枰?，因此十分被燈飾業(yè)者看好。</p><p>　　光控?zé)?，安裝方便，使用壽命長。集光學(xué)、材料和電路技術(shù)為一體組成的自動照明開關(guān)，白天或光線較強時，開關(guān)電路為自鎖狀態(tài)，LED燈不亮，當(dāng)光線黑暗時或晚上來臨時，開關(guān)自動打開，LED燈亮，從而實現(xiàn)了白天自動熄滅夜間自動打開的目的，節(jié)省了人為的控制。</p>&l

24、t;p>　　聲光控集聲控、光控、延時自動控制技術(shù)為一體,內(nèi)置聲音感應(yīng)元件,光效感應(yīng)元件,白天光線較強時，受光控自鎖，有聲響也不通電開燈；當(dāng)傍晚環(huán)境光線變暗后，開關(guān)自動進入待機狀態(tài)，遇有說話聲、腳步聲等聲響時，會立即通電,亮燈，延時半分鐘后自動斷電；能延長燈泡壽命6倍以上，節(jié)電率達90％。</p><p>　　二者都為人們的日常生活提供諸多方便。</p><p>　　本文的主要內(nèi)容包括

25、：</p><p>　　通過模擬電子技術(shù)的學(xué)習(xí)，提出了一種基于晶體三極管工作狀態(tài)的系統(tǒng)設(shè)計方法，結(jié)合光敏電阻的隨著外部環(huán)境的阻值改變的特性，給出光控?zé)舻脑O(shè)計方案，在此基礎(chǔ)上結(jié)合數(shù)字電子技術(shù)的優(yōu)點，引入拾音器將聲控功能加如其中，同時實現(xiàn)聲控和光控，以下給出了二者詳細的設(shè)計過程，包括軟件設(shè)計、軟件仿真，以及測試和實驗結(jié)果。</p><p><b>　　第一章 光控?zé)?lt;/b>

26、;</p><p>　　光控?zé)簦丛谟泄饣蚬庹毡容^強的時候，發(fā)光二極管不發(fā)光，在無光照或者光照弱的情況下，發(fā)光二極管發(fā)光。</p><p>　　1.1 光控?zé)舻脑?lt;/p><p>　　要設(shè)計光控?zé)?，首先要掌握光敏電阻的特性，光敏電阻又稱光導(dǎo)管，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器,常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫

27、化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下（光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.4~0.76）μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化），其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。經(jīng)測量隨著外部環(huán)境的改

28、變，本次所用光敏電阻阻值的變化范圍為2K-3M,即在有光照射時電阻阻值下降，無光照時阻值上升，根據(jù)這一特性可以控制三極管工作狀態(tài)進而控制燈的亮滅的電路。</p><p>　　三極管工作狀態(tài)分為放大、截止和飽和。當(dāng)工作在放大區(qū)時，發(fā)射極正偏，集電極反偏；當(dāng)工作在截止區(qū)時，發(fā)射極和集電極均反偏；當(dāng)工作在飽和狀態(tài)時，發(fā)射極和集電極均正偏。同時三級管有兩種材料做成，一種為硅管，其正偏發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓為0.7V；一種為鍺管，

29、其正偏發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓為0.3V。三極管種類有NPN和PNP兩種，本次課設(shè)用到的三極管為NPN型硅管9014和PNP型硅管9012。</p><p><b>　　1.2 實際電路</b></p><p>　　設(shè)計方案圖一： 設(shè)計方案圖二：</p><p>　　兩者比較，方案圖一使用到微調(diào)電阻，調(diào)節(jié)其可使

30、電路對外界的變化更加靈敏，考慮到本次課設(shè)設(shè)計光控?zé)羰侵笤O(shè)計聲控?zé)舻囊粋€理論基礎(chǔ)，沒有必要加太多功能，所以選用圖二為設(shè)計電路原理圖。</p><p>　　將光敏電阻用做三極管9014的下偏置電阻，利用光敏電阻隨外部光照的變化來控制三級管9014的工作狀態(tài)，可以是三級管工作在截止和導(dǎo)通兩種不同的狀態(tài)，9012基極接至9014的發(fā)射極輸出處，發(fā)射極接電源，集電極接輸出LED燈，9012的工作狀態(tài)受9014的控制，當(dāng)有

31、光照時，光敏電阻阻值降低，9014基極電壓被拉低而截止，9012基極電壓升高9012截止，LED滅；反之光敏電阻沒有光照時，其阻值增大，9014基極電壓升高并使其導(dǎo)通，9012基極電壓降低，9012飽和導(dǎo)通。</p><p>　　1.3 光控?zé)舻膶崿F(xiàn)</p><p>　　經(jīng)實測光敏電阻的阻值在有光照射時大約在2K左右，無光照射時阻值大約在3M左右，所以用R3、R4和一個開關(guān)來代替光敏電阻，

32、當(dāng)開關(guān)撥向阻值在R3時（無光照射時），發(fā)光二極管發(fā)光（圖中發(fā)光二極管三角形成紅色），仿真圖如圖1.3所示：仿真成功后，畫出PCB圖，如圖1.4 然后印制電路板、打孔、插器件，完成實際電路，如圖1.5.，之后對電路進行調(diào)試。 </p><p>　　圖1.3

33、 圖1.4 </p><p>　　調(diào)試時用兩節(jié)干電池作為3V電源，檢查電路焊接無誤后接通電源，燈不亮，將光敏電阻遮住，燈亮，至此電路調(diào)試成功。</p><p><b>　　器件清單：</b></p><p>　　電阻: 10k*1 100k*1</p><p&g

34、t;　　電容：1uF有極性*1</p><p>　　三極管：9014*1 9012*1</p><p>　　放光二極管：紅色*1</p><p>　　干電池：1.5v*2</p><p>　　開關(guān): 單刀單擲*1</p><p><b>　　排針 引線</b></p><p&

35、gt;<b>　　圖1.6</b></p><p>　　1.4 光控?zé)艨偨Y(jié)</p><p>　　以上光控電路主要是利用三極管的開關(guān)作用完成。由于剛開始沒有計算好電源電壓，在調(diào)試初期，接上了3節(jié)干電池導(dǎo)致了LED燈燒壞。在實際電路中燈的電壓遠遠高于三極管的控制電壓，如果還這樣設(shè)計勢必要燒壞三極管，在實際實現(xiàn)中可以采用耐壓值比較高的晶閘管，或者用繼電器間接實現(xiàn)對燈的亮滅

36、控制。調(diào)試時發(fā)現(xiàn)電路的感光靈敏度不高，在很暗的時候燈才能亮，可以在光敏電阻哪里串聯(lián)一個阻值適當(dāng)?shù)幕瑒幼冏杵鳎@樣的話就可以調(diào)節(jié)光敏電阻的靈敏度了。聲控?zé)艉苋菀讓崿F(xiàn)，這一部分設(shè)計為第二章的聲控?zé)舻膶崿F(xiàn)提供了理論依據(jù)。</p><p><b>　　第二章 聲控?zé)?lt;/b></p><p>　　實際生活中的聲控?zé)羰窃诠饩€很暗和有聲音時候燈亮起來，延時一段時間后自動熄滅，在光

37、線充足或沒有聲音的時則不會亮起，要達到這個效果，需要用到光控和聲控兩部分電路。</p><p>　　2.1 聲控?zé)舻脑?</p><p>　　電路原理圖如圖2.1所示，電路由光控部分，聲控部分，放大電路，CD4011與非門，延時部分和晶閘管（可控硅）組成。白天或夜晚光線較亮?xí)r光控部分將開關(guān)（晶閘管）自動關(guān)斷，聲控部分不起作用。當(dāng)光線較暗時，光控部分將開關(guān)自動打開，負載電路的通斷受控于聲

38、控部分，電路能否接通取決于聲音信號的強弱，當(dāng)聲強達到一定強度（不小于CD4011的開門電壓）電路自動接通，點亮LED燈，并開始延時，延時時間到，開關(guān)自動斷開，等待下一次聲音信號觸發(fā)。這樣，該電路通過對環(huán)境聲光信號的監(jiān)測和處理，完成電路開斷的自動開關(guān)控制。</p><p><b>　　2.1.1實際電路</b></p><p>　　電路中三極管在聲音信號的觸發(fā)下起著放大

39、開關(guān)作用，電路也可以用運放或構(gòu)成，運放的輸出直接接到555芯片，由555芯片構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路延時，但是這樣不容易將光控功能加到其中，而且用到兩個芯片，增加了成本。所以選擇了一下電路。</p><p>　　可以將本電路分為光控電路，聲控電路，邏輯電平翻轉(zhuǎn)及觸發(fā)電路和延時電路幾個基本電路：</p><p><b>　　2.1.2光控電路</b></p><

40、;p>　　如圖2.2所示，由R4和R9組成，其中R9為光敏電阻，電路中晶閘管的通斷，取決于控制信號的有無。光敏電阻R9的阻值隨著光照強度的變化而變化，當(dāng)光照達到一定強度時，其電阻值變小到與R4分壓后使IC(a)2腳處于邏輯低電平，2腳所在的與非門被封死，這時不管有無聲音信號輸入，IC(d)11腳都是低電平，晶閘管正向阻斷。隨著光照強度的減弱，R9的阻值逐漸增大，2腳的電平逐漸上升，當(dāng)2腳的電位上升到邏輯高電平后，即滿足了開門條件，

41、此時的聲控開始起作用，3腳是否翻轉(zhuǎn)只取決于IC(a)1腳電位（聲控電路輸入端）是否達到了邏輯高電平。</p><p><b>　　2.1.3聲控電路</b></p><p>　　如圖2.3所示，由麥克風(fēng)MK1，三極管VT，電容C1及電阻R1、R2、R3等組成，其中MK為聲檢測元件，當(dāng)環(huán)境聲音很弱時，三極管VT處于飽和狀態(tài)，IC(a)1腳為低電平11亦為低電平，晶閘管阻

42、斷，當(dāng)環(huán)境聲音信號達到一定強度時，通過MK1拾音輸出經(jīng)C1耦合到VT的基極，使集電極即IC(a)1腳電位隨聲強而高低變化，當(dāng)1腳處于高電平時，由于2腳早已處于高電平而滿足了與非門翻轉(zhuǎn)條件，3腳跳變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p>　　麥克風(fēng)的接收聲音信號并將信號轉(zhuǎn)化為電流信號（交流信號），使三極管VT由飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)，電阻很大，基本上為VCC電壓值。所以在聲音信號來到時會有三極管C極電壓的跳變現(xiàn)象，如圖2.3（a

43、）。也正是由于這一現(xiàn)象使得聲控功能得以實現(xiàn)。</p><p>　　2.1.4邏輯電平翻轉(zhuǎn)及觸發(fā)電路</p><p>　　如圖2.4所示，由四二輸入與非門IC(CD4011)及R7、R8等組成。圖中看出白天或光線很亮?xí)r，與非門IC(a)的1腳為低電平,3腳輸出為高電平，經(jīng)過IC(b)、IC(c)、IC(d)的電平翻轉(zhuǎn)，IC(d)11腳輸出為低電平,晶閘管不被觸發(fā),燈不亮；當(dāng)環(huán)境光線較暗使IC

44、(a)的2腳為邏輯高電平時，為IC(a)的翻轉(zhuǎn)提供了必要條件，IC(a)翻轉(zhuǎn)與否受控于IC(a)1腳電平的高低（聲控輸入端）。當(dāng)有聲音信號輸入使IC(a)的1腳為高電平時，輸出3腳跳變?yōu)榈碗娖剑?腳跳變?yōu)楦唠娖讲⒔?jīng)D1向C1充電，C3上的電壓不斷升高，當(dāng)C3上的電壓上升到IC邏輯高電平時,10腳變?yōu)榈碗娖?11腳輸出高電平，經(jīng)R7加到晶閘管ｑ控制極，晶閘管ｑ被觸發(fā)導(dǎo)通。</p><p><b>　　2.

45、1.5延時電路</b></p><p>　　如圖2.5所示，由R5、R6、C2、D1等元件組成。結(jié)合聲控電路光控電路分析，當(dāng)晶閘管q被觸發(fā)導(dǎo)通時C1上的電壓降低，MK1拾音器的靈敏度降低，VT重新飽和，3腳為高電平，4腳變?yōu)榈碗娖?，由于D1的隔離作用，C2上的電壓仍維持8、9腳高電平，11腳也為高電平，C2上的電壓通過R5、R6放電，直至C3上的電壓降低至IC邏輯低電平時，11腳變?yōu)榈碗娖?，晶閘管q在

46、正負極間的電壓過零時被正向阻斷，C2上的電壓重新升高，MK1恢復(fù)拾音靈敏度，等待下一次聲控信號的輸入，IC 8、9腳電位從高電平降低為低電平的時間，即為開關(guān)接通的維持時間，由C2和R5、R6的數(shù)值確定。</p><p>　　2.2 聲控?zé)舻膶崿F(xiàn)</p><p>　　圖2.6為聲控?zé)舻姆抡鎴D，其中用5mv的交流信號源作為聲音信號，將其與開關(guān)J1一同串接進聲控電路，開關(guān)閉合表示有聲音信號；在光

47、敏電阻下并接兩個阻值不同的電阻，開關(guān)J2與大電阻的串接模擬光線較暗時候，開關(guān)J3與小電阻串接模擬光線亮的時候，當(dāng)開關(guān)J1與開關(guān)J2均閉合時，表示光線較暗且有聲音，此時燈亮。</p><p><b>　　圖2.6</b></p><p>　　圖2.7為整體電路的PCB圖，將畫好的PCB圖印制到電路板上，之后腐蝕、打孔、插器件、焊接，得到實物電路板如圖2.8</p&

48、gt;<p>　　圖2.7 圖2.8</p><p><b>　　2.3 電路調(diào)試</b></p><p>　　在板子完成后，對其進行功能測試，步驟如下：</p><p>　　斷開光敏電阻，電容C1，與非門IC（a）的2腳為高電平，1腳為低電平，3腳

49、輸出為高電平，經(jīng)IC（b）、IC（d）邏輯電平轉(zhuǎn)換，IC 11腳輸出為低電平，晶閘管q不被觸發(fā)，燈不亮。</p><p>　　斷開三極管VT的集電極或發(fā)射極，同時斷開光敏電阻，與非門IC（a）1,2腳為高電平，3腳輸出為低電平，經(jīng)IC（b）、IC（d）邏輯電平轉(zhuǎn)換，</p><p>　　IC 11腳輸出為高電平，晶閘管q被觸發(fā)，燈亮。綜上兩步調(diào)試，圖2.4工作正常。</p>

50、<p>　　斷開光敏電阻，接通電源，這時燈不亮。擊掌觸發(fā)聲控電路，燈亮。經(jīng)過一段時間延時，燈滅，說明圖2.3和2.5工作正常。</p><p>　　最后檢查光控電路，電路全部復(fù)位，接通電源，燈不亮。用深色物品將光敏電阻遮住，擊掌觸發(fā)聲控電路，燈亮。至此電路調(diào)試完畢。</p><p><b>　　2.4 聲控總結(jié)</b></p><p>

51、;　　聲控的制作過程花的時間較長，剛開始研究原理圖時參看了好多資料，包括模電課本，數(shù)電課本，查閱了一些器件的用法，如晶閘管，之后對原理圖進行了仿真，仿真過程中對麥克風(fēng)和光敏電阻進行模擬，仿真成功后開始制作電路板，然后進行調(diào)試，在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)了好多問題:電路沒有焊好，有好幾處虛焊的地方，芯片沒有插好，晶閘管接反了，這些都導(dǎo)致電路沒能完全工作，剛開始沒有成功。本次課設(shè)中R為2M固定電阻和1M的滑變，C為22uF的極性電容，延時時間理論上為

52、44秒，而實際中為35秒左右，是因為開門晶閘管有一定的開門電壓，同時與非門也有低電平限制，兩者都限制了晶閘管的實際導(dǎo)通時間。</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　這次課設(shè)是我第一次完完全全自己做的，無論是原理圖的研究，板子的布線還是最后的調(diào)試，都很用心，我想為自己喝彩。這次課設(shè)非常感謝我的指導(dǎo)老師xx，在我做板子最艱難的時候， x老師給了

53、我及時的教導(dǎo)和親切的鼓勵，xx老師的諄諄教誨讓我可以毫無壓力的遨游在知識的海洋里，再次感謝李老師。</p><p>　　這次課設(shè)科協(xié)的同學(xué)也給我提供了很多方便，很感謝他們。</p><p><b>　　參考文獻:</b></p><p>　　[1] 王衛(wèi)東.模擬電子電路技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)2002，58~62.</p>

54、;<p>　　[2] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，1977：138~162.</p><p>　　[3] 謝自美.電子線路設(shè)計·實驗·測試[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002:79-81.</p><p>　　[4] 周魏、黃雄華.數(shù)字邏輯電路·實驗·設(shè)計·仿真[M]，成都：電子科

55、技大學(xué)出版社，2007：41-49.</p><p>　　[5] 唐宇、陳大興.電子技術(shù)實踐教程[M].成都：西安交通大學(xué)出版社，2009：126-140.</p><p>　　[6] 熊發(fā)明、嚴(yán)俊、龍超等.新編電子電路與信號課程實驗指導(dǎo).北京：國防工業(yè)出版社，2005： </p><p><b>　　124-138.</b></p