[毕业设计精品]楼道声控灯设计.doc

目录第一章 摘要1第二章 方案论证221设计的目的和任务322设计要求3第三章 电路原理图431电路原理图432 VCC值的确定432延时的确定4第四章 元器件简介541 元器件清单542元器件简介5第五章电路的调试与焊接1151电路的调试1152焊接时注意事项12第六章 心得与体会15第七章 附页17参考文献17附图18第一章 摘要 公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关,由于各种原因往往出现许多灯泡点亮长明的现象,故使灯泡寿命短,浪费电量,为国家、单位、个人造成经济损失。另外，由于频繁开关或其他人为因素，墙壁开关的损坏率很高，既增大了维修量、浪费了资金，又容易造成事故隐患。因此，设计研制一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便的声光双控白炽灯节能自动开关显得相当有必要。使公共场所和居民居住区的公共楼道灯在白天时不亮，晚上闻声自亮，待人走后，几十秒后自动关闭，既方便又省电。以往的声控开关大多都是应用模拟电子技术进行设计，分立元件多，不可靠，如今单片机技术已经相当成熟，运用单片机可以设计出智能型的声控开关，电路设计好后，运用软件编程来实现其功能，灵活方便，修改简单。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。第二章 方案论证声控灯包括灯负载RL、可控硅SCR、话筒MIC及 声控电路，灯负载RL与可控硅SCR串接后与电源相连，话 筒将声音信号转换成电信号，声控电路通过声音信号控制可控 硅SCR的导通状态，其特征在于，所述声控电路包括电源部 分，谐振放大部分及触发器，电源部分通过电容降压、整流及 稳压提供声控电路所需的直流电压，谐振放大部分包括多极三 极管放大，话筒接在第一级放大三极管的基极上并由电容耦合 ，一个由电感和电容构成的振荡电路接在末级放大三极管的基 极 上，放大后的信号影响触发器的翻转，并最终控制可控硅的 控制极的电位。准确说我们说的的声控灯应该全名为-声光控灯。因为和光线也有关系。白天 你放鞭炮它都不会亮。 光控电子开关，它的“开”和“关”是靠可控硅的导通和阻断来实现的，而可控硅的导通和阻断又是受自然光的亮度（或人为亮度）的大小所控制的。该装置适合作为街道、宿舍走廊或其它公共场所照明灯，起到日熄夜亮的控制作用，以节约用电。 220V交流电通过灯泡H及整流全桥后，变成直流脉动电压，作为正向偏压，加在可控硅VS及R支路上。白天，亮度大于一定程度时，光敏二极管D呈现底阻状态1K，使三极管V截止，其发射极无电流输出，单向可控硅VS因无触发电流而阻断。此时流过灯泡H的电流2.2mA,灯泡H不能发光。电阻R1和稳压二极管DW使三极管V偏压不超过6.8V，对三极管起保护作用。夜晚，亮度小于一定程度时，光敏二极管D呈现高阻状态100K，使三极管V正向导通，发射极约有0.8V的电压，使可控硅VS触发导通，灯泡H发光。RP是清晨或傍晚实现开关转换的亮度选择元件。21设计的目的和任务1巩固加深对模拟电子技术和数字电子技术基础知识的理解，提高综合利用所学知识的能力，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、仿真和调试、写报告等环节的训练，熟悉设计过程、步骤。为今后从事电子线路的设计，研制电子产品打下基础。3设计模拟和数字混合电路，实现特定功能，学习这一技能，积累这一方面的经验。22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。2在白天亮度较高的时候，即楼道内光线充足时此开关关闭，灯熄灭。3夜晚楼道内光线很暗时，若楼道内充分安静，此灯不启动。4若在光线很暗的楼道内，有人发出声响，此灯会自动开启发亮。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）图形符号要标准，图中应加适当的标注。第三章 电路原理图31电路原理图见附页 图3132 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V0=220x1.414=311V，输入电压的表达式为VCC=R1*V0/（R1+R3） 算得VCC=5V。32延时的确定图32第四章 元器件简介41 元器件清单NE555 一块 电阻 6个 光敏电阻 1个 话筒 1个 电容 2个 SM74LS122 1个 运放LM358 1个 发光二极管 1个 42元器件简介NE555内部结构原理图41 NE555内部结构原理图555定时器由3个阻值为5k的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G4组成。虚线边沿标注的数字为管脚号。其中，1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.7V）可使555定时器直接复位；5脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；8脚为电源端，可在5V18V范围内使用。555定时器工作时过程分析如下： 5脚经0.01uF电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。 当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。 当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。 当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。 当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。NE555引脚图图42 NE555引脚图SM74LS122引脚图及功能图43 SM74LS122引脚图光敏电阻结构图图44 光敏结构图简介光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达110M欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.40.76）m的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。 结构通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内 图45光敏电阻外形图和电路符号就激发出电子空穴对，参与导电，使电路中电流增强。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极常采用梳状图案，它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。一般光敏电阻器结构如右图所示。 光敏电阻器通常由光敏层、玻璃基片（或树脂防潮膜）和电极等组成。光敏电阻器在电路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示运放LM358图46 运放LM358结构图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、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。第五章 电路的调试与焊接51电路的调试当一个电路板焊接都完成后，在检查该电路板是否可以正常工作时，通常不要直接给电路板供电，而是要按下面的步骤进行检查，确保每一步都没有问题后在上电也不迟，以免造成不必要的危险。(1)连线是否正确如今，大家都是使用电路绘制软件进行电路板的设计，但是还是建议大家先画原理图在生成网络表来生成PCB的连接，有很多的初学者学习PCB电路板的软件是都是直接话PCB(我初学时就是这样的)，在单片机的入门和设计各个小实验电路板时都是直接在元件库中拉出元件封装来话PCB，通常会导致很多管脚的错连。如果你是使用很规范的电路设计步骤来设计的电路板，那么你的原理图是你检查的关键，这里需要检查的地方主要在芯片的电源和网络节点的是否标注正确，同时也要注意网络节点是否有重叠的现象，这是检查的重点。另一个检查的重点是元件的封装。现在很多的芯片的封装的不同，其引脚的顺序也是不同的，以前记得一个研究生在调试NEC的处理器是就有类似的事情发生，我记得他选用的是NEC的UPG78F9222的8为Flash处理器，但是其在设计电路时原理图中的是DIPPCB的封装对应的引脚，但是在PCB中是贴片的元件，管叫完全的不对应，导致上电是老是少芯片，但是这样就会给调试者误导以为是自己的电源有问题！(2)电源接口是否有短路现象这里就体现出调试之前不上电的原因，有的电源接口短路，这样会造成你的电源烧坏。有时会有电源爆炸的事故发生。使用万用表测量一下电源的输入阻抗。这是必须的步骤。再设计是电源部分可以使用一个0欧姆的电阻来作为调试方法，上电前先不焊接电阻，检查电源的电压正常后在将电阻焊接在PCB上给后面的单元供电。以免造成上电由于电源的电压不正常而烧毁后面单元的芯片，但是贴片的就更麻烦！电路设计中增加保护电路，比如使用自恢复保险丝等元件。(3）元器件安装情况主要是检查有极性的元器件，如发光二极管，电解电容，整流二极管等。以及三极管的管脚是否对应，对于三极，同一功能的不同厂家其管教的排序也是不同的。所以最好使用万用表测试一下！52焊接时注意事项1.  呈圆焊接顺序 元器件装焊顺序依次为：电阻器、电容器、二极管、三极管、集成电路、大功率管，其它元器件为先小后大。 2.     芯片与底座都是有方向的，焊接时，要严格按照PCB板上的缺口所指的方向，使芯片，底座与PCB三者的缺口都对应。3.     焊接时，要使焊点周围都有锡，将其牢牢焊住，防止虚焊。4.     在焊接圆形的极性电容器时（一般电容值都是比较大的），其电容器的引脚是分长短的，以长脚对应“+”号所在的孔。 5.     芯片在安装前最好先两边的针脚稍稍弯曲，使其有利于插入底座对应的插口中。6.     电位器也是有方向的，其旋钮要与PCB板上凸出方向相对应。7.     取电阻时，找到所需电阻后，拿剪刀剪下所需数目电阻，并写上电阻，以便查找。8.     装完同一种规格后再装另一种规格，尽量使电阻器的高低一致。焊完后将露在印制电路板表面多余引脚齐根剪去。 9.     焊接集成电路时，先检查所用型号，引脚位置是否符合要求。焊接时先焊边沿对脚的二只引脚，以使其定位，然后再从左到右自上而下逐个焊接。 10. 对引脚过长的电器元件（如电容器，电阻等），焊接完后，要将其剪短。11. 焊接后用放大镜查看焊点，检查是否有虚焊以及短路的情况的发生。12. 当有连线接入时，要注意不要使连线深入过长，以至于将其旋在电线的橡胶皮上，出现断路的情况。13. 当电路连接完后，最好用清洗剂对电路的表面进行清洗，以防电路板表面附着的铁屑使电路短路。14. 在多台仪器老化的时候，要注意电线的连接，零线对零线，火线对火线。15. 当最后组转时，应将连线扎起，以防线路混乱交叉。16. 要进行老化工艺，可发现很多问题，连线要接紧，螺丝要旋紧，当反复插拔多次后，要注意连线接头是否有破损。17. 焊接上锡时，锡不宜过多，当焊点焊锡锥形时，即为最好第六章 心得与体会 经过这为期两周的数字电子技术课程投计，在设计“声控灯”的过程中，我终于知道了在做这样一个课程设计时，应该从什么地方着手，应该怎样构造自己的思路，怎样把所学的理论知道应用到实践中去，在此次课程设计过程中，让我感觉到了，自己所学知识的溃泛，验证了古人所说的“书到用时方恨少”这句话，每做一步实验都要去查阅资料，去把以前所学的知识从新复习一遍。 这次实验不但锻炼了我的动手能力，也帮助我从新温习了一遍模拟电子技术和数字电子技术。以前我一直都比较重视理论知识，认为只要学懂了理论知识，就不怕动手操作，但这次课程设计之后让我完全改掉了这种错误的思想，让我认识到，我不应该做一个书呆子，要有动手能力，要靠自己的双手去实现自己的梦想，有的时候能把原理倒背如流，但是一但用到实际上，就会出错，不能应对一些紧急故障。比如在焊接上就会出现一系列的问题，我们能把电路图看懂，但是当我们去焊接时就会出现问题，有时是焊接的不够牢固，有时是焊点过于大和别的焊点连接在一起引起短路等一系列的实际操作问题。通过这次实验，我对NE555，74LS122的功能有了新理解和认识，也第一次认识了光敏电阻和驻极体话筒，对它们有了了解和认识。在设计过程中遇到的疑难问题在老师和同学的帮助下得到了一一的解决。我们认为，在这学期的课程设计中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。而且，这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。 与队友的合作更是一件快乐的事情，只有彼此都付出，彼此都努力维护才能将作品做的更加完美。而团队合作也是当今社会最提倡的。曾经听过，MBA之所以最近不受欢迎就是因为欠缺团队合作的精神和技巧。第七章 附页参考文献：书名：数字电子技术基础 作者：阎 石 出版社：高等教育出版社 日期：1998年6月书名：电子工程实践技术 作者：付家才 出版社：,化学工业出版社书名：模拟电子技术基础 作者：康华光 出版社：高等教育出版社附图：图31电路原理图