毕业设计（论文）自制小夜灯.doc

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1、新疆轻工职业技术学院毕业论文论文题目： 自制小夜灯 姓 名： 班 级： 电子信息工程 指导教师： 二八年四月四日主要目的加强自己对理论知识的理解，理论与实际相结合，锻炼动手能力。做到学以致用，自己动手制作产品。主要内容环境照明度低于52勒克斯，周围声音大于50分贝时，制作的小夜灯就自动小夜灯就会点亮，发出持续约5min分钟的不刺眼灯光，以便处理有关事务。具体要求1.环境照度低于52勒克斯时。2.大于50分贝的声响。3.延时关闭：5分钟左右。指导教师评语及意见：指导教师： 年 月 日答辩委员会评语及综合成绩评定：答辩委员会主任： 年 月 日系部意见：系主任： 年 月 日摘要 本产品主要应用于夜间

2、照顾婴儿，照顾年迈的老人，病人半夜起床小便、凌晨醒来看钟表等，只要环境照明度低于52勒克斯，周围声音大于50分贝时，制作的小夜灯就自动小夜灯就会点亮，发出持续约5min分钟的不刺眼灯光，以便处理有关事务。如果时间尚早，可按动一下复位开关SB提前关灯，以节约电能。 小夜灯主要依靠声音，光的刺激，从而启动。关键字：自动 照明 夜灯 目录摘要2引言4第一章：设计目的与要求1.1 设计目的51.2 设计要求51.3 设计任务5第二章：元器件的选择62.1 555时基电路的介绍72.2 555时基电路的选择.8. 2.3 技术指标9第三章：设计方案3.1 电路基本组成33.2 工作原理33.3 电路工作

3、特性3第四章：方案应用44.1制作与应用44.2注释44.3自动控制的说明4第四章 总结4参考文献引言婴儿在夜间哭闹不止，说明有事需要及时处理。年轻的母亲往往要找准开关的位置，打开电源；又要忙于找奶瓶、尿布之类的物品；而有些父母担心在黑暗中摸索会带来不安全因素，所以只有整夜开着电灯，而这又导致小孩子不能入睡，哭闹不止，常常弄得父母手足无措，心烦意乱。何不动手制作一盏自动小夜灯呢！它能够在婴儿哭闹时自动点亮，持续发出约5min(分钟)的不刺眼灯光，以便处理有关事务。当然，处理完事务后，还可按动专门的复位按钮开关，随时提前关闭亮着的小灯，从而大大方便了人们的日常生活。自动小夜灯以科学照明为理念，采

4、用发光二极管作为光源，利用声、光，延时等控制电路对其自动操作。具有节能、智能、方便安全、使用寿命长等突出特点。自动小夜灯属于低亮度照明，它的亮度在满足人们夜间临时需要活动视觉需要的同时，更重要的是这样的光线对人的眼睛没有任何刺激，起到保护视力的作用。也不必为由于强光的刺激难以继续入睡而感到苦恼。环境亮度低于5勒克斯时如有声响小夜灯就自动点亮，延时5分钟左右自动关闭。如遇声响将再次点亮。避免了在黑暗中摸索开关导致的不安全隐患，也不必担心长时间在灯光下睡眠给您的身体带来的影响，方便实用并且不会影响到他人。本产品利用电池供电，没有任何开关。可随意放置或手持行走。远离强电，杜绝触电的可能，因此很安全。

5、第一章：设计目的与要求1.1 设计目的 加强自己对理论知识的理解，理论与实际相结合，锻炼动手能力。做到学以致用，自己动手制作产品。1.2 设计要求1.环境照度低于52勒克斯时。2.大于50分贝的声响。3.延时关闭：5分钟左右。1.3 设计任务当环境照明度低于52勒克斯，周围声音大于50分贝时，制作的小夜灯就发出持续约5min分钟的不刺眼灯光，以便处理有关事务。还可按动专门的复位按钮开关，随时提前关闭亮着的小夜灯。第二章 元器件的选择2.1 555时基电路的介绍：555时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在同一硅片上的组合集成电路。它设计新颖，构思奇巧，用途广泛，备受电子专业设计人员和电子

6、爱好者的青睐，人们将其戏称为伟大的小IC。1972年，美国西格尼蒂克斯公司(Signetics)研制出Tmer NE555双极型时基电路，设计原意是用来取代体积大,定时精度差的热延迟继电器等机械式延迟器。但该器件投放市场后，人们发现这种电路的应用远远超出原设计的使用范围，用途之广几乎遍及电子应用的各个领域，需求量极大。美国各大公司相继仿制这种电路 1974年西格尼蒂克斯公司又在同一基片上将两个双极型555单元集成在一起，取名为NF556。1978年美国英特锡尔公司(Intelsil)研制成功CMOS型时基电路ICM555 ICM556,后来又推出将四个时基电路集成在一个芯片上的四时基电路558

7、 由于采用CMOS型工艺和高度集成，使时基电路的应用从民用扩展到火箭、导弹,卫星,航天等高科技领域。在这期间，日本、西欧等各大公司和厂家也竞相仿制、生产。尽管世界各大半导体或器件公司、厂家都在生产各自型号的555556时基电路，但其内部电路大同小异，且都具有相同的引出功能端。 2.2 555时基电路的选择选用静态功耗很小的CMOS时基集成电路（又称555时基集成电路），如5G7555或ICM7555、CB7555、CH7555、SG7555型等，它是一种模拟、数字混合集成电路，其引脚排列和功能如图2-1所示。这种CMOS时基集成电路的静态电流非常小，只有75mA左右（4.5V工作电压下测定），

8、而且工作电压低，（实测不低于2V就能正常工作）。常用普通TTL工艺生产的“555”时基集成电路其功耗大，要求工作电压较高（4.5），所以不适宜在本制作中使用。晶体管VT1、VT2均选用9014（集电极最大允许电流ICM=0.1A，集电极最大允许功耗PCM=312mW）或3DG8型硅NPN小功率晶体三极管，要求VT1的电流放大系数200，VT2的电流放大系数100；VT3选用9012（ICM=-0.5，PCM=625mW）或3CG23型硅NPN中功率晶体三极管，要求电流放大系数50。R1R6均用RTX-1/8W碳膜电阻器。C用漏电很小的优质CD11-10V型电解电容器。B用27mm的压电陶瓷片，

9、如FT-27、HTD27A-1型等，要求配带简易塑料共振膜。H用手电筒常用的3.8V小电珠（三节干电池供电的手电筒专用）。SB用6mm*6mm小型卧室轻触开关。SA可用CKB-1型拨动开关。G用三节5号干电池串联（须配塑料电池架）而成，电压4.5V。 2.3 技术指标：型号XYD1光源类型LED高亮度白色发光二极管光源功率0.1瓦照度大于5 lx照明角度大于160度电源电压4.5V（三节5号电池）外壳材料ABS工程塑料外形尺寸78X95X35,长/高/厚（毫米）第三章 设计方案3.1 电路基本组成自动小夜灯的电路如图3-1所示，它实际上是一个由干电池组G供电的声控延时小灯。压电陶瓷片B与晶体三

10、极管VT1、电阻器R1和R2等组成了声控脉冲发生电路，时基集成电路A与电阻R3、电容3C等组成了典型单稳态延时电路，晶体三极管VT2、VT3和电阻器R5、R6等组成了小电珠H的功率驱动放大电路。单稳延时电路由接成电压比较器的单运放构成，电路如附图所示，有电路简单、调节延时方便等特点。当负脉冲经输入至反相端时，反相端电位低于同相端电位，输出端由低电平翻转为高电平，这个状态是不稳定的。此高电平经、分压后加至的同相端，使同相端电位高于反相端，从而保持高电平输出。同时，该高电平经和充电，当上电压被充至使反相端电位高于同相端电位时，其输出端又翻转常态时，C1输出保持低电平，这个状态是稳定的。 为低电平。

11、此时，同相端电位约为零，而上的电压经迅速向输出端放电，使电路加速恢复到初始状态。电路稳定后反相端电位仍高于同相端电位，使输出低电平得以保持。该电路的延时时间不仅取决于、，而且还取决于、的分压比。所以，调节延时时间十分方便，既可调整、进行延时粗调，又可调整进行细调（分压比若取1/22/3，延时精度较高）。但是，该电路在上电时的状态是随机的，要使该电路上电后有唯一的输出状态，有两种方法：一是在电路中增加。这样，在上电时，由于上电压不能突变，电源电压经、加至反相端，即可置输出于低电平；二是在同相端与地之间接一只二极管和一只开关（如虚线所示）。上电时如输出为高电平，虽然这一状态是不稳定的，但如上所述，

12、要经过时间输出才为低电平，而实用上往往需要电路上电时即刻复位。为此，可在上电时先将接通，若输出为高电平，则充电到即可使电路复位，大大缩短了电路上电复位的时间。复位后将断开，电路即可正常工作。实际应用中，若取为，为，则分压比为2/3，触发延时时间约为。可取，可取以上。可用单电源运放或比较器，如或。设计中用的功率驱动放大器，下面简单介绍以下它的种类： （1）功率放大器的分类功率放大器电路的划分主要是由功放级输出电路形式来决定，常见的音频功率放大器主要有下列几种 (a).变压器耦合甲类放大器电路主要用于电子管放大器中； (b).变压器耦合推挽功率放大器电路主要用于一些输出功率较大的电子管放大器中；

13、(c).OTL功率放大器电路主要用于一些输出功率较小的放大器中；(d)OCL功率放大器是一种常用的放大器电路，常用于一些输出功率要求较大的功率放大器中。 (e)BTL功率放大器电路主要用于一些要求输出功率更大的场合。OTL、OCL和BTL功率放大器电路主要用于晶体管放大器中。 （2）功率放大器的类型根据三极管在放大信号时的信号工作状态和三极管静态电流大小划分，放大器电路主要有3种放大器类型：一是甲类放大器电路，二是乙类放大器电路，三是甲乙类放大器电路。除上述三种放大器电路之外，还有超甲类等许多种放大器电路。音响系统中由于不允许存在信号的非线性失真，所以只用甲类放大器电路和甲乙类放大器电路。 （

14、A）甲类放大器甲类放大器就是给放大管加入合适的静态偏置电流，这样用一只三极管同时放大信号的正、负半周。在功率放大器电路中，功放输出级中的信号幅度已经很大，如果仍然让信号的正、负半周同时用一只三极管来放大，这种电路称之为甲类放大器。在功放输出级放大器电路中，甲类放大器的功放管静态工作电流设得比较大，要设在放大区的中间，以便给信号正、负半周有相同的线性范围，这样当信号幅度太大时(超出放大管的线性区域)，信号的正半周进入三极管饱和区而被削顶，信号的负半周进入截止区而被削顶，此时对信号正半周与负半周的削顶量是相同的。甲类放大器电路的主要特点如下所述： (1) 在音响系统中，甲类功率放大器的音质最好。由

15、于信号的正、负半周用一只三极管来放大，信号的非线性失真很小，这是甲类功率放大器的主要优点。 (2) 信号的正、负半周用同一只三极管放大，使放大器的输出功率受到了限制，即一般情况下甲类放大器的输出功率不可能做得很大。功率三极管的静态工作电流比较大，在没有输入信号时对直流电源的消耗比较大。(B) 乙类放大器所谓乙类放大器就是不给三极管加静态偏置电流，且用两只性能对称的三极管来分别放大信号的正半周和负半周，正、负半周再在放大器的负载上将正、负半周信号合成一个完整的周期信号。由于这种放大器没有给功放输出管加入静态电流，它会产生交越失真，这种失真是非线性失真的一种，对声音的音质破坏严重。所以，乙类放大器

16、电路是不能用于音频放大器电路中的。 (C)甲乙类放大器为了克服交越失真，必须使输入信号避开三极管的截止区，可以给三极管加入很小的静态偏置电流，以使输入信号“骑”在很小的静态偏置电流上，这样可以避开了三极管的截止区，使输出信号不失真。甲乙类放大器电路的主要特点如下所述： (a) 这种放大器同乙类放大器电路一样，也是用两只三极管分别放大输入信号的正、负半周，但给两只三极管加入了很小的静态偏置电流，以使三极管刚刚进入放大区。 (b) 由于给三极管所加的静态直流偏置电流很小，所以在没有输入信号时放大器对直流电源的消耗比较小(比起甲类放大器要小得多)，这样具有乙类放大器的省电优点，同时因加入的偏置电流克

17、服了三极管的截止区，对信号不存在失真，又具有甲类放大器无非线性失真的优点。所以，甲乙放大器具有甲类和乙类放大器的优点，同时克服了这两种放大器的缺点。正是由于甲乙类放大器无交越失真，又具有输出功率大和省电的优点，所以被广泛地应用于音频功率放大器电路中。当这种放大电路中的三极管静态直流偏置电流太小或没有时，就成了乙类放大器，将产生交越失真。(5) 推挽放大器在功率放大器电路中大量采用推挽放大器电路，这种电路中用两只三极管构成一级放大器电路，两只三极管分别放大输入信号的正半周和负半周，即用一只三极管放大信号的正半周，用另一只三极管放大信号的负半周，两只三极管输出的半周信号在放大器负载上合并后得到一个

18、完整周期的输出信号。推挽放大器电路中，一只三极管工作在导通、放大状态时，另一只三极管处于截止状态，当输入信号变化到另一个半周后，原先导通、放大的三极管进入截止，而原先截止的三极管进入导通、放大状态，两只三极管在不断地交替导通放大和截止变化，所以称为推挽放大器。 (6) 互补推挽放大器互补是通过采用两种不同极性的三极管，利用不同极性三极管的输入极性不同，用一个信号来激励两只不同极性的三极管，这样可以不需要有两个大小相等、相位相反的激励信号。其互补推挽电路示意图，如图4-9所示。电路中，VT1是NPN型三极管，VT2是PNP型三极管，两只三极管的基极相连，在两管的基极加一个音频输入信号Vi。从电路

19、中可看出，两管基极和发射极并联，由于两只三极管的极性不同，基极上的输入信号电压对两管而言一个是正向偏置，一个是反向偏置。当输入信号为正半周时，两管基极同时电压升高，此时输入信号电压给VT1管加上正向偏置电压，所以VT1管进入导通和放大状态。由于基极电压升高，对VT2管来讲加上反向偏置电压，所以VT2管处于截止状态。输入信号变化到负半周后，两管基极同时电压下降，给VT2管正向偏置，使VT2管进入导通和放大状态，而VT1管又进入截止状态。这种利用NPN型和PNP型三极管的互补特性，用一个信号来同时激励两只三极管的电路，称之为“互补”电路，由互补电路构成的放大器称为互补放大器电路。由于VT1和VT2

20、管工作时，一只三极管导通、放大，另一只三极管截止，工作在推挽状态，所以称为互补推挽放大器。 3.2 工作原理闭合电源开关SA，电路进入通电待工作状态。此时，由于晶体三极管VT1的偏流电阻器R1取值较大，所以VT1处于不完全导通状态（趋于截止状态），其集电极输出电压高于1/3VDD=1.5V（VDD等于电源电压即4.5V），与之相连的时基集成电路A的低电压触发端第2脚处于高电平，单稳态电路处于稳态，电容器C两端通过A的第7、1脚被A内部导通的三极管短路，A的第三脚输出低电平，VT2、VT3均无偏流而停止，小电珠H不发光。 当夜间婴儿哭闹时，压电陶瓷片B接受到声波信号，并转换成为相应的微弱电信号。

21、如图3-2所示 该信号的正半周经晶体三极管VT1放大后，从其集电极输出负脉冲电信号，时基集成电路A的第2脚即获得瞬间低于1/3VDD=1.5V的低电平触发信号，是A组成的单稳态电路受触发进入暂稳态（即延时状态），A的第三脚输出高电平信号，VT2获得合适的偏激电流导通，VT3进入完全饱和导通状态，小电珠H通电发出亮光。随着A的第三脚变为高电平，A内部导通的三极管截止，解除了对电容C的短路，电池G即通过电阻器R3向电容器C开始充电。当C两端充电电压（即A的高电位触发端第6脚电位）达到2/3VDD=3V时，单稳态电路翻转恢复稳态，A内部三极管重新导通，C通过A的第7、1脚放电，并被再次短路，A的第三

22、脚输出低电平，导致晶体三极管VT2、VT3失去偏流而截止。小电珠H断电自动熄灭。如果在A的第三脚输出高电平，H发光的期间，按动一下复位按钮SB，则A的强制复位端第4脚就会接地，单稳态电路即被强制复位，A的第三脚输出低电平，H立即熄灭，（可用于事情处理完毕后的提前关灯。） 3.3 电路工作特性电路中，小电珠H每次延时点亮的时间长短，取决于单稳态电路中电阻器R3、电容器C的时间常数，具体可通过公式t=1.1*R3*C来估算。按图3-1选择R时点亮时间约为5min。在晶体三极管VT1电流放大系数、R1电阻值确定的情况下，通过改变R2电阻值，可调整静态时A的第2脚电位高低，也就是说，通过适当调整R2电

23、阻值大小，可达到控制灵敏度的目的。 由晶体三极管VT2、VT3等构成的功率驱动放大电路，为何要采用图3-3所示的由NPN和PNP两种三极管构成的互补型放大电路？ 这是因为采用前一种放大电路时，复合管的饱和管压降高达.85V（为VT2饱和管压降0.15V和VT3饱和管压降之和），小电珠H工作时，两端电压只有4.5V-0.85V=3.65V，电池向H的供电效率仅为81%，H发光亮度自然不高，而采用后一种放大电路时由于VT3饱和管压降仅为0.15V，所以H工作时两端电压可达到4.5V-0.15V=4.35V电池向H的供电效率可达到96.7%，H发光亮度几乎和采用三节干电池供电的手电筒亮度一样，供人们

24、使用了。第四章：方案应用4.1.制作与应用焊接时注意：电烙铁外壳一定要良好接地，以免交流感应电压击穿A内部的CMOS集成电路。 如果触发灵敏度太低，可通过适当增大电阻器R2的阻值来加以调整；反之，如果嫌触发灵敏度太高，可通过适当减小R2的阻值来加以调整。R2阻值一般的选择范围为10150k。R2阻值太大时该集成电路A的第2脚在静态时就已处于低电平（1.5V，单稳态触发器便不能正常工作，小电珠H就会常亮不灭。如果嫌5min的延时时间太短，可通过适当增大R3的阻值来加以调整。例如R3的阻值分别为300k、560k、1M、2M和3.3M时，所对应的延时时间依次为0.5min、1min、1.8min、

25、3.6min、6min。4.2注释：声音-50分贝声音又多大？ 首先要了解什么是分贝： 分贝是声压级单位，是根据人耳的特性制定的，记为d B 。用于表示声音的大小。1 分贝是人刚刚能感觉到差异的声音，适宜的生活环境不应超过4 5 分贝。按普通人的听觉：0 2 0 分贝 很静、几乎感觉不到；2 0 4 0 分贝安静、犹如轻声絮语；4 0 6 0 分贝一般、普通室内谈话；6 0 7 0 分贝吵闹、有损神经；7 0 9 0 分贝很吵、神经细胞受到破坏；9 0 1 0 0 分贝 吵闹加剧、听力受损；1 0 0 1 2 0 分贝难以忍受、呆一分钟即暂时致聋。 人们在室内正常讲话已大于50分贝，而一般电扇

26、最大风速时没有50分贝。本小夜灯定制启动声音的标准是经过大量的实地试验才确定的，启动声音太大则不灵敏，又要影响他人。声音太小又过于灵敏，比如翻身的声音就启动，不需要它亮时也亮了。 现在小夜灯的声音标准是在距离小夜灯35米内，轻咳的声音就能引发小夜灯发光。延时-人们一次夜间的活动，比如喝水、开关窗户、上卫生间等50秒的时间基本够用。如果定的时间短，虽然说它熄灭后有声音马上会再亮，但这种闪烁也会令人不舒服。4.3自动控制的说明自动控制是以人的活动为中心的探测，有很多方式，例如声音、红外线、超声波等。对于其中的某一种来说，是可以能达到探测的作用，但又有它的局限性。就以红外线探测举例，做到人来灯亮，人

27、走灯灭是没有问题的。但是，如果人始终在它的探测范围内，灯就会始终亮着。这样显然不符合夜灯的要求，如果用在过道灯的控制就会很合适。小夜灯的自动控制就是根据夜灯的实际使用情况，采用了光控加声控。 第四章 总结该自动小夜灯设计用电比较节省，目的是维持干电池的使用寿命。电路在延时照明状态下的总工作电流约为300mA，在处于待工作状态时的耗电很小，其静态总电流仅为130A左右。由于它采用了谐振频率较高（约为4KHz左右）的压电陶瓷片B作为声波传感器，所以对婴儿的尖锐哭闹声以及猝发的大人击掌声、硬物相碰撞声反映灵敏，而对于人们的正常说话声以及环境其他低频率嘈杂声却反应不灵敏。这就是说电路具有比较好的防误触

28、发性能。当然将电路触发灵敏度调的比较高时防误触发能力就会相应降低。该自动小夜灯除了用于夜间照顾婴儿外，还可用于照顾病人半夜起床小便、凌晨醒来看钟表等，只要主人拍一下手掌，自动小夜灯就会点亮，诸事处理完毕后，如果时间尚早，可按动一下复位开关SB提前关灯，以节约电能。 注意事项：1.碳性电池与碱性电池：碱性电池的容量通常是高能碳性电池的3到5倍，这是指在大电流的情况下。在小夜灯这种小电流工作的环境，实际结果不是这样。大约只有两倍寿命，但是两种电池的价格一般相差3倍以上。在中等电流使用时，结果比较难测定。就是说小夜灯每天的工作次数比较多，碱性电池的特点就能显现出来。 选择使用哪一种电池还得根据实际使

29、用的情况决定。2.虽然镍氢充电电池的自放电特性不如普通电池（电池电量不能长时间保存 每个月减少20%）。但是一两个月充一次电也不会很费事，电池的寿命至少在两三年以上，再加上电压稳定，灯的亮度也很平均，所以家庭里使用镍氢充电电池经济上比较划算 ，又有利于环保。3.由于小夜灯在亮的环境不会工作，验证小夜灯是否正常工作可以将它放入黑暗处就会自动点亮，50秒后自动熄灭。 4.当电池寿命快终结时，电池电压已下降到3V， 虽然小夜灯还能正常工作，但是发光的亮度已经降低，这时候就应该更换电池了。参考文献：1.数字电子技术基础 高等教育出版社，主编；周良权，方向乔 2005年5月2.模拟电子技术 高等教育出版社，主编：胡宴如 2005年3月3.电子系统设计与实践电子工业出版社，主编：杨刚，周群 2004年01月