声光控灯设计

一、总体设计思想

1.基本原理

我想我要设计的是类似于楼道中的节能灯的系统即：在白天或光线较亮时，节电开关呈关闭状态，灯不亮，夜间或光线较暗时，节电开关呈预备工作状态。当有人经过该开关附近时，脚步声等把节电开关启动，灯亮，延时40-50秒，不同的是我们这里用5～15V直流稳压电源供电，由分离元器件或数字集成电路组成。

主要会由三部分组成： I.声控照明电路：

作为声控电路对声音信号的要求既不能太强也不能太弱，太强声控难以实现；而太弱电路结构复杂也难以实现，最好是能接收到如人的讲话声，脚踏地板声。当这类信号转化为电信号时，电信号一般较弱，必须对其进行放大对此可选择功放电路，运放电路，差分电路等，根据电路对信号的要求一般选择运放电路较好，提高信号输出电压。经过这一步实现了声音信号到电信号的转换。有了电信号实现声控就容易了，我们可以让产生的电信号去触发触发器使电路导通。半导体器件必须保证灵敏度高，各电参数精确稳定。实验还提示了驻极体话筒，可以直接将声音信号转换为电信号，下面就运用声音传感器设计的声控照明电路加以分析：

声控照明电路的主要原理:是利用了声学和电子学的原理即用声音传感器将声音信号转换成电信号从而推动触发器触发使电路导通工作。

作为一个智能化声控照明电路应具有以下功能：

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①能在声音的控制下实现电路的导通与截止。 ②声音的发出应是多方面的如脚步声，物体打击声等。 ③响应时间应越短越好。 II.光控照明电路：

光敏元器件的应用在光照的情况下使其电参数发生变化从而使其对电流的阻碍作用减小或增大，进而使电路导通或截止，电信号强弱的改变光控转化为电控电路功能的实现便容易了。在这样的电路设计中，对电路元器件的要求也极为高尤其是光敏元件是光控电路功能实现的核心，必须保证其各项参数的精确，稳定。故在选择这类元器件时一定要选择高灵敏度工作稳定可靠的元件，当然电路工作的稳定是否？功能能否实现？并不仅仅只和电路元器件有关，外加电源也是不可忽视的，与声控电路一样最好也是给光控电路加上一个稳压电路确保电路能正常工作。 III.延时电路：

即我是要利用电子计数器的原理实现定时功能。

由硬件构成的定时器，一般是用改变R、C元件值控制定时的，其效率较高如555定时器，作为一个延时电路，在整个电路中其应在延时结束后能发出一个结束信号，控制电路是否继续工作下去。

总之，在白天由光控部件控制电路，无论外界有无声音发出电路都不会工作，而到了夜晚光控部件就不在起作用由声控部件控制电路，只要在一定范围内有声音发出且达到一定响度电路就会导通工作，又由延时部件控制其工作时间。声、光、延时三部分是相互联系。 2.设计框图

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框图要用word绘图工具完成，框图中的文字用宋体五号。

驻极体话筒 声电比较电压光敏开关延时电路---

如图所示，我的设计组成是这样的，它主要由一个话筒，电压比较器，有光敏电阻控制的总开关和声控电子开关，一个延时电路等部分组成。

我设计的这个声光联控延时照明电路的主要原理就是利用光控部件控制电路白天不工作，而夜晚则由声控部件控制其工作，再由延时部件控制其工作时间。

在白天由光控部件控制电路，无论外界有无声音发出电路都不会工作，而到了夜晚光控部件就不在起作用由声控部件控制电路，只要在一定范围内有声音发出且达到一定响度电路就会导通工作，又由延时部件控制其工作时间；由该事例可知声、光、延时三部分是相互联系的没有光控电路不完善，没有声控电路也谈不上延时，而没有延时电路也谈不上控制，总的来说电路的设计较完备。

二、设计步骤和调试过程 1、总体设计电路

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经过用word制作的无数次失败后，我用protel制作并抓图插入了此电路图，即总设计电路图，基本原理上文已做了简单说明，下面对元器件进行说明： 对实验的原器件的说明： 右端哪个为我做的驻极体话筒； 电路中LM3900构成电压比较放大器； 中间那个为光电阻；

非门和与非门构成信号逻辑分析电路； 三极管用来放大； LED即灯泡；

555定时器为定时开关，并可以通过调节那个滑动变阻器来控制延迟时间长短； 灰色的开关是由一个蓄电器控制的电磁开关，平时是断开的； 左下黑色的是个5v直流电源；

注：电路中各主要元件的名称和参数已经标明。

2、模块设计和相应模块程序

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I.声音传感器：

用话筒把声音信号转化为电信号，电信号一般较弱，可对其进行放大对此可选择功放电路，经过这一步实现了声音信号到电信号的转换。有了电信号实现声控就容易了，我们可以让产生的电信号去触发触发器使电路导通。

我用的是实验要求推荐的驻极体话筒，起到让声音信号变为电信号即声控开关的作用。

II.光控部分：

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。

根据资料：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）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。

我选用的光敏电阻与电阻串联，起到一个总开关的作用。

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III.定时部分：

采用我们这学期学过的555电路为核心，设计一个定时集成电路，以达到收到电信号后能达到延时40-50s的实验目的。

查阅了石油学院自编的《脉冲与数学电路》实验讲义，66页后得以下数据和示意图：

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Vcc 8 Dis 7 TH 6 Vm 5 1 GND

2 ‘TR’ 3 Q 4 Rd

图555定时器示意图

Vcc 5v 300欧 10k欧 7 4 8 6 Q 555 3 2 1 5 U1 Uo 0.01uf

图 单稳态触发器

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我应用时做了些变形如下图：

我设计的555延迟电路

其使用方法和功能如下

复位RD 0 1 1 1 输入 TR <(1/3)Vcc >(1/3)Vcc >(1/3)Vcc 输出 TH <(2/3)Vcc >(2/3)Vcc <(2/3)Vcc Q 0 1 0 原状态 T1状态 导通 截止 导通 不再 555定时器的功能表

输入一次脉冲信号，然后调节10k欧的可变电阻器RW来控制延时时间，到所需的40—50秒，即可达到实验要求。

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3、实验调试结果

首先输入一次脉冲信号，调节555定时器做的单稳态触发器中的可调变阻器RW，使延迟时间变为实验所需的40-50秒，即可正常工作。 实验结果：

当白天时，光敏电阻RL成低阻状态，与非门输出高电平，555定时器3脚则保持低电平，继电器开关K保持断开状态，照明电路断开，有声音时灯也不会亮。

当夜晚时，光敏电阻RL成高阻状态。阻值远远大于R6，输出高电平。这是如果话筒未接收到声音时，LM3900的4脚输出为高电平，电容C2右端为高电平，信号通过逻辑门电路后变为高电平，输入到555定时器2脚，555定时器3脚则保持低电平，继电器开关K保持断开状态，照明电路断开，灯不亮。如果话筒接收到声音时，LM3900的4脚输出为低电平。由于电容两端电压不能突变，电容C2右端为低电平，信号通过逻辑门电路后变为低电平。输入到555定时器2脚，当555定时器2脚接收到一个低电平时，555定时器3脚则输出一定时间的高电平，使三极管T导通，继电器开始工作，继电器开关K闭和，照明电路接通。照明持续一段时间后，555定时器3脚变为低电平，继电器开关K关断，照明电路断开。

元件清单 C1 , c2 , c4 C3 0.1uf 100uf 9

R1,R4,R5 R2 R3 R6 R7 R8 R9 滑动变阻器 RL 2.2k欧 1M欧 470k欧 91K欧 10K欧 270K欧 56K欧 100k欧 亮组<=10M 暗组>=1M 非门 与非门 电压比较放大器LM3900 555定时器 蓄电器开关 三极管 LED 直流稳压电源 5w 5v

三、结论及心得体会

在这次课程设计中我遇到了这样那样的问题，理论知识的不足，没有设计灵

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感，设计电路有缺陷，没达到任务书要求，画图，排版，最让我痛心的是第二天下午我做了一下午要存盘时竟然死机了！！！一下午的努力付之东流，我是欲哭无泪，晚饭都没心情吃了，但等到最总设计完成时很高兴，设计中遇到的种种问题似乎倒成了我的美好回忆，一种成就感让我在那一直傻笑，还有了一些体会：

这次课程设计让我很难忘，通过此次电子设计我明白了想要把所学的知识应用于实践一定要有扎实的基本功，完整的知识体系，所以说这次课程不仅锻炼了我的创作能力——用所学知识设计了自己的电子产品，而且加深了我对模拟电路和数字电路的了解和利用，大幅度提高了自己的知识水平和运用知识的能力，也认识到了由于自己知识水平有限，没有使用更合理技术，设计出更好的作品。设计的作品缺陷是电路复杂，但能比较精确的控制时间，能基本达到任务书中所要求的内容，当然我知道这还远远不够。

我还认识到了不光是理论课，与之配套的实验课内容有着同等重要的作用，我的这次设计主要要解决的就是延迟电路的设计，而给我思路与灵感的正是这学期所学的，与数字与模拟电路实验课所学的，咱们大庆石油学院自编的实验教材——“《脉冲与数字电路》实验讲义”中对555定时器的推广应用——“单稳态触发器”，有了这个理论基础做后盾后，剩下的问题显得迎刃而解，一个光敏总开关，一个麦克当信号源跟稳态触发器一接，再加个电源，我很快就完成了设计任务，心里很高兴，有一种说不出的成就感，毕竟这是我从理论走向实际，从让老师手把手教的学生变成一个自主运用知识解决实际问题的设计者，这是我在大学学习生活的又一大收获。

我爱我的设计，也喜欢我们这次让我难忘的课程设计实习过程。

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席昊鹏

070901140433 2009年7月13日

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大庆石油学院课程设计成绩评价表

课程名称 低频与数字电路课程设计 题目名称 声光控灯设计 学生姓名 序号 席昊鹏 评价项目 工作量、工作态1 量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率度和出勤率 高，工作作风严谨，善于与他人合作。 课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问2 课程设计质量 题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。 工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有3 4 总分 评语： 指导教师： 2009年 7月 18 日

创新 答辩 一定应用价值。 能正确回答指导教师所提出的问题。 5 30 45 20 学号 070901140433 指导教师姓名 职称 满分 评分 指 标 按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作