报告编号：第26组
综合课程设计报告
声光双控节能灯
学生姓名： 许运增 张秀娟 指导教师： 曹喜珠 所 在 系：电 子 工 程 系 所学专业： 电子信息工程 年 级： 2011级
2013年6月
目 录
摘 要 .............................................................................................................................................. 3 1 声光双控节能灯总体设计....................................................................................................... 3
1.1设计题目描述 . ................................................................................................................... 3 1.2设计要求 . ........................................................................................................................... 3 1.3原理分析 . ........................................................................................................................... 4 1.4结构框图 . ........................................................................................................................... 5 2 单元电路解析............................................................................................................................. 5
2.1声控电路 . ........................................................................................................................... 5 2.2整流电路 . ........................................................................................................................... 5 2.3光控电路 . ........................................................................................................................... 6 2.4延时电子开关电路 . ........................................................................................................... 6 3 元件清单表................................................................................................................................. 7 4 电路测试与仿真......................................................................................................................... 8 5 实训总结与体会......................................................................................................................... 8
5.1 设计任务完成情况 . .......................................................................................................... 8 5.2 问题及改进 . ...................................................................................................................... 8 5.3 心得体会 . .......................................................................................................................... 9 参考文献........................................................................................................................................... 9
声光双控节能灯
摘 要
在生活中，我们无时不在地使用着灯，诸如台灯、路灯、日光灯、探照灯等等。因此，设计一个既实用又方便的照明灯则是非常好的。在学校、公寓等单位的公共场所以及居民区的公共楼道，长明灯现象十分普遍，这造成了能源的极大浪费。另外，由于频繁开关或者人为因素，墙壁开关的损坏率很高，增大了维修量、浪费了资金。
为了加强我们对模拟电子技术合数字电子技术的理解合巩固，我的设计的课题是声光双控制延时照明灯的设计，我设计了一种安全节电、结构简单、安装方便、使用寿命长的声光双控照明灯。白天光照好，不管发出多大声音，声光控路灯控制器都不会使灯发光。夜晚光暗，电路只要检测到有声响，就会自动亮，过短暂一段时间后又自动熄灭，节能节电。
本报告主要阐述了声光控路灯控制器的组成、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。
关键字：自动控制 声控电路 光控电路 延时电路
1 声光双控节能灯总体设计
1.1设计题目描述
设计一个声光双控节能灯的延时开关电路，用其代替住宅小区的楼道上的开关，即在天黑后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其他声音时，楼道灯会自动亮，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭；在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。
1.2设计要求
a ．画出总体设计方框图，以说明有哪些相对独立的功能模块组成，并以文字对原理做辅助说明。
b ．设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。 c ．完成总体电路图用Multisim 仿真。
图1-2
1.3原理分析
声光双控节能灯的电路原理图如图所示。电路中的主要元器件是使用了数字集成电路CD4011，其内部含有4个独立的与非门D 1～D 4，使电路结构简单，工作可靠性高。
当声音信号(脚步声、掌声等) 由驻极体话筒BM 接收并转换成电信号，经C 1耦合到V T
的基极进行电压放大，放大的信号送到CD4011中的与非门D2的2脚，R 4、R 7是V T 的偏置电阻，C 2是电源滤波电容。
为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻R G 等元件组成光控电路，R 5和R G 组成串联分压电路，夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，R G 两端的电压高，即为高电平期间t =2πR 8C 3，改变R 8或C 3的值，可改变延时时间，满足不同目的。CD4011中的D 3和D 4构成两级整形电路，将方波信号进行整形。当C 3充电到一定电平时，信号经与非门D 3、D 4后输出为高电平，使单向可控硅导通，电子开关闭合；C 3充满电后只向R 8放电，当放电到一定电平时，经与非门D 3、D 4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关断开，完成一次完整的电子开关由开到关的过程。
二极管VD 1～VD 4将220V 交流进行桥式整流，变成脉动直流电，又经R 1降压，C 2滤波后即为电路的直流电源，为BM 、V T 、IC 芯片等供电。
1.4结构框图
图1-4
2 单元电路解析 2.1声控电路
当BM 获取到声音信号后，其会转换成电信号，如图所示声控电路由传声器BM ，电阻器R 2、R 4，晶体管V T 、电容C 1和CD4011中的D 1组成。此部分电路图如图所示：
图2-1
工作原理：话筒将声音信号转化为负极性的电信号，但接收到的微弱信号经C 2滤波，通过由三极管V T 组成的放大器把微弱的信号进行放大，其集电极输出正极性的电信号送到CD4011的2脚。并通过R 4给基极提供导通电压。
2.2整流电路
整流电路把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。本次所用为单向桥式整流电路，是由电源变压器T ，4只整流二极管VD 1～VD 4等组成。此部分电路图如图所示：
图2-2
工作原理：利用4个二极管接成电桥使在U l 的正负半周的电压经过两只二极管交替导通，即在负载上形成了单方向的全波脉冲电压。其中单向桥式整流电路对电压的利用率高。
在桥式整流电路中，交流电在一个周期内有两个半波电流以相同方向通过负载所以该整流电路输出的直流电压比半波整流电路增加一倍。
2.3光控电路
光控电路的核心元件为光敏电阻，光敏电阻器又叫光感电阻，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）。
在光线较暗时，光敏电阻呈高阻态；在光线较亮时，光敏电阻呈低阻态，光敏电阻通常都工作于直流或低频状态下。
光控电路由光敏电阻器R G ，电阻器R 5和CD4011中的D 1组成。此部分电路图如图所示：
图2-3
工作原理：在黑暗状态下光敏电阻R G 呈高阻态，电路通过R 5在光敏电阻R G 形成高电平。当同时有声音信号时，经过CD4011的一个与非门D 1使后级电路工作。当有足够的光通量照射在光敏电阻上时，其电阻值突然降得很低，既光敏电阻两边就的电压就很小，即不能形成高电平，使其后级电路不能工作。
2.4延时电子开关电路
延时电子开关电路它是用电路中送入的信号进行控制电路的设备。其作用是用送进来的信号去控制电路，使电路达到延时的效果。声光双控电路是声、光控开关的组合。它是利用
驻极体话筒是否采集到声音信号，光敏电阻感应光线的明暗来改变信号的高低电平，以达到控制电路输出高低电平的目的，再利用稳压管高电平导通的原理来控制灯泡的亮灭。此部分电路图如图所示：
图2-4
工作原理：延时电路的设计主要由C 3和R 8组成。当夜晚有响声（如脚步声、说话声等），驻极话筒会接收到信号并通过三极管V T 对其进行放大之后送到CD4011的1脚，同时光敏电阻这时也呈高阻态并送入CD4011的2脚，经与非关系后3脚输出低电平，芯片4脚输出高电平使二极管VD 5导通对C 3充电。最终芯片11脚输出高电平去控制晶闸管导通点亮灯泡L 。在此期间同时通过VD 5对C 3快速充电，充电电流大，充电时间很短，快速将C 3上电压充满，C 3上所得的电压经R 8对晶闸管V T 的T 、K 级慢慢放电，此时就算没有响声灯泡仍然点亮，直到C 3上的电放完，可控硅截止灯泡熄灭等待下一次触发。
3 元件清单表
4 电路测试与仿真
D6
图4-1
电路的仿真测试如图，通过实验显示此图与实际效果图有相同的实际应用，具有良好的现实意义！
5 实训总结与体会 5.1 设计任务完成情况
通过为期一周的课程设计，我对于声光双控电子电路的组成与用途有了深刻的了解，并且对于各个部分电路进行了论证与设计。在设计声控电路的过程中对于逻辑控制电路有了更深一步的认识，了解并掌握了芯片74LS00的功能与连接，并且对于二极管、三极管和控制电路的工作原理有了进一步的了解。
5.2 问题及改进
在仿真的过程中，连接好电路以后，发现没反应，然后通过示波器一个一个检测元件的输入和输出信号，看看是不是和理论的一样。找出不符合理论的那部分，对照电路图进行检查修改，最后发现缺少一个电容，导致开关管的功能没有实现。所以在连接电路的时候要
细心，这也是要改进的地方。当开关导通时，在光线较暗时，光敏电阻呈高阻态；在光线较亮时，光敏电阻呈低阻态，在黑暗状态下光敏电阻R G 呈高阻态，电路通过R 5在光敏电阻R G 形成高电平。当同时有声音信号时，经过CD4011的一个与非门D 1使后级电路工作。当有足够的光通量照射在光敏电阻上时，其电阻值突然降得很低，既光敏电阻两边就的电压就很小，即不能形成高电平，使其后级电路不能工作。
5.3 心得体会
在拿到题目时，很茫然不知如何下手。后来通过广泛查阅相关资料还有和同组同学的讨论，总算找到了方向。
本次设计的原理清晰，设计性能指标的灵敏度基本达到设计的要求。在整个设计过程中，我用的都是简单廉价的元器件，降低了系统成本。课程设计实践不单是将所学的知识应用于实际，在设计的过程中，只拥有理论知识是不够的。逻辑思维、电路设计的步骤和方法、考虑问题的思路和角度等也是很重要，是需要我们着重锻炼的能力。通过实验也达到了设计的目的，了解掌握了数字电子技术的知识并应用于实践。培养了自己独立完成课题的能力与动手能力，并加强了对待事物严谨的态度。最后我觉得我自己除了在数电知识方面的收获外，还学到了很多，比学习了仿真软件，提高了软件的自学能力。本次的声光双控节能灯的设计，我学到了很多以前专业课上没学过的东西，或者说是弥补了以前专业课所学过而遗忘了的知识！锻炼了我主动学习的能力、与他人合作的能力。还可以从各种渠道获得一定的资料共同加以研究学习，通过自己的独立动手，老师和同学的耐心指导下，让我学会了分析电路、设计电路的步骤以及计算机辅助作图等，提高了我的综合学习能力。
参考文献
【1】康华光；《电子技术基础》数字部分（第四版）北京；高等教育出版社出版，2006 【2】彭介华；《电子技术课程设计指导》北京；高等教育出版社，2006 【3】华成英；《电子技术》北京；中央广播电视大学出版社，2006
【4】童诗白；《模拟电子技术基础》（第三版）清华大学电子学教研组编，北京；高等教育
出版社，2004
【5】康华光，陈大钦；电子技术基础（模拟部分）（第四版）[M]．北京；高等教育出版社，
1999
【6】何希才；新型电子电路应用实例[M]．北京；科学出版社，2005 【7】李瀚荪；电路分析基础（第三版）[M]．北京；高等教育出版社，1993 【8】荐玉奎, 吴克；巧用声光控开关演示光敏电阻特性[J].物理实验,2005
【9】阎石；数字电子技术基础（第五版）；清华大学电子学教研组编，北京；高等教育出版
社，2006
安徽师范大学皖江学院 课程设计成绩评定单