搜索
基基于于声声音音，，光光信信号号传传感感器器的的声声光光控控制制电电路路设设计计年级：2011级班级：通信工程（2）班学号：20110610080227姓名：邓伟1目录摘要…………………………………………………………………2第一章绪论…………………………………………………..3第二章处理器芯片与传感器件介绍………………………...4第三章单元电路原理及设计…………………………………5第四章整体电路组成及工作原理…………………………….9第五章元件参数计算………………………………………….10第六章电路仿真………………………………………………13第七章总结……………………………………………………15参考文献……………………………………………………………..162摘要本文主要设计声光控延时电路，文中介绍了多种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。声光控是通过光敏电阻来实现的，当光敏电阻在背光的的时候灯就会慢慢的熄灭，此时行人已经通过。白天光照好，无论过路者发出多大声音，都不会是灯泡发亮。夜晚光暗，电路的声音传感器只要检测到有声响，就会自动亮为行人照明，过数十秒后又自动熄灭，节能节电。关键词：传感器、声音传感器、光敏电阻Inthispaper,thedesignofacousto-opticcontrolledtimedelaycircuit,composition,performancevarietyofsoundandlightcontrolofstreetlampcontrollerisintroducedinthispaper,andtheapplicationoftheprinciple,givethecircuitdiagramandcomponentparameters,energy-savingeffectisveryobvious,butalsogreatlyreducestheamountofrepair,savemoney,usegoodeffect.Soundandlightcontrolisachievedthroughthephotosensitiveresistance,whenthephotosensitiveresistancewhenthebacklightlampwillslowlyextinguished,thepedestrianhaspassed.Daylightisgood,nomatterhowsoundpasserissued,thelampisnotlit.Thedarknightlight,soundsensorasdetectioncircuittohavebrokenthesound,itwillautomaticallylightforthepedestrianlighting,forseveralsecondslaterandautomaticextinguished,energysaving.Keywords:sensor,asoundsensor,photoresistance3第一章绪论随着科学技术的发展以及人们对节能意识的增强，公共场所照明控制手段也将逐步更新，除现在已有的声光控开关外，还有微波感应开关和热释远红外感应开关。目前，微波感应开关的抗干扰性能尚不理想，红外感应开关在性能上较为理想，但安装复杂，比较娇气，价格也偏高，比较适合在一些管理完善的场所如宾馆、大饭店楼道及家庭走廊应用，在普通住宅楼、办公楼道等场所的照明控制考虑到价格、管理及安装方便等因素，根据我国国情，可以预计在相当一段时期内，声光控路灯将是首选的主流产品。声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，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。声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适合于各种楼房走廊的照明设备。降低能耗、节约能源、注重环保是当今世界的主潮流，高能耗且会加剧温室效应的白炽灯越来越不受欢迎。继公布“欧盟后年封杀白炽灯”的时间表后，世界各地陆续抛弃白炽灯已成定局，环保型节能荧光灯是白炽灯的替代者。本次课题是声光控路灯控制系统设计，此控路灯系统的设计采用模块化结构，主要有声控电路，光控电路，延时电路，电源电路及其他电路。在设计此控制系统时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、容易、条理清晰。同时调试起来也更容易：可以先将各个板块单独进行调试，再汇总。这样可以避免因为某个单一板块做不出来而使整个系统的设计进程无法继续。通过这次的课题研究我希望在理清它的发展脉络上进一步了解它的发明原理，将平时所学习的知识运用到实验探索上，这对提高我的动手能力、创新意识及锻炼思维活动无疑是一个莫大的帮助。同时我也希望这次的设计能让同学们进一步地了解照明灯，而不是仅局限于课本知识以内。从小的突破点入手，掌握又一项科技知识，从而实现课堂外的又一次提高。4第二章处理器芯片与传感器件介绍2.1、CD4011芯片介绍CD4011是一个集4个2输入与非门电路为一体的芯片。CD4001BC和CD4011BC四门是整体的补充MOS(CMOS)集成电路以N-和P-channel增强模式晶体管。他们有同样的源与汇电流能力和符合标准系列输出驱动。这个装置也有缓冲输出大大提高传递特性提供非常高的增益。所有的输入是防静电放电和二极管对VDD和说明。这个系列的逻辑门用磷和氮频道增强模式在一个单一的整体结构的装置。使用他们主要是为了节省功率耗散和有较高的抗噪能力。CD4011芯片的内部结构如图1-1所示。图1-1CD4011的内部结构CD4011的功能：4个2输入与非门CMOS芯片。电源电压范围：3V~15V功耗：700mW（普通封装）；500mW（小外形封装）工作温度范围：CD4011BM-55℃~+125℃CD4011BC-40℃~+85℃真值表：表1-2与非门真值表52.2、光敏电阻2.2.1、光敏电阻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1~10M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（0.4~0.76）μm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。第三章单元电路的原理及设计3.1、声控电路的原理与结构设计3.1.1、驻极体的结构与原理构造与原理：驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成。声电转换的关键元件是驻极体振动膜。它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜。然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。当驻极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压。3.1.2、声控电路的结构与原理如图3-1所示声控电路由传声器BM，电阻器R2、R4，晶体管VT、电容C1和CD4011中的D1组成。6图3-1声控电路工作原理：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C1滤波，通过由三极管VT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R4给基极提供导通电压。3.2、光控电路的原理与结构设计3.2.1、光敏电阻的结构及原理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）。图3-2光敏电阻构成与原理：用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。73.2.2、光敏电阻等分立元件组成光控电路光敏器件包括光敏电阻、光敏二极管及光敏三极管等。光敏器件可以用来以可见光或红外光的形式控制报警器、测试仪、自动开关、继电器等多种装置或执行机构。因此光敏器件在自动化技术中起着极其重要的作用。光敏电阻的特性与人眼最为接近，因此，光敏电阻比较适合用于声光控路灯、照相机曝光表、空气烟尘检测器等可见光装置。光敏二极管、三极管的最佳响应特性在红外区（但目前，有些日光型的光敏二极管、三极管的特性与人眼的视觉特性更趋接近），因此，光敏二极管、三极管最适合用于红外遥控系统、红外光束阻断报警器等装置。综上所述光控元件选光敏电阻。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。如图2-7所示光控电路由光敏电阻器RG，电阻器R5和CD4011中的D1组成。图3-3光控电路工作原理如下：在黑暗状态下光敏电阻RG呈高阻态，电路通过R5在光敏电阻RG形成高电平。当同时有声音信号时，经过CD4011的一个与非门D1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。3.3、延时电路的原理及结构设计此光控电路的延时电路采用晶闸管及RC震荡延时电路，下面对晶闸管的原理及组成作介绍：3.3.1、晶闸管的结构与原理可控硅是可控硅整流器的简称。可控硅有单向、双向、可关断和光控几种类型它具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、控制方便等优点，被广泛用于可控整流、调压、逆变以及无触点开关等各种自动控制和大功率的电能转换的场合。8单向可控硅是一种可控整流电子元件，能在外部控制信号作用下由关断变为导通，但一旦导通，外部信号就无法使其关断，只能靠去除负载或降低其两端电压使其关断。单向可控硅是由三个PN结组成的四层三端半导体器件与具有一个PN结的二极管相比，单向可控硅正向导通受控制极电流控制；与具有两个PN结的三极管相比，差别在于可控硅对控制极电流没有放大作用。晶闸管的工作原理分析：晶闸管可用两个不同极性（P-N-P和N-P-N）晶体管来模拟，如图3-4所示。当晶闸管的栅极悬空时，BG1和BG2都处于截止状态，此时电路基本上没有电流流过负载电阻RL，当栅极输入一个正脉冲电压时BG2导通，使BG1的基极电位下降，BG1因此开始导通，BG1的导通使得BG2的基极电位进一步升高，BG1的基极电位进一步下降，经过这一个正反馈过程使BG1和BG2进入饱和导通状态。电路很快从截止状态进入导通状态，这时栅极就算没有触发脉冲电路由于正反馈的作用将保持导通状态不变。如果此时在阳极和阴极加上反向电压，由于BG1和BG2均处于反向偏置状态所以电路很快截止，另外如果加大负载电阻RL的阻值使电路电流减少BG1和BG2的基电流也将减少，当减少到某一个值时由于电路的正反馈作用，电路将很快从导通状态翻转为截止状态，我们称这个电流为维持电流。在实际应用中，我们可通过一个开关来短路