【张老师】【10粉体 30号 饶洋】声光控制节能开关的设计

1题目____声光控制节能开关的设计______班级________材料学院10粉体_________学号_________201010260130___________姓名_____________饶洋_______________指导____________张老师______________时间___________2012-6-5_____________景德镇陶瓷学院2电工电子技术课程设计任务书姓名饶洋班级10粉体指导老师张老师设计课题：声光控制节能开关的设计设计任务与要求查找一个感兴趣的电工电子技术应用电路，要求电子元件超过30~50个或以上，根据应用电路的功能，确定封面上的题目，然后完成以下任务：1、分析电路由几个部分组成，并用方框图对它进行整体描述；2、对电路的每个部分分别进行单独说明，画出对应的单元电路，分析电路原理、元件参数、所起的作用、以及与其他部分电路的关系等等；3、用简单的电路图绘图软件绘出整体电路图，在电路图中加上自己的班级名称、学号、姓名等信息；4、对整体电路原理进行完整功能描述；5、列出标准的元件清单；6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。设计步骤1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书；2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；3、依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；4、列出标准的元件清单；5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。设计说明书字数不得少于3000字。参考文献【1】夏克组,郑聚爽.一种声光双控节能自动开关的研制[J].中国照明电器.2011,(03)【2】索明何,王立刚,饶运涛.基于555定时器的双光双控照明灯设计[J].科技信息(科学教研).2008.(01)【3】夏克组,郑兆聚.一种声光双控节能自动开关的研制[J].电器开关.2001.(01)【4】李丽军.声光双控延时节能灯[J].电子制作.2005.(04)【5】王晓静.声光延时控制电路的制作[J].电子测试.2009.(04)【6】焦忠平.照明灯声光控制电路及制作[J].科教文汇(中旬刊).2007.(05)3目录1、总体方案与原理说明.................................12、单元电路1——桥式整流电路...................23、单元电路2——降压滤波电路.......................................34、单元电路3——声音信号输入电路......................................45、单元电路4——光信号输入电路...........................56、单元电路5——延时控制电路..................................67、单元电路6——外接电路......................................78、总体电路原理相关说明..........................................89、总体电路原理图........................................910、元件清单......................................1011、参考文献........................................................1112、设计心得体会...................................................1241、总体方案与原理说明随着人们生活现代化水平不断提高，国民经济的快速发展，电力的供需矛盾日益加剧生产更多的电即意味着要消耗更多的煤、石油、天然气、核原料等不可再生资源，还会带来许多相应的环境问题。为此，我们应该从身边做起，珍惜并节约每一度电。所以，现在很多住宅楼道都安装了自动控制楼道灯。电源部分受控部分延时部分光控部分声控部分10粉体饶洋图1声光双控电路框图如图1所示，本设计主要由桥式整流电路、降压滤波电路、声音信号输入电路、光信号输入电路、延时控制电路以及外接电路6部分组成。桥式整流电路将220V市电变成脉动直流电压，再经过限流，稳压，滤波输出12V直流电压，为集成块及三极管提供电源。声音信号和光敏电阻感受到的光信号以“与”的关系来控制集成块输出高低电平，构成的延时电路，实现自动延时，然后集成块的输出控制晶闸管的导通和断开，从而控制灯泡的亮与灭。52、单元电路1——桥式整流电路RLD1D4D3D210粉体饶洋图2桥式二极管整流电路它是由图2中的二极管D2、D3、D4、D5组成。其功能是将220V的交流市电转换为脉动直流电压。整流电路的工作原理：桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，如图4所示。整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。二极管桥式整流电路输入、输出之间的数量关系及二极管选择的条件：输出电压VO、输出电流IO与输入电压V2的关系：VO=2×0.45V2=0.9V2IO=0.9×(VO/RL）二极管所承受的电流及耐压值IV=IO/2=0.45×(VO/RL）VRM=V2m单向桥式整流电路二极管选择条件：IVZ≥IO/2=0.45×(VO/RL）VRM≥V2m63、单元电路2——降压滤波电路C2D6R710粉体饶洋图3降压滤波电路由图8中的电阻R7、电容C2和稳压管D6组成。电路中灯泡也起到了很重要的降压作用。桥式整流电路输出的脉动直流电压经过R7限流降压，电容C2滤波，从而得到比较小的直流电压加到稳压管D6上，获得12V的直流电压，作为控制电路的直流电源。74、单元电路3——声音信号输入电路C1Q1MICR3R2R110粉体饶洋图4声音信号电路由图8中的驻极体话筒MIC、电阻R1、R2、R3、电容C1和三极管Q1组成。驻极体话筒的基本结构是由一片单面涂有金属的驻极体薄膜与一个上面有若干小孔的金属电极（背电极）构成。驻极体面与背电极相对，中间有一个极小的空气隙，形成一个以空气隙和驻极体作绝缘介质，以背电极和驻极体上的金属层作为两个电极构成一个平板电容器。电容的两极之间有输出电极。由于驻极体薄膜上分布有自由电荷。当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时；改变了电容两极板之间的距离，从而引起电容的容量发生变化，由于驻极体上的电荷数始终保持恒定，根据公式：Q=CU所以当C变化时必然引起电容器两端电压U的变化，从而输出电信号，实现声—电的变换。由于实际电容器的电容量很小，输出的电信号极为微弱，输出阻抗极高，可达数百兆欧以上。因此，它不能直接与放大电路相连接，必须连接阻抗变换器。通常用一个专用的场效应管和一个二极管复合，组成阻抗变换器。声音信号输入电路的工作原理：当没有声音时，三极管Q1工作在饱和状态，CD4011的2脚为低电平；当有声音时，声音信号经话筒MIC转换为电信号后经C1耦合至三极管Q1放大，Q1由饱和进入放大状态，其集电极由低电平转变成高电平并送入集成电路CD4011的2脚。85、单元电路4——光信号输入电路R4RG10粉体饶洋图5光信号输入电路它是由图8中的电阻R4和光敏电阻RG组成。光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻。为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。构成光敏电阻的材料有金属的硫化物、硒化物、碲化物等半导体。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子—空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子—空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。光信号输入电路的工作原理：光的强弱经光敏电阻RG转换为高、低电平后送入集成电路CD4011的1脚。由降压滤波电路知，光敏电阻和R4的总电压U为12V,白天光线射到光敏电阻RG上时，其阻值变得很小，约为20K,则光敏电阻的电压U1为：U1=U×RG/(R4+RG)=12V×20/(180+20)=1.2VCD4011的1脚为低电平，则3脚被锁定为高电平，与2脚的输入高低电平无关，所以电路封锁了声音通道，使声音信号不能通过，即灯泡亮灭不受声音控制。这时，门U1A的3脚输出的高电平经过门U1B、U1C、U1D三次反相后成低电平，晶闸管D7无触发信号不导通，灯不亮。夜晚，RG因无光线照射呈高阻，约为10M。则光敏电阻的电压U2为：U2=U×RG/(R4+RG)=12V×10000000/(180+10000000)≈12V则与非门U1A的输入端1脚变成高电平，门U1A的3脚输出状态受2脚输入电平的控制，这为声音通道的开通创造了条件。96、单元电路5——延时控制电路D1R6C310粉体饶洋图6延时控制电路延时控制电路的工作原理：见图8的电路图，在白天时，与非门U1A的输入端1脚为低电平，则3脚被锁定为高电平，与2脚的输入高低电平无关，所以电路封锁了声音通道，使声音信号不能通过，即灯泡亮灭不受声音控制。这时，门U1A的3脚输出的高电平经过门U1B、U1C、U1D三次反相后成低电平，晶闸管D7无触发信号不导通，灯不亮。当在夜晚同时有声音信号时，与非门U1A的输入端1脚和2脚都为高电平，则其输出为低电平，再经与非门U1B反相输出高电平，通过隔离二极管D1给电容C3充电，当C3充电电压达到与非门U1C的阈值电平时，使与非门U1D输出高电平，通过R5触发可控硅D7使其导通，主回路便有较大的电流通过白炽灯使其发光。当声音消失后，与非门U1A的输入端的2脚变为低电平，则其输出端为高电平，从而使与非门U1B输出为低电平，因D1的阻断作用，电容C2只能通过R5缓慢放电，经过大约1分钟下降到与非门U1C的阈值电压以下，使与非门U1D输出低电平，当交流电过零点时，可控硅自动关断，白炽灯熄灭。延时时间理论值为：t=2∏RC=2∏×10uF×1M≈62.8S107、单元电路6——外接电路P110粉体饶洋图7外接电路P1为白炽灯。118、总体电路原理相关说明系统采用CD4011为核心控制晶闸管的通断。其工作电路如图8所示。二极管D2-D5组成桥式整流电路将220V市电变成脉动直流电压，再经过R7限流，D6稳压，C2滤波输出12V直流电压，为集成块CD4011及三极管Q1提供电源。驻极体话筒MIC的声音信号和光敏电阻RG感受到的光信号以“与”的关系来控制CD4011输出高低电平，经过C3和R6构成的延时电路，实现自动延时，然后CD4011的输出控制晶闸管的导通和断开，从而控制灯泡的亮与灭。129、总体电路原理图MICR1R2R3R4C1Q1UIAUIBD1C3R6UICUIDR5D7D2D3D4D5P1220V21RG1234567891011121310粉体饶洋图8总体电路原理图1310、元件清单序号器件名称主要参数及型号数量备注R1电阻27K1/4W1AXIAL0.4R2电阻2.2M1/4W1AXIAL0.4R3电阻33K1/4W1AXIAL0.4R4电阻180K1/4W1AXIAL0.4R5电阻51K1/4W1AXIAL0.4R6电阻1M1/4W1AXIAL0.4R7电阻270K1/4W1AXIAL0.4RG光敏电阻1C1瓷片电容1041C2电解电容100uF/25V1RB0.5C3电解电容10uF/50V1RB0.5Q1三极管90141TO92D1二极管1N41484DIODED2~D5二极管1N40071DIODED6稳压二极管12V1DIODED7可控硅MCR100-61TO92kMIC驻极体话筒1U1集成芯片TC4011BP1DIP-14灯泡40W11411、参考文献[1]夏克组,郑聚爽.一种声光双控节能自动开关的研制[J].中国照明电器.2011,(03