简易声光控延时照明灯电路资料

郑州轻工业学院电子技术课程设计题目：简易声光控延时照明灯电路学生姓名：李振鹏专业班级：自动化14-02班学号：541401010224院（系）：电气信息工程学院指导教师：黄春完成时间：2016年12月18日郑州轻工业学院课程设计（论文）任务书题目简易声光控延时照明灯电路专业自动化14-02学号541401010224姓名李振鹏主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容1．阅读相关科技文献。2．学习protel软件的使用。3．学会整理和总结设计文档报告。4．学习如何查找器件手册及相关参数。技术要求1.要求电路能够通过照明灯开关对光线强弱的感应，控制照明灯第一级开关。2.要求电路能够通过照明灯开关对声强的感应，在第一级开关开通的前提下，控制照明灯的亮灭。3.要求电路能够实现照明灯点亮时间t后自动关断，并且时间t可以手动调节。4.要求电路如果在照明灯点亮期间又有新的声源出现，照明灯应重新通电时间t。主要参考资料1．何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月2．姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月3．王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月4．李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月5．康华光，电子技术基础，高教出版社，2003完成期限：2016年12月18日指导教师签章：专业负责人签章：2016年12月12日简易声光控延时照明灯电路摘要随着电子技术的发展，尤其是数字技术的发展，用数字电路实现灯的自动发亮节能省电，延长灯的寿命变得越来越重要，而且贴近我们的实际生活，声光控电路已成为人们日常生活必不可少的必需品，不仅是智能化，而且节约能源。简易声光控延时照明灯电路由光敏传感电路、声敏传感电路、信号调理电路、555延时电路以及电源电路五部分组成。装置为555定时器构成的可重复触发单稳态电路、声敏传感电路的输入装置是咪头、光敏传感电路的输入装置是光敏二极管、信号调理电路是74LS04非门和74HC32或门、电源是由交流220V变12V在经整流后稳压为12V和5V的电源，电路的总体运行环境是在无光条件下声强监测处理电路检测到声音后就会触发555延时电路使之输出高电平继而使之电灯点亮。关键词声光控光敏传感电路声敏传感电路信号调理电路555延时电路目录1方案概述...................................................12方案设计及设计原理.........................................23主要单元电路设计及原理.....................................33.1光敏传感电路.........................................33.2声敏传感电路..........................................43.3延时控制电路..........................................53.4信号调理电路..........................................73.4电源电路.............................................84555定时器简介.............................................95简易声光控延时照明灯原理图................................116结论......................................................127个人体会与致谢............................................138参考文献..................................................14附录1元器件清单...........................................15附录2PCB电路图............................................16附录3PCB三维展示图........................................17附录4实物效果图...........................................18简易声光控延时照明灯电路11.方案概述声光控延时照明灯广泛用于公司、居民楼、工厂、学校、宾馆、酒店等单位的公共场所及楼道。它的工作原理对我们而言还是容易理解，就是在无光的条件下检测到声音之后触发延时电路，555定时器的输出端输出高电平，从而将电灯打开，延时时间t后等自动关闭，如果在照明灯点亮期间又有新的声源出现，照明灯重新通电时间t。根据基本原理，用声敏传感器和光敏传感器再加上一个555延时电路和一个LED灯就可组成一个简易声光控延时照明灯。通过查阅资料，获得以下方案：简易声光控延时照明灯电路利用555定时器构成可重复触发单稳态电路及声敏传感器和光敏传感器等元件即可组成简易声光控延时照明灯电路。在无光条件下声强监测处理电路检测到声音后就会触发555延时电路，555延时输出点亮电灯时间t，如果在照明灯点亮期间又有新的声源出现，照明灯应重新通电时间t。时间长短可以通过555定时器的滑动电阻器进行调节。简易声光控延时照明灯电路22.方案设计及设计原理简易声光控延时照明灯控制电路的总体框图如图1所示，由光敏传感电路、声敏传感电路、信号调理电路、延时控制电路、电源电路。图1简易声光控延时照明灯电路2.1光敏传感电路的功能：利用光敏二极管对光线强弱的的感应来决定电路的通断。2.2声敏传感电路的功能：利用声敏传感器将声音转化为电信号来决定感知声音信号的强弱。2.3延时控制电路的功能：利用NE555可重复触发单稳态电路的特性，实现对声光控延时照明灯开关打开时间的精准控制。2.4信号调理电路的功能：利用74LS04将光信号取非后与声信号通过74HC32相与并输出。2.5电源电路的功能：利用变压器及整流滤波电路将220V交流电变为12V直流电为电路供电。简易声光控延时照明灯电路33.主要单元电路设计及原理3.1光敏传感电路图2-1光敏二极管传感器接口电路图2-2光敏二极管传感器内部电路图2-1为光敏传感电路的接口电路，四个接口分别为VCC,GND,模拟量输出通道（L_Aout），数字量输出通道（L_Dout）。图2-2为光敏二极管传感器电路。可以检测周围环境的亮度和光强（与光敏电阻比较，方向性比较好，可以感知固定方向的光源），灵敏度可调（声敏传感器蓝色电位器调节）。简易声光控延时照明灯电路4光敏二极管模块对环境光强最敏感，一般用来检测周围环境的亮度和光强，在大多数场合可以与光敏电阻传感器模块通用，二者区别在于，光敏二极管模块方向性较好，可以感知固定方向的光源。模块在无光条件或者光强达不到设定阈值时，DO口输出高电平，当外界环境光强超过设定阈值时，模块D0输出低电平。工作电压3.3V-5V。输出形式：a模拟量电压输出，b数字开关量输出（0和1）。3.2声敏传感电路图3-1声敏传感接口电路图3-2声敏传感电路简易声光控延时照明灯电路5图3-1为声敏传感接口电路，引脚分别为：VCC、GND、声敏信号输出通道（S_Signal）。图3-2为声敏传感电路。由于咪头接收到的信号非常微弱，后续电路无法继续进行处理，因此必须对接收的信号进行放大。电路中采用了LM393构成放大电路，这可以使电路的放大倍数比差分放大电路放大倍数增加若干倍，放大效果更好，从而得到更合适的信号。但是此传感器只能识别声音的有无（根据震动原理）不能识别声音的大小或者特定频率的声音。工作电压3.3V-5V输出形式数字开关量输出（0和1高低电平）。使用说明：声音模块对环境声音强度最敏感，一般用来检测周围环境的声音强度。模块在环境声音强度达不到设定阈值时，OUT输出高电平，当外界环境声音强度超过设定阈值时，模块OUT输出低电平；模块数字量输出OUT可以与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境的声音；3.3延时控制电路图4延时控制电路简易声光控延时照明灯电路6图4为延时控制电路。延时控制电路的核心部分是555集成电路，555集成电路时一种非常有用的，并且应用十分灵活的集成电路。555集成电路的引脚图和功能表如下图所示，集成电路共有8个引脚，引脚1为接地端，引脚8为电源端，引脚2为触发电平端，引脚3为输出端，引脚4为清零端，引脚5为控制电平端，引脚6为阀值输入端，引脚7为放电端。从功能表中可以看出：555集成电路通过改变THR和TRIG端的电压值，来影响输出端和放电短的状态；同时它还具有储存信号的功能，因此555集成电路的应用十分广泛。需注意是控制电平端CV01t,当它接入任意电压Vcv01t时，THR和TRIG端的变化分界点就不再是（1/3）Vcc和（2/3）Vcc，而是（1/2）Vcv01t和Vcv01t。如图所示，延时控制电路包括两部分：第一部分是由三极管构成的触发信号产生电路；第二部分是由555定时器构成的可重复触发的单稳态电路。首先，声强信号处理电路的输出信号接V1接三极管T1的基极。因为MIC接收到了足够大的声强后，V1为高电平，则三极管T1饱和，使三极管T1的集电极和发射极之间的Vce约为0.3V,Vce接入555集成电路的TRIG端作为触发电平。555集成电路构成的可重复触发的单稳态电路处于稳态时，Vthr(2/3)Vcc,Vtrig(1/3)Vcc,Q=0,放电管导通。当Vtrig=Vce=0.3V时，电路进入暂稳态，此时Q=1，放电管截止。同时直流电源通过可变电阻R2对电容C1充电，使得Vthr的值渐渐上升，当Vthr的值大于（2/3）Vcc时，电路重新进入稳态，Q=0，放电管导通。电路暂稳态的持续时间，即C1的充电时间取决于可变电阻R2和电容c1的数值，其计算公式为:Tph=(R1+R2)Cln2=0.7(R1+R2)C当MIC持续接收到足够大的声强时，那麽V1一直为高电平，T1始终饱和导通，Vce持续为0.3V，这样使T2始终导通，电容C1就可以T2进行放电，电路将无法对电容C1进行充电。这样电路就一直处于暂稳态，知道声强信号消失，电路才能重新进入稳态，从而可以满足设计要求。延时电路的核心部分是555定时器构成的单稳态触发电路，来实现当光线较弱且有声音时，照明灯点亮，一段时间后，照明灯自动熄灭；但当照明灯点亮时有新的声音出现，照明灯会重新通电同样的时间。由555定时器构成的此单稳态触发电路，为保证该电路上电后，引脚3输出低电平，增加了R8和C16组成简易声光控延时照明灯电路7的上电复位电路。复位电路可保证上电后，复位引脚4为低电平，引脚3输出为低电平，LED灯没有电流通过，不会被点亮。当节点8输入脉冲下降沿（即555定时器的引脚2有脉冲下降沿）时，触发单稳态电路进入暂稳态，引脚3输出高电平，使LED灯有电流通过，而被电亮。当定时器555内部放电管截止，电源通过电位器RP4、电阻R7向电容C15充电，当引脚6的电压超过2/3Vcc时，引脚3输出为低电平，LED灯中不再有电流通过，此时灯熄灭，555定时器返回上电后的初始状态，等待再一次脉冲下降沿的到来。当光线弱，有声音时，照明灯点亮，经过一段时间后自动熄灭，该灯点亮时间（延时照明电路的延时时间）为：Tw=1.1RC3.4信号调理电路图5信号调理电路如图5所示为信号调理电路。光敏传感器的输出数字量信号（L_Dout）经过74LS04的一引脚输入端，经过取非后从2引脚输出（L_Signal）。取非后的光敏信号（L_Signal）进入74LS32的1引脚，声敏传感器的输出信号（S_Signal）则进入74LS32的2引脚，两信号取或，输出信号为Out_Signal。简易声光控延时照明灯电路874LS04是