樓道聲控?zé)粽n程設(shè)計(jì)---光控路燈控制器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　光電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)論文</p><p>　　光控路燈控制器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　專 業(yè)：電子信息工程</p><p><b>　　班

2、 級： </b></p><p><b>　　學(xué) 號：01</b></p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間：2009年06月15日</p><p>　　至 2009年06月26日</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： </b></p><p><b>

3、;　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　一.選題背景:</b></p><p>　　光電子技術(shù)是繼微電子技術(shù)之后近30年來迅猛發(fā)展的綜合性高新技術(shù)。1962年半導(dǎo)體激光器的誕生是近代科學(xué)技術(shù)史上一個(gè)重大事件。經(jīng)歷十多年的初期探索，從70年代后期起，隨著半導(dǎo)體光電子器件和硅基光導(dǎo)纖維兩大基礎(chǔ)元件在原理和制造工藝上的突破，光子技術(shù)與電子技術(shù)開

4、始結(jié)合并形成了具有強(qiáng)大生命力的信息光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)。</p><p>　　光電子技術(shù)是一個(gè)比較龐大的體系，它包括信息傳輸，如光纖通信、空間和海底光通信等；信息處理，如計(jì)算機(jī)光互連、光計(jì)算、光交換等；信息獲取，如光學(xué)傳感和遙感、光纖傳感等；信息存儲(chǔ)，如光盤、全息存儲(chǔ)技術(shù)等；信息顯示，如大屏幕平板顯示、激光打印和印刷等。其中信息光電子技術(shù)是光電子學(xué)領(lǐng)域中最為活躍的分支。在信息技術(shù)發(fā)展過程中，電子作為信息的載體作出了巨

5、大的貢獻(xiàn)。但它也在速率、容量和空間相容性等方面受到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。采用光子作為信息的載體，其響應(yīng)速度可達(dá)到飛秒量級、比電子快三個(gè)數(shù)量級以上，加之光子的高度并行處理能力，不存在電磁串?dāng)_和路徑延遲等缺點(diǎn)，使其具有超出電子的信息容量與處理速度的潛力。充分地綜合利用電子和光子兩大微觀信息載體各自的優(yōu)點(diǎn)，必將大大改善電子通信設(shè)備、電子計(jì)算機(jī)和電子儀器的性能。</p><p>　　二.光電子技術(shù)簡介：</p>&l

6、t;p>　　光電子技術(shù)激光在電子信息技術(shù)中的應(yīng)用形成的技術(shù)。光電子技術(shù)確切稱為信息光電子技術(shù)。20世紀(jì)60年代激光問世以來，最初應(yīng)用于激光測距等少數(shù)應(yīng)用，到70年代，由于有了室溫下連續(xù)工作的半導(dǎo)體激光器和傳輸損耗很低的光纖，光電子技術(shù)才迅速發(fā)展起來?，F(xiàn)在全世界敷設(shè)的通信光纖總長超過1000萬公里，主要用于建設(shè)寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字通信網(wǎng)。以光盤為代表的信息存儲(chǔ)和激光打印機(jī)、復(fù)印機(jī)和發(fā)光二極管大屏幕現(xiàn)實(shí)為代表的信息顯示技術(shù)稱為市場最大的電

7、子產(chǎn)品。人們對光電神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)技術(shù)抱有很大希望，希望獲得功耗的、響應(yīng)帶寬很大，噪音低的光電子技術(shù)。 </p><p>　　光電子技術(shù)又是一個(gè)非常寬泛的概念，它圍繞著光信號的產(chǎn)生、傳輸、處理和接收，涵蓋了新材料（新型發(fā)光感光材料，非線性光學(xué)材料，襯底材料、傳輸材料和人工材料的微結(jié)構(gòu)等）、微加工和微機(jī)電、器件和系統(tǒng)集成等一系列從基礎(chǔ)到應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域。光電子技術(shù)科學(xué)是光電信息產(chǎn)業(yè)的支柱與基礎(chǔ)，涉及光電子學(xué)、光學(xué)、電子

8、學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等前沿學(xué)科理論，是多學(xué)科相互滲透、相互交叉而形成的高新技術(shù)學(xué)科。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 光控制路燈控制器課程設(shè)計(jì)的目的</p><p>　　1. 能夠全面的鞏固和應(yīng)用課程中所學(xué)的基本理論的基本方法，并初步掌握綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。</p><p>　　2. 能合理、靈活的應(yīng)用各

9、種標(biāo)準(zhǔn)集成電路等器件實(shí)現(xiàn)規(guī)定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。</p><p>　　3. 培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立準(zhǔn)備資料、獨(dú)立設(shè)計(jì)規(guī)定功能的綜合設(shè)計(jì)能力。</p><p>　　4. 培養(yǎng)獨(dú)立進(jìn)行試驗(yàn)，包括電路布局、安裝、調(diào)試和排除故障的能力。</p><p>　　5. 培養(yǎng)書寫綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。</p><p>　　2.2 光控制路燈控制器的設(shè)計(jì)任務(wù)與要求<

10、;/p><p>　　利用光照的強(qiáng)度作為路燈的起控點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)光線較亮?xí)r，自動(dòng)關(guān)閉，晚上光線較暗時(shí)，自動(dòng)開啟路燈的控制。</p><p>　　了解常用路燈控制的各種方法，及各自的優(yōu)缺點(diǎn)，通過相互的比較，確定設(shè)計(jì)方案，并對所用傳感器進(jìn)行選型，同時(shí)加以電路的設(shè)計(jì)與分析，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。</p><p>　　2.3 設(shè)計(jì)中各電路原理的介紹</p><p>　　

11、一．聲控電路圖及原理</p><p><b>　　1.電路圖:</b></p><p>　　圖2-1 聲控電路圖</p><p>　　2.原理:聲控電路是把聲音轉(zhuǎn)換為電信號,利用放大電路將該電信號放大從而驅(qū)動(dòng)其他電路工作.</p><p><b>　　3.電路框圖:</b></p>&

12、lt;p>　　二．光控電路圖及原理 </p><p><b>　　1.電路圖:</b></p><p>　　圖2-2 光控電路圖</p><p>　　2.原理: 當(dāng)有光照射到光敏電阻時(shí)，其阻值減?。◣资甂左右），使電壓比較器5腳電壓為0V，輸出為低電平；反之光敏電阻沒有光照時(shí)，其阻值增大（幾M），使電壓比較器5腳電壓大于6腳電壓，輸出為高

13、電平。 </p><p>　　三．NE555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器</p><p>　　1.NE555的電路圖：</p><p>　　圖2-3 NE555的結(jié)構(gòu)圖及其引腳圖</p><p>　　2.NE555的工作過程：</p><p>　　當(dāng)2腳，即比較器A2的反相輸入端加進(jìn)電位低于?VDD的觸發(fā)信號時(shí)，則VT9、VTl

14、l導(dǎo)通，給雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的VTl4提供一偏流，使VTl4飽和導(dǎo)通，它的飽和壓降Vces箝制VTl5的基極處于低電平，使VTl5截止，VTl7飽和，從而使 VTl8截止，VTl9導(dǎo)通，VT20完全飽和導(dǎo)通，VT21截止。因此，輸出端3腳輸出高電平。此時(shí)，不管6端(閾值電壓)為何種電平，由于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(VTl4-VTl7)中的4．7kΩ電阻的正反</p><p>　　饋?zhàn)饔?VTl5的基極電流是通過該電阻提供的)，

15、3腳輸出高電平狀態(tài)一直保持到6腳</p><p>　　出現(xiàn)高于?VDD 的電平為止。當(dāng)觸發(fā)信號消失后，即比較器A2反相輸入端2腳的電位</p><p>　　高于?VDD，則VT9、VTll截止，VTl4因無偏流而截止，此時(shí)若6腳無觸發(fā)輸入，則</p><p>　　VTl7的Vces飽和壓降通過4.7kΩ電阻維持VTl3截止，使VTl7飽和穩(wěn)態(tài)不變，故輸</p&

16、gt;<p>　　出端3腳仍維持高電平。同時(shí)，VTl8的截止使 VT6也截止。當(dāng)觸發(fā)信號加到6腳時(shí)，</p><p>　　且電位高于?VDD時(shí)，則VTl、VT2、VT3皆導(dǎo)通。此時(shí)，若2腳無外加觸發(fā)信號使VT9、</p><p>　　VTl4截止，則 VT3的集電極電流供給VTl5偏流，使該級飽和導(dǎo)通，導(dǎo)致VTl7截止，</p><p>　　進(jìn)而VTl

17、8導(dǎo)通，VTl9、VT2。都截止，VT21飽和導(dǎo)通，故3腳輸出低電平。當(dāng)6腳的</p><p>　　觸發(fā)信號消失后，即該腳電位降至低于?VDD時(shí)，則VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5</p><p>　　得不到偏流。此時(shí)，若2腳仍無觸發(fā)信號，則 VTl5通過4.7kΩ電阻得到偏流，使</p><p>　　VTl5維持飽和導(dǎo)通，VTl7截止的穩(wěn)態(tài)，使3腳輸出端維

18、持在低電平狀態(tài)。同時(shí)，VTl8</p><p>　　的導(dǎo)通，使放電級 VT6飽和導(dǎo)通。通過上面兩種狀態(tài)的分析，可以發(fā)現(xiàn)：只要2腳的</p><p>　　電位低于?VDD，即有觸發(fā)信號加入時(shí)，必使輸出端3腳為高電平；而當(dāng)6腳的電位</p><p>　　高于 ?VDD時(shí)，即有觸發(fā)信號加進(jìn)時(shí)，且同時(shí)2腳的電位高于?VDD時(shí)，才能使輸出</p><p&g

19、t;　　端3腳有低電平輸出。4腳為復(fù)位端。當(dāng)在該腳加有觸發(fā)信號，即其電位低于導(dǎo)通的</p><p>　　飽和壓降0.3V時(shí)，VT8導(dǎo)通，其發(fā)射極電位低于lV，因有D3接入，VTl7為截止?fàn)顟B(tài)，</p><p>　　VTl8、VT21飽和導(dǎo)通，輸出端3腳為低電平。此時(shí)，不管2腳、6腳為何電位，均不</p><p>　　能改變這種狀態(tài)。因VT8的發(fā)射極通過D3及VTl7

20、的發(fā)射極到地，故VT8的發(fā)射極電</p><p>　　位任何情況下不會(huì)比1.4V電壓高。因此，當(dāng)復(fù)位端4腳電位高于1.4V時(shí)，VT8處于</p><p>　　反偏狀態(tài)而不起作用，也就是說，此時(shí)輸出端3腳的電平只取決于2腳、6腳的電位。</p><p>　　3.NE555組成的施密特觸發(fā)器：</p><p>　　將NE555的2腳與6腳接在一起

21、，就構(gòu)成了施密特觸發(fā)器。</p><p>　　4. 施密特觸發(fā)器的電路圖和波形圖：</p><p>　　圖2-4 施密特觸發(fā)器的電路圖及波形圖</p><p><b>　　四．LM358</b></p><p>　　1.LM358的引腳圖：</p><p>　　圖2-5 LM358的引腳圖<

22、/p><p>　　2.LM358的介紹：</p><p>　　LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場合。</p><p><b>　　五．74

23、122</b></p><p>　　1.74122的工作原理：</p><p>　?。?）穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。</p><p>　?。?）在外加脈沖的作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。</p><p>　?。?）由于電路中RC延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，該暫態(tài)維持一段時(shí)間又回到原來的穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持的

24、時(shí)間取決于RC的參數(shù)值。</p><p>　　2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)：</p><p>　　目前使用的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有不可重復(fù)觸發(fā)型和可重復(fù)觸發(fā)型兩種。不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后，再加入觸發(fā)脈沖不會(huì)影響電路的工作過程，必須在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，它才能接受下一個(gè)觸發(fā)脈沖而轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)，比如74121、74221、74LS221都是不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。而可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)

25、態(tài)觸發(fā)器就不同了，在電路被觸發(fā)而進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后，如果再次加入觸發(fā)脈沖，電路將重新被觸發(fā)，使輸出脈沖再繼續(xù)維持一個(gè)Tw寬度，屬于可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有74122、74LS122、74123、74LS123等。本次實(shí)驗(yàn)所用到的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器便是可以重復(fù)使用的74122觸發(fā)器。</p><p>　　3.74122的引腳圖：</p><p>　　圖2-6 74122的引腳圖</p>

26、<p>　　第三章 硬件電路的測試</p><p>　　3.1 所需器件及器件的介紹</p><p><b>　　1.實(shí)驗(yàn)儀器：</b></p><p>　　光敏電阻（一個(gè)），絕緣實(shí)驗(yàn)臺(tái)，5V電壓源，光敏電阻(一個(gè));駐極體話筒(一個(gè));運(yùn)放LM358、74LS122、NE555（各一個(gè)）；發(fā)光二極管（一個(gè)）；電容（若干）；電阻（若

27、干）；導(dǎo)線（若干）。</p><p><b>　　2.實(shí)驗(yàn)工具：</b></p><p>　　剝線鉗，鑷子，焊錫，數(shù)字萬用表，偏口鉗，電烙鐵。</p><p><b>　　3.器件的介紹： </b></p><p>　　光敏電阻：光敏電阻器是利用半導(dǎo)體光電導(dǎo)效應(yīng)制成的一種特殊電阻器，對光線十分敏感，

28、它的電阻值能隨著外界光照強(qiáng)弱（明暗）變化而變化。它在無光照射時(shí)，呈高阻狀態(tài)；當(dāng)有光照射時(shí)，其電阻值迅速減小。</p><p><b>　　電阻色環(huán)：</b></p><p>　　每種顏色代表不同的數(shù)字，如下： </p><p>　　棕1 紅2 橙3 黃4 綠5 藍(lán)6 紫7 灰8 白9 黑0 金、銀表示誤差 </p><p&g

29、t;　　各色環(huán)表示意義如下： </p><p>　　第一條色環(huán)：阻值的第一位數(shù)字； </p><p>　　第二條色環(huán)：阻值的第二位數(shù)字； </p><p>　　第三條色環(huán)：10的冪數(shù)； </p><p>　　第四條色環(huán)：誤差表示。 </p><p>　　3.2 電路工作原理及原理圖</p><p&g

30、t;　　1.工作原理：白天有光照射時(shí)，光敏電阻阻值變小，電壓比較器的輸入端5腳電壓小于6腳電壓Vcc／2，則輸出低電平并加到施密特觸發(fā)器的復(fù)位端，使輸出端OUT為低電平,122的1、2腳沒有觸發(fā)脈沖，故燈不亮；夜晚沒有燈光，則光敏電阻阻值變大，使5腳的輸入電壓大于6腳的電壓Vcc／2，此時(shí)輸出高電平，加到施密特觸發(fā)器的復(fù)位端后使復(fù)位端無效，當(dāng)沒有聲音時(shí)，第一個(gè)變?yōu)殡妷焊S器，輸出為Vcc／2，并加到施密特觸發(fā)器的2腳和6腳，則使施密特觸

31、發(fā)器的輸出為高電平，而加到122單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的1腳和2腳為上升沿脈沖，故不觸發(fā)輸出無效燈不亮；當(dāng)有聲音時(shí)，變?yōu)閭€(gè)聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)放大器放大后，加到觸發(fā)器的2腳和6腳，使輸出為低電平，同時(shí)送給122單穩(wěn)態(tài)電路一個(gè)下降沿，使輸出為低電平，故燈發(fā)光，并且會(huì)維持5秒，然后熄滅，再有聲音時(shí)又會(huì)變亮，從而達(dá)到聲光控制的目的。</p><p><b>　　2.電路原理圖：</b></p>

32、;<p>　　圖3-1 聲光控制燈電路原理圖</p><p>　　3.3 電路的參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　1.電壓放大倍數(shù)</b></p><p>　　2.輸出脈沖寬度tW</p><p>　　輸出脈沖寬度就是暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間，根據(jù)輸出端的電路結(jié)構(gòu)和輸入端的電路結(jié)構(gòu)可以求出計(jì)算輸出脈沖寬度的公式

33、：Tw≈0.69RextCext</p><p>　　通常Rext的取值在2～30K之間，Cext的取值在10Pf～10uF之間，得到的Tw范圍可達(dá)20ns～200ms,而在本次實(shí)驗(yàn)中所需要的Tw值為5s，經(jīng)計(jì)算后得到的電容值和電阻值分別為47uF、150K，近似等于5s,故符合要求。</p><p>　　3.4 焊接技術(shù)的介紹</p><p>　　焊接技術(shù)就是高溫

34、或高壓條件下，使用焊接材料(焊條或焊絲)將兩塊或兩塊以上的母材(待焊接的工件)連接成一個(gè)整體的操作方法。焊接技術(shù)主要應(yīng)用在金屬母材上，常用的有電弧焊，氬弧焊，CO2保護(hù)焊，氧氣-乙炔焊，激光焊接，電渣壓力焊等多種，塑料等非金屬材料亦可進(jìn)行焊接。</p><p>　　3.5 制成的PCB板</p><p>　　圖3-2 電路的PCB板</p><p>　　第四章 電

35、路的檢測與調(diào)試</p><p><b>　　4.1 調(diào)試過程</b></p><p>　　首先，在連接電路時(shí)要確定好電容的正負(fù)極不要接反，長引腳為正極，短引腳為負(fù)極，如果不能確定可以利用萬用表進(jìn)行測量；其次要確定發(fā)光二極管的正負(fù)極，確定不要接反；再次還有光敏電阻的正負(fù)極，最后由于電源線和地線比較多，所以要確定好它們位置，以免接錯(cuò)。</p><p&g

36、t;　　將接好的電路板電源線與5V電壓源連接，地線接電壓源負(fù)極，測試是否能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的功能。</p><p>　　4.2 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題</p><p>　　1.檢測電路板的連接情況，發(fā)現(xiàn)有的地方?jīng)]有連接好，重新將其進(jìn)行焊接。</p><p>　　2.在電路板焊接好后，將其接入5V電源，發(fā)現(xiàn)在有光時(shí)仍然會(huì)發(fā)光。</p><p>　　4

37、.3 問題的解決辦法</p><p>　　利用萬用表測試光敏電阻的阻值，發(fā)現(xiàn)在有光時(shí)阻值為4.2K，無光時(shí)為5.7K，相差阻值很小，故將其移動(dòng)到光線比較好的地方，再次檢測，達(dá)到預(yù)期的效果。</p><p>　　4.4 該電路的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　天黑有人走過樓梯通道時(shí)，當(dāng)有腳步聲或其它聲音時(shí)，樓道燈會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮，提供照明，當(dāng)人們進(jìn)入家門或走出公寓，樓道燈延時(shí)幾分

38、鐘后會(huì)自動(dòng)熄滅。在白天。即使有聲音。樓道燈也不會(huì)亮，可以達(dá)到節(jié)能的目的。聲光控延時(shí)開關(guān)不僅適用于住宅區(qū)的樓道，而且也適用于工廠、辦公樓、教學(xué)樓等公共場所，它具有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，適合廣大電子愛好者自制。</p><p>　　第五章 總結(jié)與展望</p><p>　　通過這學(xué)期對樓道聲光控制燈的設(shè)計(jì)，我深刻的理解了“學(xué)以致用”這句話。正所謂“紙上談兵終覺淺，覺知此

39、事要躬行”。學(xué)習(xí)任何知識(shí)，僅從理論上去求知，而不去實(shí)踐、探索是不夠的，所以在本學(xué)期在數(shù)電剛學(xué)完之際，緊接著來一次電子電路課程設(shè)計(jì)是很及時(shí)、很必要的。這樣不僅能加深我們對電子電路的任職，而且還及時(shí)、真正的做到了學(xué)以致用。理論聯(lián)系實(shí)際是很重要的，空有理論知識(shí)而沒有實(shí)際的動(dòng)手操作是不會(huì)對理論知識(shí)有進(jìn)一步的了解的。通過本次的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西，從自己動(dòng)手設(shè)計(jì)原理圖到電路板的焊接，都是一個(gè)個(gè)需要信心和耐心的過程。在設(shè)計(jì)過程中，和老師的悉心

40、指導(dǎo)是分不開的，對于學(xué)生的問題，老師都很耐心的給予細(xì)致的講解。</p><p>　　通過本篇論文的設(shè)計(jì)，使我們對NE555，74122，LM358有了本質(zhì)的理解，掌握了這些芯片的引腳功能、工作波形等內(nèi)部構(gòu)造及其工作原理。利用集成芯片連接電路調(diào)方便，功能完備。信號質(zhì)量好，精度高。系統(tǒng)輸出頻率范圍較寬且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。</p><p>　　對于電路的設(shè)計(jì)，要積極培養(yǎng)自己的動(dòng)手能力。在反復(fù)摸索中學(xué)會(huì)實(shí)

41、際的效果。同時(shí)小組成員之間的團(tuán)結(jié)合作也是很重要的。當(dāng)然，豐富的理論知識(shí)在設(shè)計(jì)中是堅(jiān)固的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第五版） 主編：閻石 高等教育出版社</p><p>　　[2]《電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分》（第五版）主編：康華光 高等教育出版社</p>