電工電子課程設(shè)計---聲光控制節(jié)能開關(guān)

1、<p><b>　　數(shù)字電路課程設(shè)計</b></p><p><b>　　聲</b></p><p><b>　　光</b></p><p><b>　　控</b></p><p><b>　　制</b></p>

2、<p><b>　　節(jié)</b></p><p><b>　　能</b></p><p><b>　　開</b></p><p><b>　　關(guān)</b></p><p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p>

3、<p>　　近兩年，能源緊張的狀況日益凸顯，可實際情況卻令人擔憂。建筑照明節(jié)能是整個建筑節(jié)能中非常重要的一個方面，也是落實科學(xué)發(fā)展觀，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。</p><p>　　公共場所照明用電，因大多無專人管理，“長明燈”現(xiàn)象十分嚴重，耗電量非常大。所以，公共場所的照明節(jié)電及照明自動化控制十分重要。本文設(shè)計的照明自動控制電路，同時具有聲控和光控功能。照明燈在白天(或光照度足夠時)不亮，晚上(或光照

4、度不足時)吹口哨或拍手即亮，延時30s后自動熄滅(延時時間可根據(jù)不同的使用場所自行設(shè)定)，節(jié)電又方便。簡單易制、成本低、可靠性高，是教學(xué)樓照明自動控制的很好的方案。</p><p>　　關(guān)鍵詞：能源緊張，耗電，聲控，光控，自動。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一．聲控照明電路3</p><p

5、>　　二．光控照明電路5</p><p><b>　　三．延時電路6</b></p><p>　　四．電路主要組成7</p><p><b>　　1.聲音傳感器7</b></p><p><b>　　2．光控部分7</b></p><p>

6、;<b>　　3．定時部分8</b></p><p>　　4.降壓整流部分10</p><p>　　五．電路總體框架圖10</p><p>　　六．電路工作原理12</p><p><b>　　七．總結(jié)13</b></p><p>　　附件：元件清單14</

7、p><p><b>　　參考文獻15</b></p><p><b>　　一．聲控照明電路</b></p><p>　　聲音是我們最為熟知的。人與人需要用聲音去交流，機器運轉(zhuǎn)發(fā)出聲音，動物會發(fā)出聲音等等。然而發(fā)此寶貴的資源卻被我們忽視了很長時間，如今留給我們的就是怎樣合理高效的利用這一資源。以前人們在設(shè)計電路時只求一個‘用’

8、字，只要能用就萬事大吉了，所以我們常見的電路都有很多開關(guān)如照明電路要讓它工作我們必須機械地去控制它，這對于當今社會各種各樣的智能化建筑如智能辦公樓，智能化公寓等是非常不實用的；在這種情況下聲音就派上了用場，聲控作為智能化電路的一部分是一可缺少的；然而要實現(xiàn)聲控也不是一件容易的事，因為聲音是一模擬量且非電信號無法在數(shù)字電路中使用，所以我們在設(shè)計聲控電路時就面臨怎樣把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，把聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號的問題。要解決這個問題我們可以設(shè)

9、計一個類似于‘竊聽器’的接收設(shè)備專門用來接聽聲音信號并將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號轉(zhuǎn)送到下一級電路。但是作為聲控電路對聲音信號的要求既不能太強也不能太弱，太強聲控難以實現(xiàn)；而太弱電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜也難以實現(xiàn)，所以最好是能接收到如人的講話聲，腳踏地板聲。當這類信號轉(zhuǎn)化為電信號時，電信號一般較弱，必須對其進行放大對此可選擇功放電路，運放電路，差分電路等，根據(jù)電路對信號</p><p>　　聲控照明電路的主要原理:是利用了聲學(xué)和電

10、子學(xué)的原理即用聲音傳感器將聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號從而推動觸發(fā)器觸發(fā)使電路導(dǎo)通工作。 </p><p>　　作為一個智能化聲控照明電路應(yīng)具有以下功能：</p><p>　?、倌茉诼曇舻目刂葡聦崿F(xiàn)電路的導(dǎo)通與截止。</p><p>　?、诼曇舻陌l(fā)出應(yīng)是多方面的如腳步聲，物體打擊聲等。</p><p>　?、垌憫?yīng)時間應(yīng)越短越好。</p>

11、<p>　　為此在選擇電路元器件時應(yīng)選擇靈敏度較高的聲音傳感器組成聲控照明電路控制電路的前端，同時我們還要為該傳感器設(shè)置傳感條件如聲音響度必須在20DB以上才能響應(yīng)等。中間端采用觸發(fā)器構(gòu)成，利用觸發(fā)器不觸不發(fā)，一觸即發(fā)的特點去推動照明電路工作，觸發(fā)器的選擇也應(yīng)選擇靈敏度高，響應(yīng)時間短的觸發(fā)器如D觸發(fā)器，JK觸發(fā)器等。</p><p><b>　　二．光控照明電路</b></

12、p><p>　　在第三次科技革命的推動下，光能這一偉大的，自然的以及人類生存所必須的寶貴資源在被人類遺忘了若干年后，今天終于得到了廣泛的應(yīng)用。太陽能熱水器，太陽能電池，太陽能浴場等都成為人們熱議的話題，大到天上的人造衛(wèi)星，小到街道的路燈太陽能的應(yīng)用無所不在。而作為智能化電路的設(shè)計考慮光能的應(yīng)用也是理所當然的。在半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展下大促進了光能應(yīng)用的快速進步，在發(fā)電，取暖等方面尤為突出，智能化電路設(shè)計引進光技術(shù)已不是

13、新奇事了，在光控電路的設(shè)計中不同于聲控電路復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，隨著半導(dǎo)體光敏元器件的快速發(fā)展，我們在設(shè)計光控電路時面臨的問題已由怎樣使光信號轉(zhuǎn)化為電信號變?yōu)樵鯓釉陔娐分屑哟箅娦盘柕膹姸?？這一問題如今也以得到了較好的解決，光敏元器件的應(yīng)用在光照的情況下使其電參數(shù)發(fā)生變化從而使其對電流的阻礙作用減小或增大，進而使電路導(dǎo)通或截止，電信號強弱的改變光控轉(zhuǎn)化為電控電路功能的實現(xiàn)便容易了。在這樣的電路設(shè)計中，對電路元器件的要求也極為高尤其是光敏元件是光控電

14、路功能實現(xiàn)的核心，必須保證其各項參數(shù)的精確，穩(wěn)定。故在選擇這類元器件時一定要選擇高靈敏度工作穩(wěn)定可靠的元件，當然電路工作的穩(wěn)定是否？功能能否實現(xiàn)？并不僅僅只</p><p>　　電路原理：利用光敏元件隨光照強度的變化而阻抗發(fā)生變化的特點，去控制電信號的強弱，再由傳感器將變化的電信號傳遞給觸發(fā)器，只要電信號強度達到一定程度將觸發(fā)觸發(fā)器使其導(dǎo)通工作。光控照明電路其主要功能是實現(xiàn)當外界光照強度降低到一定程度時，使照明電

15、路導(dǎo)通工作。就其方案而言多種多樣，但我們在設(shè)計時必須要考慮方案的可行性，穩(wěn)定性以及元器件的靈敏度，尤其是光敏元件必須選擇靈敏度高的這樣電路功能才能較容易實現(xiàn)，為此我們在設(shè)計光控電路時，不但要盡量使電路結(jié)構(gòu)簡化，而且要使電路功能強，功能的實現(xiàn)要可靠穩(wěn)定。光控電路框圖如下： </p><p>　　圖1聲光延時開關(guān)框圖</p><p><b>　　三．延時電路</b><

16、;/p><p>　　從20世紀中后期數(shù)字電路的飛速發(fā)展到今天技術(shù)已越來越成熟。自從電子計數(shù)器的出現(xiàn)之后各式各樣，功能萬千的定時/計數(shù)器層出不窮。然而正是電子計數(shù)器的出現(xiàn)才使得電子技術(shù)的發(fā)展上了一個新的臺階。定時/計數(shù)這一功能在電子電路中的應(yīng)用，使智能化電路的設(shè)計更加名副其實。我們常見的交通紅綠燈，公園里的娃娃車等都是采用了定時計數(shù)技術(shù)的典型示例。我們大家都看過智力競賽，都有知道搶答器，然而搶答器更是電子定時/計數(shù)器的

17、典型應(yīng)用。雖然我們可以花幾元錢就可以從街上買一個不錯的搶答器，但要讓我們自己動手做一個出來就不是一件容易的事的，它不僅只是我們所看到的結(jié)果能夠搶答更為重要的是其功能的實現(xiàn)是集成了很多技術(shù)。如定時，鎖存，顯示等等，由此可見定時/計數(shù)器的應(yīng)用不僅廣泛，而且意義深遠?，F(xiàn)就延時電路作如下分析：</p><p>　　電路原理：利用電子計數(shù)器的原理實現(xiàn)定時功能。 </p><p>　　延時電路其構(gòu)成方

18、案一般有三種：</p><p><b>　?、儆布?gòu)成；</b></p><p><b>　　②軟件構(gòu)成；</b></p><p><b>　?、圮浻蚕嘟Y(jié)合構(gòu)成；</b></p><p>　　對于由硬件構(gòu)成的定時器，一般是用改變R、C元件值控制定時的，其效率較高，但靈活性，通用

19、性較差如555定時器；而由軟件構(gòu)成的定時器是用執(zhí)行一段程序來實現(xiàn)定時的，其靈活性通用性較高，但效率較差；故現(xiàn)在設(shè)計定時器一般都是采用軟硬相結(jié)合的方法集兩者之長通過編程設(shè)定不同的延時常數(shù)，而由硬件控制定時過程，其效率和靈活性都得到了較大的提高。如大規(guī)模集成電路可編程計數(shù)器8253，51單片機通過編程構(gòu)成計數(shù)器等。在一個實際的電路中延時不是主要目的，而主要目的是為了完善電路功能。故作為一個延時電路，在整個電路中其應(yīng)在延時結(jié)束后能發(fā)出一個結(jié)束

20、信號，控制電路是否繼續(xù)工作下去。</p><p>　　所以前述聲控，光控電路盡管也能實現(xiàn)控制電路的功能，但其功能是不完善的，為此應(yīng)對其進行改進有三種方案可行：①聲控延時；②光控延時；③聲光聯(lián)控延時；此三種方案可用于不同的場合，現(xiàn)就第三種方案加以事例進行分析。</p><p><b>　　四．電路主要組成</b></p><p><b>

21、;　　1.聲音傳感器</b></p><p>　　MIC把聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號.當這類信號轉(zhuǎn)化為電信號時，電信號一般較弱，可對其進行放大對此可選擇功放電路，經(jīng)過這一步實現(xiàn)了聲音信號到電信號的轉(zhuǎn)換。有了電信號實現(xiàn)聲控就容易了，我們可以讓產(chǎn)生的電信號去觸發(fā)觸發(fā)器使電路導(dǎo)通。</p><p><b>　　2．光控部分</b></p><p&g

22、t;　　光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當它受到光的照射時，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子—空穴對，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強。</p><p>　　可見光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、

23、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動開關(guān)門戶，航標燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動亮滅，自動給水和自動停水裝置，機械上的自動保護裝置和“位置檢測器”，極薄零件的厚度檢測器，照相機自動曝光裝置，光電計數(shù)器，煙霧報警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。</p><p>　　光敏電阻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖2。</p><p>　　圖2 光敏電阻內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><

24、p>　　本設(shè)計采用MG系列光敏電阻與91K的電阻串聯(lián)。</p><p><b>　　3．定時部分</b></p><p>　　集成定時器555電路，是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，應(yīng)用十分廣泛。它是一種產(chǎn)生時間延遲和多種脈沖信號的電路，由于內(nèi)部電壓標準使用了三個5K電阻，故取名555電路。其電路類型有雙極性和CMOS型兩大類，二者的結(jié)構(gòu)和工作原理類似。二

25、者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。</p><p>　　555電路的引腳排列圖3如圖所示，其功能表如表1所示。</p><p>　　555電路構(gòu)成，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，如圖4。</p><p>　　輸出電壓Vo的脈寬t=RCln3</p><p>　　555定時器內(nèi)部電路見圖5。</p><p>　　圖3 555定

26、時器引腳排列圖</p><p>　　表1 555定時器的功能表</p><p><b>　　圖4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</b></p><p>　　圖5 555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　4.降壓整流部分</b></p><p>　　D1，D2，C5，MC78L

27、05CP構(gòu)成整流電路，為元件提供工作所需直流電壓。如圖6。</p><p><b>　　圖6 整流電路</b></p><p><b>　　五．電路總體框架圖</b></p><p>　　圖7聲控照明節(jié)電開關(guān)電路原理方框</p><p>　　該圖是該聲控照明節(jié)電開關(guān)電路原理方框，由話筒、電壓比較器

28、、光控、電子開關(guān)、延時和交流開關(guān)等部分電路組成。 </p><p>　　聲光聯(lián)控延時照明電路的主要原理就是利用光控部件控制電路白天不工作，而夜晚則由聲控部件控制其工作，再由延時部件控制其工作時間。 </p><p>　　在白天由光控部件控制電路，無論外界有無聲音發(fā)出電路都不會工作，而到了夜晚光控部件就不在起作用由聲控部件控制電路，只要在一定范圍內(nèi)有聲音發(fā)出且達到一定響度電路就會導(dǎo)通工作，又

29、由延時部件控制其工作時間；由該事例可知聲、光、延時三部分是相互聯(lián)系的沒有光控電路智能化實現(xiàn)不完善，沒有聲控電路也談不上延時，而沒有延時電路也談不上智能。該電路的設(shè)計較完備，在電能節(jié)約方面處理的較好，但該電路也存在一定的缺陷如要使燈常亮則該電路無法實現(xiàn)；要對電路進行維護在白天需要燈亮則該電路也無法實現(xiàn)；為此要對該電路進行升級，所謂升級就是對電路的功能進行進一步完善。我們可以為其添加一些硬件使在不影響電路正常智能化實現(xiàn)的前提下，電路能受人為

30、所控制以至更好的為人們服務(wù)。</p><p><b>　　六．電路工作原理</b></p><p><b>　　MIC為聲電轉(zhuǎn)換器</b></p><p>　　電路中LM3900構(gòu)成電壓比較放大器。</p><p>　　非門和與非門構(gòu)成信號邏輯分析電路。</p><p>　　

31、555定時器為定時開關(guān)。</p><p>　　繼電器為照明電路接通開關(guān)。</p><p>　　D1，D2，C5，MC78L05CP和降壓器構(gòu)成降壓整流電路。</p><p>　　當白天時，光敏電阻RL成低阻狀態(tài)，與非門輸出高電平，555定時器3腳則保持低電平，繼電器開關(guān)K保持斷開狀態(tài)，照明電路斷開。</p><p>　　當夜晚時，光敏電阻RL

32、成高阻狀態(tài)。阻值遠遠大于R6，輸出高電平。</p><p>　　當話筒未接收到聲音時，LM3900的4腳輸出為高電平，電容C2右端為高電平，信號通過邏輯門電路后變?yōu)楦唠娖?，輸入?55定時器2腳，555定時器3腳則保持低電平，繼電器開關(guān)K保持斷開狀態(tài)，照明電路斷開。</p><p>　　當話筒接收到聲音時，LM3900的4腳輸出為低電平。由于電容兩端電壓不能突變，電容C2右端為低電平，信號

33、通過邏輯門電路后變?yōu)榈碗娖健］斎氲?55定時器2腳，當555定時器2腳接收到一個低電平時，555定時器3腳則輸出一定時間的高電平，使三極管T導(dǎo)通，繼電器開始工作，繼電器開關(guān)K閉和，照明電路接通。照明持續(xù)一段時間后，555定時器3腳變?yōu)榈碗娖剑^電器開關(guān)K關(guān)斷，照明電路斷開。</p><p><b>　　七．總結(jié)</b></p><p>　　通過此次電工電子的課程設(shè)計鍛

34、煉了我的思考能力，用所學(xué)知識設(shè)計生活中實用的電子產(chǎn)品，加深了對模擬電路和數(shù)字電路的了解和利用。并對各電子器件有一個全面的認識。認識到了電工電子技術(shù)對人們生活的影響，如果全社會都用這樣的節(jié)能開關(guān)燈的話，將節(jié)省很多的能源，是各個公共場所很好的選擇。</p><p><b>　　附件：元件清單</b></p><p><b>　　參考文獻</b><