電工電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)-- 聲控?zé)糸_關(guān)

1、<p><b>　　創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)報(bào)告書</b></p><p>　　題 目： 聲控?zé)糸_關(guān) </p><p>　　系 （院）： 機(jī)械工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　時(shí) 間： 2010年7月8號 </p><p><b>　　1概念設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)技術(shù)要求，此聲控?zé)糸_關(guān)可由以下幾個(gè)單元組成：</p><p>

3、<b>　　圖1整體框圖</b></p><p>　　2工作原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　圖2 聲光控制電路圖</p><p>　　根據(jù)圖2電路，原理如下：</p><p>　　由四個(gè)二極管組成的橋式整流電路將輸入電路的220v50hz交流電壓變換成脈動直流。該脈動直流電壓一路由R3和R1、C3分壓并濾波后得到傳感

4、及邏輯控制電路所用的電壓VCC；另一路接到晶閘管BT169的陽極。</p><p>　　當(dāng)BT169的控制極（柵極）為高電平且輸入的交流信號Vi=COS（wt+Φ）處于正半周期時(shí)，電流由D2→地→D4→燈流過而將燈點(diǎn)亮。當(dāng)Vi處于負(fù)半周期時(shí)，電流由燈→D3→地→D1而將燈點(diǎn)亮。當(dāng)BT169的控制極為低電平時(shí)，晶閘管截止，此時(shí)不會產(chǎn)生驅(qū)動燈的電流，此時(shí)燈是熄滅的。由此可見，燈的亮滅是由晶閘管的控制極電平?jīng)Q定的。因此

5、，關(guān)鍵的問題是如何控制其柵極電平的高低。</p><p>　　有光時(shí)燈滅；無光無聲時(shí)燈滅；無光有聲時(shí)燈亮。參見圖2，對光敏電阻RW而言，當(dāng)有光時(shí)，RW<2kΩ，此時(shí)HD14011的1腳亦即第一個(gè)與非門的一個(gè)輸入端為低電平（地），所以3腳為高電平、4腳為低電平，10腳為高電平，11腳為低電平（后文設(shè)上述由左至右四個(gè)與非門的輸出分別為A,B,C,D），則此時(shí)晶閘管截止，燈泡是暗的。相反，如果無光時(shí)，RW>

6、2MΩ，此時(shí)HD14011的1腳是高電平，此時(shí)第一個(gè)與非門的輸出取決于2腳的狀態(tài)，而2腳的狀態(tài)將由噪聲傳感器來決定，當(dāng)沒有聲音時(shí)，2腳為低電平，因此A為高電平，B為低電平，C為高電平，D為低電平，此時(shí)晶閘管截止，燈泡為暗。當(dāng)有聲音產(chǎn)生時(shí)，在麥克兩端產(chǎn)生一個(gè)交流信號，經(jīng)過電容而將2腳置成高電平，此時(shí)A為低電平，B為高電平，C為低電平，D為高電平，從而將晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，燈泡點(diǎn)亮，同時(shí)由于B點(diǎn)為高電平，可對電容C2充電，這樣，當(dāng)聲音消失之后，

7、由于C2和R7的存在，使C點(diǎn)維持在低電平直到C2放電結(jié)束，在此過程中，燈泡將會一直保持在亮的狀態(tài)直至此過程結(jié)束。</p><p>　　3． 電路圖功能設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 VCC值的確定</p><p>　　可由R3、R1的分壓作用將家用電壓經(jīng)整流后所得電壓Vo=220ｘ1.414=311V</p><p>　　輸入電壓的表達(dá)式為

8、：Vcc=R1*Vo/(R1+R3) 算得Vcc=5V</p><p><b>　　3.2 延時(shí)的確定</b></p><p>　　圖3 延時(shí)電路部分</p><p>　　由R7、C2組成延時(shí)電路，要求延時(shí)為1min，與非門工作高低電平為3.4V,0.3V</p><p>　　延時(shí)T計(jì)算公式：t=R7C2ln（V

9、t+/Vt-） 算得R7=1.1MΩ C2=22uf</p><p>　　3.3 與非門的高低電平的輸入確定</p><p>　　NPN的參數(shù)為：β=50Vce(sat)=0.3V Vbe=0.7V</p><p>　　如果無光時(shí)，RW>2MΩ，與非門有一腳是高電平，此時(shí)第一個(gè)與非門的輸出取決于另腳的狀態(tài)，此腳的狀態(tài)將由噪聲傳感器來決定。</p&g

10、t;<p><b>　　當(dāng)沒有聲音時(shí)：</b></p><p>　　燈不亮，要求第一個(gè)與非門的一腳為低電平，即使三極管工作在飽和區(qū)滿足條件，且輸出的電壓為0.3V。此時(shí)A為高電平，B為低電平，C為高電平，D為低電平，此時(shí)晶閘管截止，燈泡為暗。</p><p>　　由三極管的工作參數(shù)得： Ibs=（Vcc-Vce）/R8β=0.2uA</p>

11、<p>　　Ib=（Vcc-Vbe）/R2 =1.4uA 在飽和工作區(qū)不滿足Ic=βIb 且Ib>Ibs </p><p>　　令I(lǐng)b=10Ibs </p><p>　　由此可得R8=510KΩ R2=3MΩ</p><p><b>　　當(dāng)有聲音時(shí)：</b></p><p>　　燈亮，要求第一

12、個(gè)與非門的一腳為高電平，三極管工作在放大區(qū)且輸出高電平3.4V。在麥克兩端產(chǎn)生一個(gè)交流信號，經(jīng)過電容而將腳置成高電平，此時(shí)A為低電平，B為高電平，C為低電平，D為高電平，從而將晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，燈泡點(diǎn)亮。</p><p>　　R=R6//R2 算得R=35Ω</p><p>　　I=Ib+Vce/R 算得I=20mA</p><p>　　滿足聲音傳感器的額定電

13、流I=20mA，電壓1～12V。</p><p><b>　　圖4 等效圖</b></p><p>　　3.4 整流電路設(shè)計(jì)</p><p>　　整流電路有單相橋式整流電路，單相半波整流電路，單相全波整流電路等</p><p>　　本系統(tǒng)選用單相橋式整流電路。</p><p>　　單相橋式整流電路

14、是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，其電路如圖5所示。</p><p>　　在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖5的電路圖可知：</p><p>　　當(dāng)負(fù)半周時(shí)二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)正半周時(shí)二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動電壓。單相橋

15、式整流電路的波形圖見圖5。</p><p>　　圖5單相橋式整流電路圖及波形圖</p><p>　　3.5 電容濾波電路</p><p>　　濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L 應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分

16、量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。</p><p>　　濾波電路常有電容濾波，電感濾波和RC濾波等。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)在單相橋式整流電路直接接并聯(lián)電容構(gòu)成電容濾波電路，經(jīng)過此電容濾波電路濾去整流輸出電壓的紋波。電容濾波電路如圖6所示</p><p>　　濾波原理：若電路處于正半周，二</p><p>　　極管D2、D4導(dǎo)通，變壓器次端電

17、壓v2</p><p>　　給電容器C充電。此時(shí)C相當(dāng)于并聯(lián)在</p><p>　　v2上，所以輸出波形同v2 ，是正弦形。</p><p>　　所以，在t1到t2時(shí)刻，二極管導(dǎo)</p><p>　　電，Ｃ充電，vC=vL按正弦規(guī)律變化；</p><p>　　t2到t3時(shí)刻二極管關(guān)斷，vC=vL按指數(shù)</p>

18、;<p>　　曲線下降，放電時(shí)間常數(shù)為RLC。 圖6 電容濾波電路</p><p>　　圖7 電容濾波過程</p><p>　　當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)RLC增加時(shí)，t1點(diǎn)要右移， t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時(shí)加長，導(dǎo)通角減小，見圖7中的曲線；反之， RLC減少時(shí)，導(dǎo)通角增加。顯然當(dāng)RL很小，即IL很大時(shí)，電容濾波的效果不好，見圖7中的曲線。反之，當(dāng)ＲL很大，

19、即IL很小時(shí)，盡管C較小, RLC仍很大，電容濾波的效果也很好，見圖7中的曲線。</p><p>　　3.6 晶閘管的工作原理</p><p>　　晶閘管的工作原理分析：晶閘管可用兩個(gè)不同極性（P-N-P和N-P-N）晶體管來模擬，如圖G1所示。當(dāng)晶閘管的柵極懸空時(shí)，BG1和BG2都處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)電路基本上沒有電流流過負(fù)載電阻RL，當(dāng)柵極輸入一個(gè)正脈沖電壓時(shí)BG2道通，使BG1的基極電

20、位下降，BG1因此開始道通，BG1的道通使得BG2的基極電位進(jìn)一步升高，BG1的基極電位進(jìn)一步下降，經(jīng)過這一個(gè)正反饋過程使BG1和BG2進(jìn)入飽和道通狀態(tài)。電路很快從截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入道通狀態(tài)，這時(shí)柵極就算沒有觸發(fā)脈沖電路由于正反饋的作用將保持道通狀態(tài)不變。如果此時(shí)在陽極和陰極加上反向電壓，由于BG1和BG2均處于反向偏置狀態(tài)所以電路很快截止，另外如果加大負(fù)載電阻RL的阻值使電路電流減少BG1和BG2的基電流也將減少，當(dāng)減少到某一個(gè)值時(shí)由于電路

21、的正反饋?zhàn)饔?，電路將很快從道通狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)，我們稱這個(gè)電流為維持電流。在實(shí)際應(yīng)用中，我們可通過一個(gè)開關(guān)來短路晶閘管的陽極和陰極從而達(dá)到晶閘管的關(guān)斷。等效圖如下：</p><p><b>　　等效圖</b></p><p>　　圖8 晶閘管的工作原理圖</p><p><b>　　4.制作并調(diào)試</b></p&

22、gt;<p>　　根據(jù)以下元器件，總原理圖和后面的安裝介紹進(jìn)行安裝：</p><p><b>　　元器件清單</b></p><p>　　根據(jù)上面各參數(shù)的計(jì)算，可得出實(shí)現(xiàn)此聲控開關(guān)的原理總圖如下：</p><p><b>　　圖9 總原理圖</b></p><p><b>

23、　　安裝介紹：</b></p><p><b>　　1所需的基本工具：</b></p><p>　　電烙鐵（焊槍）、烙鐵架、松香、萬用表、鑷子、偏口鉗、螺絲刀。</p><p><b>　　2焊接工藝要求:</b></p><p>　　1、在焊接之前要仔細(xì)的查看個(gè)元件的個(gè)數(shù)，以及用萬能表

24、測試個(gè)元件性能是否為良好的。2、要清楚的識別元件種類和作用3、在撤離電烙鐵的同時(shí)要保證電路板不要晃動以免產(chǎn)生虛焊。4、在焊接三極管的時(shí)候要注意分清它的集電極、基礎(chǔ)極和發(fā)射極。5、在焊接中要服從后級向前級安裝，先小后大的原則。</p><p>　　焊接工藝實(shí)訓(xùn)的體會：在電焊的收音機(jī)的時(shí)候，學(xué)會電焊應(yīng)該是我最大的收獲，下面簡單介紹以下焊接的體會，焊接最需要注意的是焊接的溫度和時(shí)間，焊接時(shí)要使電烙鐵的溫度高于焊錫，但是

25、不能太高，以烙鐵接頭的松香剛剛冒煙為好，焊接的時(shí)間不能太短。 </p><p><b>　　3焊元件：</b></p><p>　　對著電路原理圖和PCB圖，在電路板上標(biāo)記各個(gè)元件的位置。元件都已進(jìn)行測試好了，一一的把元件焊達(dá)指定的位置上。焊前要把那層油墨除去，焊元件時(shí)要注意電烙鐵的溫度，錫的好壞，元件的腳不要過長。</p><p>　　4 具

26、體的流程如下：</p><p>　　根據(jù)所學(xué)的知識，分析電路圖的功能是否能實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　根據(jù)電路圖購買電子元件。</p><p>　　利用軟件protel99畫出電路原理圖，完成后轉(zhuǎn)成PCB圖，合理的布局布線，可以容易質(zhì)量高的焊好元件的前提下，盡可能的布成一層線路、面積小、線路美觀。</p><p>　　打印PCB圖，印在銅板上

27、，制作電路板。</p><p>　　對元件進(jìn)行測試，辨別好壞和管腳，把元件焊在電路板上。</p><p>　　對制作好的電子產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)檢測，調(diào)試。</p><p>　　調(diào)試時(shí)要用到萬用表測量各個(gè)點(diǎn)位上的電壓值，先將光敏電阻的光檔住，將AB分別接在電燈的開關(guān)上，用手輕拍聲音傳感器，這時(shí)燈應(yīng)該亮。若用光照射光敏電阻，再用手輕拍聲音傳感器，這時(shí)燈應(yīng)該不亮。說明光敏電阻完

28、好，這時(shí)表示制作成功。</p><p>　　若調(diào)試不成功，要先將焊好的電路板對照電路圖檢查一遍。不要有錯(cuò)焊、漏焊、短路等現(xiàn)象。</p><p>　　若沒有上訴現(xiàn)象，用電壓表測試個(gè)點(diǎn)的電壓值，若與理論值出入太大則可能是元器件問題，可能被燒壞或內(nèi)部短路等。</p><p><b>　　5 總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)

29、過這次電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，我終于知道了在做這樣的一個(gè)課程設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該從什么地方著手，應(yīng)該怎樣構(gòu)造自己的思路，怎樣利用已學(xué)知識來實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)方案，并通過不斷地查找資料來實(shí)現(xiàn)它的功能。在此過程中，不但讓我體會到設(shè)計(jì)的繁瑣與艱辛，同時(shí)也讓我更好地鞏固了以前所學(xué)的知識。</p><p>　　這次我不但收獲了努力的成果——“聲控開關(guān)”，還從中充分感受到了“只要功夫深，鐵杵磨成針”。并堅(jiān)信再難的困難我們也會努力去克服。通